镍-铬-钼合金及其制造方法技术

本发明专利技术涉及镍‑铬‑钼合金及其制造方法。在制造具有均匀的两相显微组织的形变镍‑铬‑钼合金的方法中，使锭块形式的合金经受2025°F至2100°F温度的均匀化处理，然后以2025°F至2100°F的起始温度热加工。该合金优选含有18.47至20.78重量％铬、19.24至20.87重量％钼、0.08至0.62重量％铝、小于0.76重量％锰、小于2.10重量％铁、小于0.56重量％铜、小于0.14重量％硅、至多0.17重量％钛、小于0.013重量％碳、和余量的镍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及镍-铬-钼合金，以及生产两相的镍-铬-钼。
技术介绍
含大量铬和钼的镍合金用于化学工艺及相关行业已有超过八十年。它们不仅能够承受许多化学溶液，它们还耐受氯化物引起的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂(潜隐和不可预知的侵蚀形式，不锈钢易于发生这种侵蚀)。Franks(美国专利US1,836,317)在1930年代早期发现最早的镍-铬-钼(Ni-Cr-Mo)合金。他的合金含有一些铁、钨和杂质，如碳和硅，发现该合金耐受许多腐蚀性化学品。我们现在知道这是因为钼大大增强镍在活性腐蚀条件下(例如，在纯盐酸中)的耐受性，而铬有助于在氧化条件下建立保护性、惰性的膜。第一种商业材料(HASTELLOYC合金，其包含约16重量％的Cr和16重量％的Mo)最初被用于铸造(加退火)条件；随后在1940年代用于退火的形变产品。到了1960年代中期，熔炼和形变加工技术改善至有可能实现具有低碳和低硅含量的形变产品的程度。这些部分地解决了具有硅和碳的合金的过饱和的问题，并且所导致的在焊接期间晶界碳化物和/或金属间化合物的成核和生长(即敏化)的强驱动力，随后在某些环境下晶界的优先侵蚀。具有显著减少的焊接顾虑的第一种商业材料是美国专利US3,203,792(Scheil)所保护的HASTELLOYC-276合金(再一次具有约16重量％的Cr和16重量％的Mo)。为了更进一步减少碳化物和/或金属间化合物的晶界析出的倾向，1970年代晚期提出HASTELLOYC-4合金(美国专利US4,080,201，Hodge等人)。与C和C-276不同(这两种合金都具有故意的、大量的铁(Fe)和钨(W)含量)，C-4合金基本上是非常稳定(16重量％Cr/16重量％Mo)的Ni-Cr-Mo三元体系，具有一些少量的添加物(特别是铝和锰)用以在熔融期间控制硫和氧，以及少量的钛添加物以便以初级(晶粒内)MC、MN或M(C,N)析出物的形式钉扎任何碳或氮。到了1980年代早期，变得明显的是：C-276合金的许多应用(特别是化石燃料发电厂中的废气脱硫系统的内衬)涉及具有氧化性质的腐蚀性溶液，并且具有较高铬含量的形变Ni-Cr-Mo合金可能是有利的。因此提出了含约22重量％Cr和13重量％Mo(加3重量％W)的HASTELLOYC-22合金(美国专利US4,533,414，Asphahani)。在此之后于1980年代后期以及1990年代提出了其它高铬Ni-Cr-Mo材料，特别是Alloy59(美国专利US4,906,437,Heubner等人)、INCONEL686合金(美国专利US5,019,184,Crum等人)和HASTELLOYC-2000合金(美国专利US6,280,540,Crook)。Alloy59和C-2000合金都含有23重量％Cr和16重量％Mo(而没有钨)；C-2000合金与其它Ni-Cr-Mo合金不同之处在于它具有少的铜添加。Ni-Cr-Mo体系背后的设计理念是在最大化有益元素的含量(特别是铬和钼)之间取得平衡，同时保持单一、面心立方的原子结构(γ相)，该结构被认为对于腐蚀性能是最佳的。换而言之，Ni-Cr-Mo合金的设计者已经注意到可能有益元素的溶解度限制，并且试图接近这些限制。为了使含量能够刚好略微高于溶解度极限，利用了如下实际情况：在使用之前通常对这些合金进行溶液退火和快速淬火。逻辑是在退火期间任何第二相(其可能在固化和/或形变加工期间产生)将溶解在γ固溶体中，并且所得的单原子结构将通过快速淬火而冻结。事实上，美国专利US5,019,184(关于INCONEL686合金)甚至描述了在形变加工期间的双重均匀化处理，以确保在退火和淬火之后具有单(γ)相结构。这种方法的问题在于，任何随后的热循环(例如在焊接期间经历的那些热循环)可引起晶界中的第二相析出(即敏化)。该敏化的驱动力与过度合金化或过饱和的量成比例。与本专利技术有关的是M.Raghavan等人在1984年公开的工作(MetallurgicalTransactions,Volume15A[1984],第783-792页)。在这项工作中，以铸造纽扣的形式制造具有广泛变化的铬含量和钼含量的几种镍基合金(即未经受形变加工)，用以研究在该系统中于不同温度下在平衡条件下可能的相，一种是纯的60重量％Ni-20重量％Cr-20重量％Mo合金。还与本专利技术有关的是欧洲专利EP0991788(Heubner和)，其描述了含氮的镍-铬-钼合金，其中铬的范围是20.0至23.0重量％，以及钼的范围是18.5至21.0重量％。EP0991788所要求保护的合金的氮含量是0.05至0.15重量％。一篇2013年的论文(CORROSION2013会议中公布,NACEInternational,Paper2325)描述了符合EP0991788权利要求的商业材料的特征。令人感兴趣的是，这种材料的退火显微组织是单相的Ni-Cr-Mo合金所特有的。
