一种换热器用耐腐蚀材料的处理工艺的制作方法

文档序号:13767062阅读:98来源:国知局

本发明涉及一种换热器用耐腐蚀材料的处理工艺,属于金属加工技术领域。



背景技术:

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足工艺条件的需要,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位,其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用广泛。

由于换热器的应用广泛,经常应用在高温、充满腐蚀性物质的工况中,这就要求换热器的材料必须具有良好的耐腐蚀性能。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是,针对现有技术不足,提出一种换热器用耐腐蚀材料的处理工艺。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是:一种换热器用耐腐蚀材料的处理工艺,包括如下具体步骤:

㈠:根据要求选择合金材料,其各组分重量百分比为:C:0.01-0.08%,Al:0.78-0.96%,Zn:0.43-0.56%,Si:0.13-0.27%,Mn:0.47-0.63%,S:≤0.03%,P:≤0.03%,Cr:0.03-0.08%,Ni:0.22-0.34%,Cu:0.12-0.23%,V:0.02-0.08%,Mo:0.14-0.19%,Ti:0.33-0.49%,B:0.05-0.08%,Pd:0.01-0.08%,Pt:0.06-0.09%,W:0.31-0.43%,Ta:0.01-0.02%,Nd:0.02-0.04%,Ce:0.05-0.08%,Eu:0.02-0.03%,Lu:0.12-0.18%,Au:0.17-0.26%,Ag:0.41-0.52%,Ga:0.03-0.05%,Y:0.13-0.18%,Sn:0.23-0.32%,Zr:0.12-0.15%,Re:0.08-0.13%,Os:0.02-0.05%,Hf:0.02-0.03%,Bi:0.15-0.23%,Gd:0.05-0.08%,Pr:0.03-0.05%,Dy:0.07-0.09%,Ac:0.12-0.18%,Sm:0.11-0.13%,La:0.11-0.13%,氧化钙:0.12-0.16%,氧化镁:0.09-0.15%,氧化铜:0.15-0.28%,氧化铁:0.14-0.21%,二氧化锰:0.16-0.24%,氢氧化铜:0.09-0.15%,氢氧化铁:0.05-0.14%,氢氧化钙:0.04-0.13%,氢氧化钡:0.04-0.11%,碳酸钙:0.06-0.11%,硝酸钾:0.11-0.16%,氯化镁:0.12-0.16%,氯酸钾:0.06-0.12%,硫酸钡:0.13-0.23%,硫酸铜:0.12-0.17%,余量为Fe;

㈡:熔炼:

a、将上述合金材料投入熔炉中,将熔炉内的温度提高到1460℃-1500℃,原料被熔炼形成合金溶液,然后进行充分搅拌,并在1460℃-1500℃下保温1-3h;

b、将上一步得到的合金溶液进行冷却,冷却时用水冷与空冷结合,先采用水冷以25-28℃/s的冷却速率将合金溶液水冷至520-550℃形成合金,然后空冷至350-380℃,再采用水冷以6-9℃/s的冷却速率将合金水冷至室温;

c、加热,将上一步冷却后的合金加入熔炉内进行二次熔炼,将熔炉内的温度提高到1570℃至1600℃,合金被二次熔炼形成合金溶液;

㈢:待合金液体温度降温至1230℃-1250℃时进行充分搅拌,并在1230℃-1250℃下加入精炼剂精炼除渣30min-40min;

㈣:除渣处理后,将合金液体温度降至1160-1170℃并保温20min-30min,然后将炉温降至1130-1140℃,在温度1130-1140℃下加入精炼剂,用氩气进行除气精炼15min-20min;

㈤:将合金液体温度恒定在1100-1120℃下进行浇铸,随后依次进行挤压、锯切、矫直、轧.制、盘拉、重卷、退火及拉拔处理,得到管材;

㈥:对上述管材进行焊接,焊接时用氩气保护焊缝正面、焊缝反面和处于200℃以上的焊接区域,焊接过程中进行焊缝正面保护和焊缝背面保护;

