一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，防腐涂层采用的金属粉末包括：78～84%的Ni，15～17%的Cr，0%～0.5%的W，0.8%～1%的Mo，0～0.1%的C，0～0.01%的S，0～0.01%的P；2.0～3.5%的B和Si。本发明的积极效果是：本发明的涂层材料能满足感应钎料重熔对材料自熔性的要求，通过热喷涂+感应钎料重熔的新型喷涂工艺方法制备压力容器金属防腐涂层，既满足高含盐和湿硫化氢湿天然气环境的腐蚀要求，又能极大地提高了涂层与基体之间的结合强度、降低涂层的孔隙率，是一种能既耐强腐蚀工况、又能在压力容器上推广使用的经济型新型耐蚀材料。
【专利说明】—种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]现有的金属热喷涂材料在钢结构、叶轮等结构件上作为防腐、耐磨功能的金属涂层而广泛使用；但由于其涂层存在较大的孔隙率(一般在1%以上)、与基体金属结合强度低(一般在SOMPa以下)等缺点而限制了在压力容器上推广应用。在高含盐和湿硫化氢等极端恶劣腐蚀工况下，中厚壁容器使用耐蚀性能较好、价格昂贵的复合板材料或纯材受到制造工艺和经济性的限制。因此，亟须寻找一种能既耐强腐蚀工况、又能在压力容器上推广使用的经济型新型耐蚀涂层材料及制备方法。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，适用于在介质工作温度不低于80°C、Cl-含量不小于20X 104ppm、H2S含量不小于5% (体积分数)、CO2含量不小于2% (体积分数)的高含盐腐蚀天然气工况下长期工作的压力容器金属涂层材料，同时采用氧乙炔火焰喷涂+超音速喷涂+感应料重熔的新型喷涂工艺，可有效克服现有技术中防腐涂层与基体材料结合强度不高、孔隙率大的弊端。
[0004]本发明所采用的技术方案是:一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层，采用的金属粉末包括:78?84%的Ni，15?17%的Cr，0%?0.5%的W，0.8%?1%的 Mo，0 ?0.1%的 C，0 ?0.01%的 S，0 ?0.01%的 P ;2.0 ?3.5%的 B 和 Si。
[0005]本发明还提供了一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层制备方法，包括如下步骤:
[0006]步骤一、选择金属粉末和磨料；
[0007]步骤二、对压力容器内壁需防护部位进行表面除锈；
[0008]步骤三、在压力容器内部与腐蚀介质接触表面热喷金属粉末，形成耐腐蚀凃层；
[0009]步骤四、采用感应线圈对耐腐蚀凃层进行熔覆；
[0010]步骤五、表面质量检测。
[0011]与现有技术相比，本发明的积极效果是:本发明的涂层材料能满足感应钎料重熔对材料自熔性的要求，通过热喷涂+感应钎料重熔的新型喷涂工艺方法制备压力容器金属防腐涂层，既满足高含盐和湿硫化氢湿天然气环境的腐蚀要求，又能极大地提高了涂层与基体之间的结合强度(一般可达200MPa)、降低涂层的孔隙率(一般小于0.5% )，是一种能既耐强腐蚀工况、又能在压力容器上推广使用的经济型新型耐蚀材料。
【具体实施方式】
[0012]一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层，采用的金属粉末为80镍铬R200合金粉末(简称R200-80)，包括:78?84%的Ni，15?17%的Cr，0%?0.5%的W，0.8%?1%的 Mo，0 ?0.1%的 C，0 ?0.01%的 S，0 ?0.01%的 P ；2.0 ?3.5%的 B 和
Si。金属粉末采用气雾化法生产，形状为球形或近球形、粒度为150?500目，适合火焰喷涂O
[0013]一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层制备方法，包括如下步骤:
[0014]步骤一:选择金属粉末和磨料
[0015](I)金属粉末为80镍铬R200合金粉末(简称R200-80)，包括:78?84%的Ni，15 ?17%的 Cr，0%?0.5% 的 W，0.8%?1% 的 Mo，O ?0.1%的 C，O ?0.01% 的 S，O ?
