专利名称：镍铁铬钼合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及合金技术领域，具体是涉及一种镍铁铬钼合金，就本发明所指的镍铁 铬钼合金命名为NJS合金。
背景技术：
NJS合金是与NS142合金类似，但较NS142合金更耐晶间腐蚀性的一种合金。 NS142是钛稳定化处理的全奥氏体镍铁铬钼合金，在氧化和还原环境下都具有抗酸碱金属 腐蚀性能。其中，NS142合金，其以重量计组分为C:彡0.05%，Cr: 19. 5 23. 5%，Ni 38. 0 46. 0%，Mo :2. 5 3. 5%，Cu :1. 5 3. 0%，Al 彡 0. 20%，Ti 0. 60 1. 20%， Si彡0. 50%, Mn彡1. 00%, P彡0. 030%, S彡0. 030%，余量为铁。NS142为中国牌号，其 相近牌号为美国，UNS N08825 ；德国，W.-Nr. 2. 4858NiCr21Mo ；法国，NC21FeDu ；英国，NA16 ； ISO, NiFe30Cr21Mo3o由于NS142合金具有好的耐应力腐蚀开裂性能、好的耐点腐蚀和缝隙腐蚀性能、 很好的抗氧化性和非氧化性热酸性能、在室温和高达550°C的高温时都具有很好的机械性 能、具有制造温度达450°C的压力容器的认证，因此广泛应用于各种使用温度不超过550°C 的工业领域；其典型应用为硫酸酸洗工厂用的加热管、酸性气体环境热交换器、石油精炼 中的空气热交换器等。目前，国内煤气化炉热裙用NS142合金Ω无缝管件皆为随煤气化炉整套设备进 口，国内没有生产制造先例。然而进口设备的煤气化炉热裙部分故障率较高、使用寿命短， 其主要表现形式为煤气化炉热裙用NS142合金Ω无缝管件的腐蚀失效。虽然NS142合金 具有好的耐应力腐蚀开裂性能，在室温和高达550°C的高温时都具有很好的机械性能，但由 于该合金碳的成分较宽，即以重量计C彡0. 05%，就相应增加了合金中M23(CN)6、M(CN)和 M6(CN)等的生成，这些生成物易在晶界上堆积，从而使NS142合金发生晶间腐蚀；且该合金 未对S杂质含量进行严格限制，使NS142合金产生热脆性，降低合金的延展性和韧性。NS142 合金一旦发生晶间腐蚀，煤气化炉热裙部件很快就会失效。由于NS142合金Ω无缝管件使用在高温腐蚀性环境下，要求该合金管件采用高温 耐蚀材料制造的同时，还要求该合金管件壁厚均勻，管内通畅不堵塞；但由于Ω无缝管外 形不规则、形状复杂，且内径较小，制造难度很大，如图1 ；目前国外制造的该合金管件壁厚 不均勻，其壁厚为7. 1 士 1. 1mm，误差达到士 1. Imm ；且弯管中心距仅为50mm，弯管困难，如图 2 ；国外弯管局部弯扁严重，达到Φ38-5πιπι，使流通截面减少；所有这些均影响了该部件的 使用寿命。综上所述，由于现有的NS142合金成分对其性能的影响，使NS142合金在煤气化炉 热裙部分应用时耐晶间腐蚀性能差，影响煤气化炉热裙部分使用寿命。且现有的NS142合 金Ω无缝管件制造工艺不能保证管件壁厚均勻、管内通畅不堵塞的高精度管件应用要求， 进而影响煤气化炉热裙部分使用寿命。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明目的之一是提供一种NJS合金，该NJS合金具 有与NS142合金同样的力学性能，但具有比NS142合金优异的耐晶间腐蚀性。本发明提供的一种NJS合金，组分以重量计为C 彡0. 015%, C+N彡0. 02%, Cr 23. 0 24. 0%,Ni :41. 0 47. 0%，Mo :3. 0 4. 0%，Cu :1. 5 3. 0%，Ti :0. 60 1. 20%， Al ^ 0. 20%, Mn ^ 0. 50%, Si ^ 0. 20%, P ^ 0. 030%, S ^ 0. 010%, 0 ^ 0. 010%，余量 为Fe。本发明目的之二是提供该NJS合金的制造工艺，从而生产出与NS142合金具有同 样力学性能但耐晶间腐蚀性能优异的NJS合金。本发明的NJS合金的制造工艺，采用真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方 法；本发明NJS合金的锻件或轧件热处理是采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900 1000°C,1 1. 5min/mm，然后用水快速冷却。本发明目的之三是提供采用NJS合金制造煤气化炉热裙用Ω无缝管及管件的制 造工艺，从而生产出一种管件壁厚均勻，管件壁厚偏差小的Ω无缝管；生产出弯头部位无 局部弯扁现象的180°管件；使煤气化炉热裙用Ω无缝管及管件的使用寿命有效提升。将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管，制作工艺如下将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造成轧制毛坯后， 用轧制毛坯轧制出设计内径管子；对管子采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900 1000°C，1 1.5min/mm，然后用水快速冷却；再以设计内径中孔为基准刨或铣出Ω无缝管 件外形。