选用焊料化学成分的重量百分比为:Zn:1.23-1.56%,Si:0.45-0.59%,Ge:0.15-0.23%,Mg:0.65-0.76%,Ti:0.31-0.43%,Cu:0.45-0.55%,C:0.05-0.14%,In:0.26-0.38%,Ga:0.11-0.23%,Al:0.82-1.16%,Mn:0.62-0.75%,Fe:0.55-0.64%,Cr:0.03-0.07%,Ni:0.65-0.75%,Zr:0.25-0.36%,V:0.07-0.13%,Mo:0.02-0.05%,Re:0.02-0.06%,Pt:0.12-0.18%,Bi:0.15-0.19%,Au:0.27-0.35%,W:0.44-0.52%,稀土元素:0.88-1.26%,其余为Sn;

㈦:镀铝:

a、上述管材在铝锅内进行镀铝,温度控制在620-640℃,时间为75-80分钟,在管材的表面形成95-105μm的纯铝层;

b、经过镀铝后的管材进行冷却处理,保温炉温度为100℃,进行保温和缓慢冷却;

c、在盐锅内消除残余应力,温度500℃,时间8小时,实现高温退火;

㈧:第二次化学复合镀:

a、在常温、常压条件下对管材进行以钼酸盐为添加剂的非晶Ni-P化学复合镀工艺,镀层的组分及含量为:硫酸镍:35~42g/L;磷酸二氢钠:15~18g/L;柠檬酸钠:24~32g/L;醋酸铵:20~25g/L;氟化铵:4~6g/L;钼酸钠:7~12mg/L;包含有以上组分的镀液其PH值为7~9;以钼酸盐为添加剂的非晶态Ni-P化学复合镀层其厚度为50~85μm;

b、对管材进行表面镀层退火去氢处理和再结晶退火处理制得换热器用耐腐蚀材料。

上述技术方案的改进是:步骤㈠中各组分重量百分比为:C:0.01%,Al:0.78%,Zn:0.45%,Si:0.14%,Mn:0.48%,S:≤0.03%,P:≤0.03%,Cr:0.04%,Ni:0.23%,Cu:0.14%,V:0.03%,Mo:0.15%,Ti:0.36%,B:0.05%,Pd:0.02%,Pt:0.06%,W:0.32%,Ta:0.01%,Nd:0.02%,Ce:0.06%,Eu:0.02%,Lu:0.13%,Au:0.18%,Ag:0.42%,Ga:0.03%,Y:0.14%,Sn:0.25%,Zr:0.12%,Re:0.08%,Os:0.02%,Hf:0.02%,Bi:0.16%,Gd:0.05%,Pr:0.03%,Dy:0.07%,Ac:0.12%,Sm:0.11%,La:0.11%,氧化钙:0.13%,氧化镁:0.09%,氧化铜:0.16%,氧化铁:0.15%,二氧化锰:0.17%,氢氧化铜:0.11%,氢氧化铁:0.06%,氢氧化钙:0.05%,氢氧化钡:0.07%,碳酸钙:0.09%,硝酸钾:0.13%,氯化镁:0.12%,氯酸钾:0.06%,硫酸钡:0.15%,硫酸铜:0.13%,余量为Fe。

上述技术方案的改进是:步骤㈠中各组分重量百分比为:C:0.07%,Al:0.93%,Zn:0.55%,Si:0.24%,Mn:0.62%,S:≤0.03%,P:≤0.03%,Cr:0.07%,Ni:0.33%,Cu:0.21%,V:0.07%,Mo:0.18%,Ti:0.47%,B:0.07%,Pd:0.06%,Pt:0.08%,W:0.42%,Ta:0.02%,Nd:0.04%,Ce:0.07%,Eu:0.03%,Lu:0.17%,Au:0.24%,Ag:0.51%,Ga:0.04%,Y:0.16%,Sn:0.29%,Zr:0.14%,Re:0.12%,Os:0.04%,Hf:0.03%,Bi:0.21%,Gd:0.07%,Pr:0.04%,Dy:0.08%,Ac:0.17%,Sm:0.12%,La:0.13%,氧化钙:0.15%,氧化镁:0.13%,氧化铜:0.26%,氧化铁:0.21%,二氧化锰:0.24%,氢氧化铜:0.14%,氢氧化铁:0.12%,氢氧化钙:0.11%,氢氧化钡:0.09%,碳酸钙:0.08%,硝酸钾:0.16%,氯化镁:0.15%,氯酸钾:0.11%,硫酸钡:0.22%,硫酸铜:0.16%,余量为Fe。