0.01 %的P ;2.0?3.5%的B和Si。金属粉末采用气雾化法生产，形状为球形或近球形、粒度为150?500目，适合火焰喷涂。
[0016](2)磨料:根据涂层厚度和砂粒直径之间的关系，按设计涂层厚度选用规格为14目或16目的棕刚玉，保证涂层和压力容器之间有良好的结合力。
[0017]步骤二:对压力容器内壁需防护部位进行表面除锈
[0018]将磨料装入喷砂设备中，将喷砂枪通过操作孔置于压力容器内，启动空气压缩机，人工操作或机械自动操作喷砂枪使压力容器内壁需防护部位进行表面除锈，确保表面除锈等级不低于Sa3.0级。
[0019]步骤三:在压力容器内部与腐蚀介质接触表面热喷耐腐蚀凃层
[0020]将金属粉末在烘箱中110?115°C烘干8?12h后装入送粉系统中，启动空气压缩机、水冷系统和火焰喷涂设备。首先采用氧乙炔火焰喷涂金属底层，调整负压重力送粉器的流量78?82g/min,保证喷涂距离100?120mm,控制氧气压力0.85?0.95MPa、氧气流量18?22L/min,控制乙炔压力0.12?0.14MPa、乙炔流量13?14L/min,形成氧化性焰流，通过人工操作或机械自动操作喷涂枪将150?300目的R200?80金属粉末融化喷射成性能参数符合要求的金属底层；然后采用超音速喷涂金属面层，调整氮气送粉器压力0.75?
0.85MPa、氮气流量0.3?0.4L/min,保证喷涂距离100?120mm,控制氧气压力0.85?
0.95MPa、氧气流量32?36L/min，控制丙烷压力0.65?0.75MPa、丙烷流量18?22L/min，形成氧化性焰流；控制火焰喷吹空气压力0.65?0.75MPa、空气流量75?85L/min，通过人工操作或机械自动操作喷涂枪将300?500目的R200?80金属粉末融化喷射成性能参数符合要求的金属面层。
[0021]在喷涂过程中用测厚仪检测金属涂层厚度，保证耐腐蚀涂层厚度满足设计要求(一般0.3到0.5mm);若厚度大于或等于设计厚度0.15mm以上，采用磨削机械将多余的涂层磨去既可。
[0022]步骤四:感应重熔，提高涂层的结合强度，降低孔隙率
[0023]将感应线圈轨迹控制系统放入容器内，保证感应线圈既能沿压力容器内壁做圆周运动(50?120mm/min),又可以沿轴向方向移动(移动范围O?1.5m),还可以沿径向方向调整(距涂层表面I?3_)。启动工装控制系统、启动水冷系统、高频感应设备(设置频率100?300KHz、功率50?70Kw)，使得涂层始终达到感应重熔温度(950?980°C )、热影响厚度小于等于4mm，保证金属涂层中无未熔透或过熔等缺陷。每道熔覆完毕，调整工装使感应枪移动约感应线圈宽度的2/3，保证涂层每道间搭接无夹生。长度方向达到工装极限时，将工装拆除向前移动小于等于2m的距离重新装配，重复步骤四直至完成所有需要喷涂的部位。
[0024]步骤五:表面质量检测
[0025]对涂层表面进行超声和着色检测，保证涂层无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。否则，应手动打磨该缺陷区域至基体，采用局部修复，直到检测合格为止。
[0026]本发明的工作原理
[0027]80%以上的镍，保证合金具有良好的抵抗应力腐蚀裂纹的能力；15%左右的铬，确保合金具有良好的抗点蚀性能；硼、硅元素的含量保证金属涂层与基体材料有良好的润湿性，且保证使得涂层具有合适的硬度、低的孔隙率和平整的表面；加入少量的Mo和W，保证合金具有良好的抗点蚀和缝隙腐蚀性能；合金中的碳应控制在小于0.1%可避免出现碳硼化物和游离碳，不使合金的塑性下降；S、P含量不超过0.01%以防有害元素影响涂层防腐效果。配合超音速火焰喷涂+感应钎料重熔或火焰喷涂+感应钎料重熔的工艺方法，确保R200?80压力容器金属涂层在高含盐和湿硫化氢工况下的腐蚀要求，又保证金属涂层在使用的过程中与基体结合牢固，不会发生脱落现象。
【权利要求】
