一种镍基合金及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及耐腐蚀材料领域，更具体地，涉及一种镍基合金及其应用。
【背景技术】
[0002] 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。而将水加热至沸点以上，临界点以下，并控制系统压力使水保持为液态，这 种状态的水被称为亚临界水。目前，可应用于亚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。在亚临界水氧化环境中，材料的腐蚀主要是由于离子渗透。水环境中可溶性的磷酸盐 将增加水溶液的电导率，形成导电性良好的强电解质溶液，从而促进了电化学腐蚀的发生。 同时，磷酸盐又能表现出异于其他盐类的腐蚀特性，这对于镍铬氧化膜具有较强的穿透性， 从而进一步加剧了材料在这种环境中的腐蚀。在市政污泥的处理中，往往磷的总含量较高， 经转化能产生大量的磷酸根，对现有技术中的C-276及Inconel625能够产生较强的腐蚀， 导致材料使用周期缩短，制约了在亚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亚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-III)。
[0005] 本发明的一个方面提供了一种镍基合金，该镍基合金包括：
[0006] 铬，21% (重量）~25% (重量）；
[0007] 钛，1. 2% (重量）~1. 9% (重量）；
[0008] 锰，0? 7% (重量）~0? 9% (重量）；
[0009] 铁，5. 0% (重量）~8. 0% (重量）；
[0010] 铜，2. 0% (重量）~4. 5% (重量）；
[0011] 基材为镍。
[0012] 在一些实施例中，铬的含量为21. 5% (重量）~24. 8% (重量)。
[0013] 在一些实施例中，铁的含量为5. 5% (重量）~7. 7% (重量)。
[0014] 在一些实施例中，铜的含量为2. 2% (重量）~4. 3% (重量)。
[0015] 在一些实施例中，镍基合金还包括0? 7% (重量）~1. 0% (重量）的钴；
[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] 根据一些实施例，腐蚀环境为亚临界水氧化环境。
[0019] 根据一些实施例，亚临界水氧化环境的pH值介于4至7之间。
[0020] 根据一些实施例，亚临界水氧化环境中包含浓度介于0. 116g/L至0. 348g/L的磷 酸根离子。
[0021] 根据一些实施例，亚临界水氧化环境的温度介于300°C至370°C的范围内。
[0022] 本发明的镍基合金在亚临界水氧化环境中具有良好的耐腐蚀性能，尤其是在含有 磷酸根离子的亚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耐热腐蚀性能。因 此本发明的镍基合金加入含量控制在21% (重量）至25% (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21. 5% (重 量）至24. 8% (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] 在本发明的一些实施例中，将钛的含量控制在1. 2% (重量)至1. 9% (重量）的范围 内，以使钛可以在高温合金中形成强化相。在本发明的镍基合金中，部分钛原子进入Y固 溶体中，从而起到固溶强化的作用，另一部分钛原子在相中进行沉淀强化。
[0026] 锰既坚硬有富有韧性，使得合金易于加工，因此在本发明中将锰的含量控在0. 7% (重量）~0? 9% (重量）的范围内。
[0027] 在本发明中适量的添加铁可以改善碳在镍中的溶解度，进而改善合金对晶间腐蚀 的敏感性，提高其抗渗透性能。因此在本发明的镍基合金中将铁的含量控制在5%(重量)~ 8% (重量）的范围内，优选地控制在5. 2% (重量）~7.7% (重量）的范围内。此外，铁的使用 还可降低合金的成本。
[0028] 在具有镍-铬-铁系统的耐腐蚀合金中，加入少量的铜原子可明显地改善合金在 含磷酸根的环境中的耐腐蚀性