上述技术方案的改进是:步骤㈡中:

a、将上述合金材料投入熔炉中,将熔炉内的温度提高到1480℃,原料被熔炼形成合金溶液,然后进行充分搅拌,并在1480℃下保温3h;

b、将上一步得到的合金溶液进行冷却,冷却时用水冷与空冷结合,先采用水冷以28℃/s的冷却速率将合金溶液水冷至550℃形成合金,然后空冷至380℃,再采用水冷以8℃/s的冷却速率将合金水冷至室温;

c、加热,将上一步冷却后的合金加入熔炉内进行二次熔炼,将熔炉内的温度提高到1580℃,合金被二次熔炼形成合金溶液。

上述技术方案的改进是:步骤㈢中:待合金液体温度降温至1240℃时进行充分搅拌,并在1240℃下加入精炼剂精炼除渣40min。

上述技术方案的改进是:步骤㈣中:除渣处理后,将合金液体温度降至1170℃并保温30min,然后将炉温降至1140℃,在温度1140℃下加入精炼剂,用氩气进行除气精炼20min。

上述技术方案的改进是:步骤㈥中:稀土元素的化学成分质量百分含量为:Lu:4-7%,Nd:12-15%,Ce:16-19%,Er:2-6%,Pr:5-11%,Pm:22-26%,余量为La。

上述技术方案的改进是:步骤㈥中:选用焊料化学成分的重量百分比为:Zn:1.35%,Si:0.49%,Ge:0.22%,Mg:0.74%,Ti:0.37%,Cu:0.48%,C:0.12%,In:0.33%,Ga:0.21%,Al:1.12%,Mn:0.72%,Fe:0.62%,Cr:0.05%,Ni:0.68%,Zr:0.33%,V:0.12%,Mo:0.03%,Re:0.04%,Pt:0.16%,Bi:0.18%,Au:0.33%,W:0.51%,稀土元素:1.23%,其余为Sn;其中稀土元素的化学成分质量百分含量为:Lu:6%,Nd:14%,Ce:17%,Er:5%,Pr:8%,Pm:24%,余量为La。

上述技术方案的改进是:步骤㈦中:

a、上述管材在铝锅内进行镀铝,温度控制在630℃,时间为80分钟,在管材的表面形成100μm的纯铝层;

b、经过镀铝后的管材进行冷却处理,保温炉温度为100℃,进行保温和缓慢冷却;

c、在盐锅内消除残余应力,温度500℃,时间8小时,实现高温退火。

上述技术方案的改进是:步骤㈧中:

a、在常温、常压条件下对管材进行以钼酸盐为添加剂的非晶Ni-P化学复合镀工艺,镀层的组分及含量为:硫酸镍:38g/L;磷酸二氢钠:17g/L;柠檬酸钠:28g/L;醋酸铵:25g/L;氟化铵:5g/L;钼酸钠:9mg/L;包含有以上组分的镀液其PH值为7;以钼酸盐为添加剂的非晶态Ni-P化学复合镀层其厚度为80μm;