1.一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层，其特征在于:采用的金属粉末包括:78?84%的Ni，15?17%的Cr，0%?0.5%的W，0.8%?1%的Mo，0?0.1%的C，0 ?0.01%的 S，0 ?0.01%的 P ;2.0 ?3.5%的 B 和 Si。
2.根据权利要求1所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层，其特征在于:所述金属粉末采用气雾化法生产，形状为球形或近球形、粒度为150?500目。
3.一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层制备方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一、选择金属粉末和磨料； 步骤二、对压力容器内壁需防护部位进行表面除锈； 步骤三、在压力容器内部与腐蚀介质接触表面热喷金属粉末，形成耐腐蚀凃层； 步骤四、采用感应线圈对耐腐蚀凃层进行熔覆； 步骤五、表面质量检测。
4.根据权利要求3所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，其特征在于:所述磨料为14目或16目的棕刚玉。
5.根据权利要求3所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，其特征在于:步骤二所述除锈方法为:将磨料装入喷砂设备中，将喷砂枪通过操作孔置于压力容器内，启动空气压缩机，操作喷砂枪使压力容器内壁需防护部位进行表面除锈，确保表面除锈等级不低于Sa3.0级。
6.根据权利要求3所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，其特征在于:步骤三所述的金属粉末的热喷方法为:将金属粉末在烘箱中110?115°C烘干8?12h后装入送粉系统中，首先采用氧乙炔火焰喷涂形成金属底层；然后采用超音速喷涂形成金属面层，确保金属底层和面层构成的金属涂层厚度为0.3到0.5_。
7.根据权利要求6所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，其特征在于:所述金属底层的喷涂工艺为:调整负压重力送粉器的流量78?82g/min，保证喷涂距离100?120mm，控制氧气压力0.85?0.95MPa、氧气流量18?22L/min，控制乙炔压力0.12?0.14MPa、乙炔流量13?14L/min，形成氧化性焰流，操作喷涂枪将150?300目的金属粉末融化喷射成性能参数符合要求的金属底层。
8.根据权利要求6所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，其特征在于:所述金属面层的喷涂工艺为:调整氮气送粉器压力0.75?0.85MPa、氮气流量0.3?0.4L/min,保证喷涂距离100?120mm,控制氧气压力0.85?0.95MPa、氧气流量32?36L/min，控制丙烷压力0.65?0.75MPa、丙烷流量18?22L/min，形成氧化性焰流；控制火焰喷吹空气压力0.65?0.75MPa、空气流量75?85L/min，操作喷涂枪将300?500目的金属粉末融化喷射成性能参数符合要求的金属面层。
9.根据权利要求3所述的一种高含盐和湿硫化氢工况压力容器用金属防腐涂层及其制备方法，其特征在于:步骤四所述的熔覆工艺为:将感应线圈轨迹控制系统放入容器内，确保感应线圈既能沿压力容器内壁做圆周运动，又能沿轴向和径向方向移动；启动工装控制系统、启动水冷系统、高频感应设备，使得涂层始终达到950?980°C的感应重熔温度、且热影响厚度小于等于4_，保证金属涂层中无未熔透或过熔缺陷。
【文档编号】C23C4/06GK104233163SQ201410513555
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】雒定明, 常泽亮, 施辉明, 张庆春, 谢兵, 李循迹, 高兴, 古剑飞, 张倩, 焦建国, 雒贝尔, 姜泉 申请人:中国石油集团工程设计有限责任公司