将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用180°管件，制作工艺如下将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造成锻件，对锻件 采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷却； 机加工90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，并经X射线对焊缝探伤而成。为了保证NJS合金杂质成分比NS142合金更低的要求，在合金熔炼时NJS合金采用了真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法，而NS142合金仅采用 中频感应炉冶炼的方法即可达到其合金的冶炼要求。中频感应炉是一种适用于冶炼优质钢 与合金的冶炼设备；如果采用真空感应炉冶炼，即在真空下进行中频感应冶炼可以降低合 金中杂质的含量，提高合金质量，再加上电渣重熔冶炼，可以提纯金属并获得洁净组织均勻 致密的钢锭。经电渣重熔的钢，纯度高、含硫低、非金属夹杂物少、钢锭表面光滑、洁净均勻 致密、金相组织和化学成分均勻。本发明NJS合金采用真空冶炼及电渣重熔技术，从而控制合金中C、N、S、0的含量， 即以重量计C彡0. 015%,C+N^ 0. 020%,S^O. 010%,O^ 0. 010%，以防止晶间腐蚀的产 生。限定NJS合金的锻件或轧件退火温度为900 1000°C是保证NJS合金在650 760V 严重敏化温度内加热的充分必要条件，只有这样才能保证本发明NJS合金具有耐晶间腐蚀 性能。之所以C以重量计彡0.015%，是由于C彡0.015%的情况下，可以有效减少合金 中的M23(CN)6、M(CN) ^PM6(CN)等的生成，从而防止其在晶界的堆积，可以提高NJS合金的 耐晶界腐蚀性能。
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之所以C+N以重量计彡0. 020%，是由于C+N ( 0. 020%的情况下，可以有效减少 合金中的TiN、Cr2N、M23(CN)6、M(CN)和M6 (CN)等的生成，从而防止其在晶界的堆积，可以提 高NJS合金的耐晶界腐蚀性能。之所以■、&、110取赂142合金组分要求的上限，可以有效提高町5合金的高温耐 蚀性能和高温强度。之所以S以重量计彡0. 010%，是由于S彡0. 010%的情况下，可以有效减少合金 中如FeS、FeS2夹杂物的形成，从而可以提高NJS合金的延展性、韧性和冲击性能。之所以0以重量计彡0.010%，是由于0彡0.010%的情况下，可以有效少合金中 如Al203、Si02、Mn0氧化物的形成，从而防止其在晶界的堆积，可以提高NJS合金的耐晶界腐 蚀性能。需说明的是，在本发明中，所述的耐晶间腐蚀意思是根据ASTM G28-02《检测变形 富镍含铬合金晶间腐蚀敏感性的标准试验方法》进行试验检测，把NS142合金作为对比材料 进行同样条件检测，检测结果表明NJS合金比NS142合金耐晶间腐蚀性能优异得多。将NJS合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管及180°管件，经过上述工艺制造 出的Ω无缝管件壁厚均勻；采用加工焊接工艺制造的弯管无局部弯扁现象，该管件不仅达 到了国产化的目的，而且使用效果优于进口产品，使煤气化炉热裙使用寿命有效提升。
图1为煤气化炉热裙用一个型号Ω无缝管的结构示意图。图2为煤气化炉热裙用一个型号180°管件的结构示意图。
具体实施例方式表1列出了本发明NJS合金三个实施例和NS142合金一个比较例的化学组分 (Wt % )。表 1 注Fe为余量。本发明NJS合金采用真空感应炉冶炼电极棒，再用电极棒进行电渣重熔出钢锭， 对钢锭进行锻造制造出管坯料；原材料Ni、Cr、Mo、Cu、Ti、Al和Fe全用金属纯料，在真空条 件下无氧化，不用造渣，元素无烧损，其它化学元素为上述原材料带入。比较例NS142合金 采用中频感应冶炼浇注出钢锭，对钢锭进行锻造制造出管坯料，其原材料Ni、Cu、Ti、Al和 部分Fe用金属纯料，合金料有微碳铬铁和钼铁，其它化学元素为上述原材料带入。采用上述工艺分别冶炼了 3炉本发明NJS合金和1炉比较例NS142合金。
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从表1可以看出中频感应熔炼的比较例NS142合金，化学成分满足NS142标准要 求，但其中的C、N、S、0含量较高；其中，C、N、0元素的生成物易在晶界堆积，从而降低NS142 合金的耐晶界腐蚀性能；S元素的夹杂物的生成，降低NS142合金的延展性、韧性和冲击性 能。表2列出了本发明NJS合金与NS142合金的力学性能和晶间腐蚀性能试验结果。表 2 注晶间腐蚀性能试验根据ASTM G28-02《检测变形富镍含铬合金晶间腐蚀敏感 性的标准试验方法》进行试验检测，试样在试验前进行了 650°C /lh的敏化处理，试验在微 沸的50%硫酸-硫酸铁溶液中连续煮沸120h。表2中合金试样的热处理是采用固熔退火和快冷处理，退火温度为950°C，保温时 间为1. 5min/mm，然后用水快速冷却。从表2可以看出本发明真空冶炼及电渣重熔熔炼炉次的实施例NJS合金与中频 感应熔炼炉次的比较例NS142合金力学性能均满足了 NS142合金的屈服强度Rpa2、抗拉强 度Rm、延伸率A、断面收缩率Z的标准要求。