b、对管材进行表面镀层退火去氢处理和再结晶退火处理制得换热器用耐腐蚀材料。

本发明采用上述技术方案的有益效果是:(1)在步骤㈠中选择合金材料时,加入了Al、Zn和Ni等原料,大大提高了合金材料的耐腐蚀性能;(2)由于在步骤㈠中选择合金材料时,还加入了Mn、Ti和W等原料,大大提高了合金材料的强度,延长了材料的使用寿命;(3)合金材料还加入了Cu,提升了材料的热传导性能,能有效提高换热器的换热效率;(4)由于合金材料的原料中还加入了氧化钙,氧化镁,氧化铜,氧化铁,二氧化锰,氢氧化铜,氢氧化铁,氢氧化钙,氢氧化钡,碳酸钙,硝酸钾,氯化镁,氯酸钾,硫酸钡和硫酸铜,在原料的加热和冷却的过程中,这些原料可以联合在合金外表形成致密的复合氧化膜,大大提升了材料的耐腐蚀性能;(5)本发明步骤㈡中原料熔炼时,第一次熔炼后采用水冷与空冷结合快速冷却,后进行第二次熔炼,通过快速的降温和二次熔炼,大大减少了原料中的杂质,提高了最终材料的质量;(6)本发明步骤㈢和㈣中,通过精炼剂精炼除渣和氩气进行除气精炼的两次精炼过程,使得原料除渣精炼更加彻底,两次精炼配合步骤㈡中的两次熔炼,使得合金材料的质量大大提高,从而延长了换热器的使用寿命;(7)步骤㈥焊接时采用钎焊料,通过改变锡基钎焊料配方,掺入IVB族元素取代传统配方中的B元素,改进了锡基钎焊料强度与韧性,在不提高钎焊温度的前提下,进一步提升了钎焊强度,保证了焊接处的力学性能;(8)本发明的换热器用耐腐蚀材料再外表镀铝后进行了第二次化学复合镀,通过两层镀层加上合金材料本身的耐腐蚀性能,使得最终的换热器用耐腐蚀材料具有突出的耐腐蚀性能,大大延长了换热器的使用寿命;(9)由于第二次化学复合镀时对管材进行表面镀层退火去氢处理和再结晶退火处理,保证了镀层的强度,有效防止了镀层的剥落。

具体实施方式

实施例一

本实施例的换热器用耐腐蚀材料的处理工艺,包括如下具体步骤:

㈠:根据要求选择合金材料,其各组分重量百分比为:C:0.01%,Al:0.78%,Zn:0.45%,Si:0.14%,Mn:0.48%,S:≤0.03%,P:≤0.03%,Cr:0.04%,Ni:0.23%,Cu:0.14%,V:0.03%,Mo:0.15%,Ti:0.36%,B:0.05%,Pd:0.02%,Pt:0.06%,W:0.32%,Ta:0.01%,Nd:0.02%,Ce:0.06%,Eu:0.02%,Lu:0.13%,Au:0.18%,Ag:0.42%,Ga:0.03%,Y:0.14%,Sn:0.25%,Zr:0.12%,Re:0.08%,Os:0.02%,Hf:0.02%,Bi:0.16%,Gd:0.05%,Pr:0.03%,Dy:0.07%,Ac:0.12%,Sm:0.11%,La:0.11%,氧化钙:0.13%,氧化镁:0.09%,氧化铜:0.16%,氧化铁:0.15%,二氧化锰:0.17%,氢氧化铜:0.11%,氢氧化铁:0.06%,氢氧化钙:0.05%,氢氧化钡:0.07%,碳酸钙:0.09%,硝酸钾:0.13%,氯化镁:0.12%,氯酸钾:0.06%,硫酸钡:0.15%,硫酸铜:0.13%,余量为Fe;

㈡:熔炼:

a、将上述合金材料投入熔炉中,将熔炉内的温度提高到1480℃,原料被熔炼形成合金溶液,然后进行充分搅拌,并在1480℃下保温3h;

b、将上一步得到的合金溶液进行冷却,冷却时用水冷与空冷结合,先采用水冷以28℃/s的冷却速率将合金溶液水冷至550℃形成合金,然后空冷至380℃,再采用水冷以8℃/s的冷却速率将合金水冷至室温;

c、加热,将上一步冷却后的合金加入熔炉内进行二次熔炼,将熔炉内的温度提高到1580℃,合金被二次熔炼形成合金溶液;

