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一种镍基合金及其应用

发布时间:2019-01-28来源:作者:

 随着国民经济的日益发展,城市规模的不断增大以及我国工业生产中制药业及印 染业企业的不断增多,城市污水、污泥处理的问题显得越来越突出,工业生产产生的大量 酸、碱性污染物也越来越多。
[0003] 当水的温度和压力超过临界点值(374. 3°C,22. 05MPa)时,体系中的水就被称作 "超临界"的水,通常将温度超过374°C,且压力高于22. 05Mpa(诸如23Mpa)的水环境称为超 临界水环境。目前,可应用于超临界水氧化装置的材料多为镍基合金,其中最为普遍的是耐 腐蚀哈氏合金C-276及镍基合金Inconel625。其中,C-276的组分为:铬:15. 0%~16. 5%, 铁:4. 0%~7. 0%,钥:15. 0%~17. 0%,钨:3. 0%~4. 5%,钒:0? 1%~0? 3%,碳:<0? 01%,锰: <1. 0%,硅:<0. 08%,钴:<2. 5%,磷:<0. 015%,硫:<0. 01%,其余为基材镍。在超临界 水氧化环境中,材料的腐蚀主要由于高温氧化引起,此外,压力通过对超临界水密度的影响 会氯离子在水中的溶解度,进而影响材料的耐腐蚀性能。当前,超临界水处理设备广泛使 用的材料为Inconel-625及C-276合金,但在380~550°C范围内这两种合金的耐氯离子 腐蚀性能并不理想。尤其在处理垃圾渗滤液、化工废水等废弃物时,由于氯离子含量较高, Inconel-625及C-276合金的耐腐蚀性能并不尽如人意。现阶段中,日益提高的环保需求对 材料的要求也不断提升。Inconel-625及C-276合金在具有氯离子的超临界水氧化环境中 的耐腐蚀性能差,使用周期短,制约了超临界水氧化环境中水处理装置的发展。

【发明内容】

[0004] 针对现有技术中的材料在超临界水氧化环境中耐腐蚀性能差的缺点,本发明提供 了 一种镍基合金(ESM-IV)。
[0005] 本发明的一个方面提供了一种镍基合金,包括:
[0006]铬,25%(重量)~30%(重量);
[0007]钥,4. 3%(重量)~7. 5%(重量);
[0008]铝,2. 3%(重量)~4. 0%(重量);
[0009]钴,1. 3%(重量)~1. 5%(重量);
[0010]铌,1. 5%(重量)~2. 0%(重量);
[0011] 基材为镍。
[0012] 在一些实施例中,铬的含量为25. 6%(重量)~29. 3%(重量)。
[0013] 在一些实施例中,钥的含量为4. 5%(重量)~7. 2%(重量)。
[0014] 在一些实施例中,铝的含量为2. 6%(重量)~3. 5%(重量)。
[0015] 在一些实施例中,镍基合金还包括0. 2%(重量)~0. 4%(重量)的镁;
[0016] 在一些实施例中,镍基合金还包括碳和/或娃,其中,碳的含量小于或等于0. 05% (重量),硅的含量小于或等于0.2% (重量)。
[0017] 本发明的另一个方面包括上述镍基合金在腐蚀环境中的应用。
[0018] 在一些实施例中,腐蚀环境为超临界水氧化环境。
[0019] 在一些实施例中,超临界水氧化环境的pH值介于4至7之间。
[0020] 在一些实施例中,超临界水氧化环境中包含浓度介于0. 061g/L至0. 182g/L的氯 离子。
[0021] 在一些实施例中,超临界水氧化环境的温度介于380°C至550°C的范围内。
[0022] 本发明的镍基合金在超临界水氧化环境中具有良好的耐腐蚀性能,尤其是在含有 氯离子的超临界水氧化环境中表现出了优异的耐腐蚀能力。
【具体实施方式】
[0023] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通 技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0024] 在本发明的实施例中,铬在高温合金奥氏体基体中的一种十分重要的作用是形成 三氧化二铬型氧化膜,该氧化膜使高温合金部件具有良好的抗氧化性和抗热腐蚀性能。因 此本发明的镍基合金加入含量控制在25% (重量)至30% (重量)的范围内的铬,以改善镍基 合金在氧化性介质中的耐腐蚀性,其中氧化性介质包括氧化性酸、氧化性酸性盐,氧化性碱 性盐等。为改善本发明镍基合金的加工性能,可以将铬的含量优选地控制在25. 6% (重量) 至29. 3%(重量)的范围内。在不同环境中,改善镍基合金耐腐蚀性的临界铬含量有所不同, 但本发明中所选取的铬的含量均可以有效的使本发明的镍基合金在腐蚀环境中具有良好 的耐腐蚀的效果。此外,高温合金奥氏体基体中的铬引起晶格畸变,使奥氏体固溶体的强度 提高,起到固溶强化的作用。铬还可以降低固溶体堆垛层错能,使高温持久强度明显提高。
[0025] 在本发明的镍基合金中,钥的添加量控制在4. 3% (重量)至7. 5% (重量)的范围内, 优选地添加量控制在4.5% (重量)至7.2% (重量)的范围内。在该添加量范围内,钥可以有 效地提高本发明的镍基合金在酸性条件下,尤其是含盐酸的超临界水条件下耐腐蚀性,并 维持较好的稳定相。
[0026] 铝是高温合金中形成镍铝加强相的基本组成元素,因此在本发明的镍基合金中加 入含量控制在2.3% (重量)至4% (重量)的范围内的铝,从而使得合金中的铝部分进入Y 固溶体,起到固溶强化作用,另一部分进行沉淀强化。本发明的镍基合金中铝的含量优选地 控制在2.5% (重量)至3.8% (重量)的范围内。另外,铝有显著提高合金高温抗氧化性能的 作用,在腐蚀环境中,铝形成致密的三氧化二铝氧化膜,并阻隔氧原子的扩散,以提高合金 的抗氧化和抗热腐蚀性能。
[0027] 在本发明的镍基合金中,添加量控制在1. 3% (重量)至1. 5% (重量)的范围内的钴 可以显著地提高合金的耐磨性能及耐腐蚀性能,在温度较


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