技术实现思路
我们已经发现了一种可用于在含有足量的铬和钼(以及钨，在某些情况下)的形变镍合金中产生均匀、两相的显微组织的方法，从而导致在锻造期间的侧爆(side-bursting)趋势降低。以这种方式加工的材料的可能另外优点是改善的晶界析出抵抗性，因为对于给定的组成而言，过饱和的程度将较小。此外，我们已经发现了一系列的组合物，当以这种方式加工时，这些组合物比现有的形变Ni-Cr-Mo合金显著更耐腐蚀。该方法涉及在2025°F和2100°F之间的锭块均匀化处理，以及在2025°F和2100°F之间的热锻造和/或热轧开始温度。当以这种方式加工时显示出优异的耐腐蚀性的组成范围是18.47至20.78重量％铬、19.24至20.87重量％钼、0.08至0.62重量％铝、小于0.76重量％锰、小于2.10重量％铁、小于0.56重量％铜、小于0.14重量％硅、至多0.17重量％钛和小于0.013重量％碳，以及作为余量的镍。铬和钼的总含量应该超过37.87重量％。在这些合金中可能有痕量的镁和/或稀土元素，以便在熔融期间控制氧和硫。附图说明图1是合金A2板在2200°F均匀化、2150°F热加工和在2125°F退火之后的光学显微图；图2是合金A2板在2050°F均匀化、2050°F热加工和在2125°F退火之后的光学显微图；图3是合金A1在几种腐蚀性环境中的耐腐蚀性的坐标图。具体实施方式我们提供了一种手段，通过该手段能够在高合金化的Ni-Cr-Mo合金中可靠地产生均匀、形变、两相的显微组织。这样的组织要求：1.在2025°F至2100°F(优选2050°F)的锭块均匀化，和2.以2025°F至2100°F(优选2050°F)的起始温度热锻和/或热轧。此外，我们已经发现了一系列的组合物，当在这些条件下加工时，这些组合物显示出优异的耐腐蚀性，相对于现有的形变Ni-Cr-Mo合金而言。这些发现源于利用如下名义组成的材料的实验室实验：余量的镍、20重量％铬、20重量％钼、0.3重量％铝、0.2重量％锰。将这种材料的两个批次(合金A1和合金A2)在相同条件下进行真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)，从而产生直径4英寸和长度7英寸的锭块，重量约25磅。由合金A1制备一个锭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造形变镍‑铬‑钼合金的方法，其特征在于该方法包括：a.获取镍‑铬‑钼合金锭块，b.使所述锭块经受2025°F至2100°F温度的均匀化处理，和c.以2025°F至2100°F的起始温度热加工所述锭块。

【技术特征摘要】
2015.07.08 US 14/794,2591.一种制造形变镍-铬-钼合金的方法，其特征在于该方法包括：a.获取镍-铬-钼合金锭块，b.使所述锭块经受2025°F至2100°F温度的均匀化处理，和c.以2025°F至2100°F的起始温度热加工所述锭块。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述热加工包括热锻和热轧中的至少一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述镍-铬-钼合金锭块含有钨。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述镍-铬-钼合金锭块具有大于37.87重量％的铬与钼的总含量。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述镍-铬-钼合金锭块含有18.47至20.78重量％铬、19.24至20.87重量％钼、0.08至0.62重量％铝、小于0.76重量％锰、小于2.10重量％铁、小于0.56重量％铜、小于0.14重量％硅、至多0.17重量％钛、小于0.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·克鲁克，A·米什拉，D·A·梅茨勒，
申请(专利权)人：海恩斯国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US