㈢:待合金液体温度降温至1240℃时进行充分搅拌,并在1240℃下加入精炼剂精炼除渣40min;

㈣:除渣处理后,将合金液体温度降至1170℃并保温30min,然后将炉温降至1140℃,在温度1140℃下加入精炼剂,用氩气进行除气精炼20min;

㈤:将合金液体温度恒定在1100-1120℃下进行浇铸,随后依次进行挤压、锯切、矫直、轧.制、盘拉、重卷、退火及拉拔处理,得到管材;

㈥:对上述管材进行焊接,焊接时用氩气保护焊缝正面、焊缝反面和处于200℃以上的焊接区域,焊接过程中进行焊缝正面保护和焊缝背面保护;

选用焊料化学成分的重量百分比为:Zn:1.35%,Si:0.49%,Ge:0.22%,Mg:0.74%,Ti:0.37%,Cu:0.48%,C:0.12%,In:0.33%,Ga:0.21%,Al:1.12%,Mn:0.72%,Fe:0.62%,Cr:0.05%,Ni:0.68%,Zr:0.33%,V:0.12%,Mo:0.03%,Re:0.04%,Pt:0.16%,Bi:0.18%,Au:0.33%,W:0.51%,稀土元素:1.23%,其余为Sn;其中稀土元素的化学成分质量百分含量为:Lu:6%,Nd:14%,Ce:17%,Er:5%,Pr:8%,Pm:24%,余量为La;

㈦:镀铝:

a、上述管材在铝锅内进行镀铝,温度控制在630℃,时间为80分钟,在管材的表面形成100μm的纯铝层;

b、经过镀铝后的管材进行冷却处理,保温炉温度为100℃,进行保温和缓慢冷却;

c、在盐锅内消除残余应力,温度500℃,时间8小时,实现高温退火;

㈧:第二次化学复合镀:

a、在常温、常压条件下对管材进行以钼酸盐为添加剂的非晶Ni-P化学复合镀工艺,镀层的组分及含量为:硫酸镍:38g/L;磷酸二氢钠:17g/L;柠檬酸钠:28g/L;醋酸铵:25g/L;氟化铵:5g/L;钼酸钠:9mg/L;包含有以上组分的镀液其PH值为7;以钼酸盐为添加剂的非晶态Ni-P化学复合镀层其厚度为80μm;

b、对管材进行表面镀层退火去氢处理和再结晶退火处理制得换热器用耐腐蚀材料。

实施例二

本实施例的换热器用耐腐蚀材料的处理工艺与实施例一基本相同,不同之处在于步骤㈠中各组分重量百分比为:C:0.07%,Al:0.93%,Zn:0.55%,Si:0.24%,Mn:0.62%,S:≤0.03%,P:≤0.03%,Cr:0.07%,Ni:0.33%,Cu:0.21%,V:0.07%,Mo:0.18%,Ti:0.47%,B:0.07%,Pd:0.06%,Pt:0.08%,W:0.42%,Ta:0.02%,Nd:0.04%,Ce:0.07%,Eu:0.03%,Lu:0.17%,Au:0.24%,Ag:0.51%,Ga:0.04%,Y:0.16%,Sn:0.29%,Zr:0.14%,Re:0.12%,Os:0.04%,Hf:0.03%,Bi:0.21%,Gd:0.07%,Pr:0.04%,Dy:0.08%,Ac:0.17%,Sm:0.12%,La:0.13%,氧化钙:0.15%,氧化镁:0.13%,氧化铜:0.26%,氧化铁:0.21%,二氧化锰:0.24%,氢氧化铜:0.14%,氢氧化铁:0.12%,氢氧化钙:0.11%,氢氧化钡:0.09%,碳酸钙:0.08%,硝酸钾:0.16%,氯化镁:0.15%,氯酸钾:0.11%,硫酸钡:0.22%,硫酸铜:0.16%,余量为Fe。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。

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