从晶间腐蚀试验结果可以看出现有中频感应 熔炼的比较例NS142合金，其晶间腐蚀深度达300 μ m,大大超出了煤气化炉热裙用合金的 晶间腐蚀深度< 50 μ m的要求；本发明NJS实施例合金，未发现晶间腐蚀，点蚀深度最大也 只有15 μ m，满足了煤气化炉热裙用合金的要求。即本发明实施例NJS合金的力学性能满足NS142合金的要求基础上大大提高了合 金的耐晶间腐蚀性能，使耐晶间腐蚀试验的腐蚀深度降低到未发现的程度。将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用Ω无缝管，制作工艺如下以图1所示Ω无缝管为例，将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS 合金，锻造成轧制毛坯后，用轧制毛坯轧制出内径为Φ 23. 8mm管子；对管子采用固熔退火 和快冷处理，退火温度为950°C，保温时间为1. 5min/mm，然后用水快速冷却；再以Φ 23. 8mm 中孔为基准刨或铣出Ω无缝管件外形。由于机加工比轧制更容易控制壁厚公差，加工出的 Ω无缝管件壁厚偏差很小，仅为士0. 1mm。将本发明的NJS合金用于制造煤气化炉热裙用180°管件，制作工艺如下
以图2所示180°管件为例，将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的 NJS合金，锻造成锻件，对锻件进行固熔退火和快冷处理，退火温度为950°C，保温时间为 1.5min/mm，然后用水快速冷却；再机加工出90°管件，将两个90°管件对焊制作出180° 管件，对焊缝进行X射线探伤，按JB/T4730. 2-2005标准，I级合格，完成180°管件的制作。经过上述工艺制造出的Ω无缝管壁厚均勻；采用加工焊接工艺制造的弯管无局 部弯扁现象，该管件不仅达到了国产化的目的，而且使用效果优于进口产品，使用寿命有效 提升。
权利要求
一种镍铁铬钼合金，其特征是各组分以重量计如下C 最大为0.015％C+N 最大为0.020％Ni 41.0～47.0％Cr 23.0～24.0％Mo 3.0～4.0％Cu 1.5～3.0％Ti 0.60～1.20％Al 最大为0.20％Mn 最大为0.50％Si 最大为0.20％S 最大为0.010％P 最大为0.030％O 最大为0.010％余量为铁和制备条件下的杂质。
2.用于制备权利要求1所述的镍铁铬钼合金的工艺，其特征是该镍铁铬钼合金采用 真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法；该镍铁铬钼合金的锻件或轧件热处理是采 用固熔退火和快冷处理，退火温度为900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷却。
3.根据权利要求1所述的镍铁铬钼合金，其特征是所述的镍铁铬钼合金用于煤气化 炉热裙合金管件中。
4.根据权利要求1、2或3所述的镍铁铬钼合金，其特征是所述的镍铁铬钼合金用于 制造煤气化炉热裙用Ω无缝管。
5.根据权利要求1、2或3所述的镍铁铬钼合金，其特征是所述的镍铁铬钼合金用于 制造煤气化炉热裙用180°管件。
6.制备权利要求4所述的煤气化炉热裙用Ω无缝管的工艺，其特征是将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的镍铁铬钼合金，锻造成轧制毛坯后， 用轧制毛坯轧制出设计内径管子；对管子采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷却；再以设计内径中孔为基准刨或铣出Ω无缝管 件外形，加工出的Ω无缝管件壁厚偏差仅为士0. 1mm。
7.制备权利要求5所述的煤气化炉热裙用180°管件的工艺，其特征是将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的镍铁铬钼合金，锻造成锻件，对锻件 采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900 1000°C，1 1. 5min/mm，然后用水快速冷却； 机加工90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，并经X射线对焊缝探伤而成。
全文摘要
本发明公开了一种镍铁铬钼合金，具体涉及一种NJS合金，该NJS合金优良的力学性能及优异的耐晶间腐蚀性；通过采用真空感应炉冶炼及电渣重熔熔炼炉的冶炼方法制造出该NJS合金；将经过真空感应炉冶炼和电渣重熔熔炼炉冶炼的NJS合金，锻造后，采用固熔退火和快冷处理，退火温度为900～1000℃，1～1.5min/mm，然后用水快速冷却；以轧制出的管子设计内径中孔为基准刨或铣出Ω无缝管外形；或者将锻件机加工成90°管件，将两个90°管件对焊制作出180°管件，并经X射线对焊缝探伤而成；从而生产出一种管件壁厚均匀，管件壁厚偏差小的Ω无缝管；生产出弯头部位无局部弯扁现象的180°管件；使用寿命有效提升。
文档编号C22C1/02GK101928869SQ20101026431
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者刘小义, 张利民, 柴英霞 申请人:洛阳奇新热力管件有限公司