镍基合金复合板的力学性能和腐蚀性能的检验
来源:    点击次数:39次   发布时间:2019-12-31

由于工作关系,小编每天都接触到性价比、成本、耐腐蚀性……等关键词。今天,小编就和大家聊聊集“高性价比、低成本、不影响耐腐蚀性”于一身的镍基合金复合板。

由于镍基合金具有优良的耐腐蚀性,在化工设备、核工业、海洋工程、航天工业、制盐设备、环保工程等方面有着广泛的应用。但是,镍基合金含镍量高,故采用全金属的镍合金成本高昂。镍基合金复合板的出现,既降低了镍基合金使用的厚度即降低了成本,又用基础碳钢基层保证了结构的完整性和安全性,是20世纪六七十年以来伟大发明和材料新应用方向。

爆炸焊接是利用炸药爆炸所产生的能量作为能源,使被焊接的金属形成牢固的固相结合的一种焊接方法。它既是一种重要的金属零件(构件)连接方法,又是一种基本的金属材料复合技术。爆炸焊接而成的金属复合材料具有单一金属不可比拟的综合性能和很高的性能价格比,尤其是可以节约贵重稀缺金属。因此爆炸焊接在材料合成和加工领域具有不可替代的地位。

1、镍基合金的种类及应用

登蔚之前文章所述,按照合金的主要性能,可以把镍基合金分为镍基耐热合金、镍基耐蚀合金、镍基耐磨合金等;按照成分进行分类,可以分为Ni-Cr-Mo合金、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Mo-Cu合金、Ni-Cu合金、Ni-Cr合金等。以下几种为常见镍基合金的牌号。

Hastelloy C-276(UNS N10276,简称C-276合金),一种Ni-Cr-Mo-W合金,具有优异的耐点腐蚀和应力腐蚀开裂性能,特别是在含氯离子的烟气脱硫环境中的耐蚀性能。广泛用于烟气脱硫工程、治污工程、化工设备等领域。

Inconel 625(UNS N06625,简称625合金),一种Ni-Cr-Mo合金,用于苛刻性腐蚀环境,尤其是存在缝隙腐蚀、点腐蚀及高温氧化环境中。广泛用于航天工程、化工设备、石油天然气开发、治污工程等领域。

Incoloy 825(UNS N08825,简称825合金),一种Ni-Fe-Cr-Mo合金,具有优异的耐硫酸和磷酸腐蚀性能,很好的耐点腐蚀、应力腐蚀开裂和晶间腐蚀性能。广泛用于化工设备、石油工程、治污工程等领域。

Inconel 600(UNS N06600,简称600合金),一种Ni-Cr-Fe合金,具有很好的耐应力腐蚀开裂,耐碱腐蚀等性能。广泛用于石油化工、核工业等领域。

Monel 400(UNS N04400),一种Ni-Cu合金,在海水、稀氢氟酸、稀硫酸等腐蚀环境中具有优异的耐腐蚀性能。广泛应用于海洋工程、制盐设备、化工设备等领域。

纯镍、C2000、C22、601、800、59、31等合金就不具体赘述。“特钢100秒”本平台其它文章皆有详尽的介绍。

2、镍基合金复合板的国内标准

镍基合金一般用作复合板的复层材料,基层材料可以是碳钢及低合金钢,也可以是不锈钢。以上所提及的所有镍基合金,都可以被用来制作镍基合金复合板。

JB4748-2002是镍基合金以往执行的标准,2010年5月1日,NB/T47002.2-2009标准——《压力容器用爆炸焊接复合板 第2部分:镍-钢复合板》实施,正式取代了JB标准。

较之前的标准变更部分见以下:

3、镍基合金复合板生产流程

镍基合金复合钢板,从原材料入厂检验到成品的包装发运,一般要经过几十道工序,主要的工序如下:原材料入厂检验→基、复材划线下料→基材抛光除锈→复材拼接→复材校平→基、复材配板→爆炸复合→无损检测→未结合区域补焊→复合板热处理→校平→性能检验→二次无损检测→齐边定尺→复材表面酸洗钝化或机械抛光→成品检验→包装等工序。

4、镍基合金复合板的热处理

镍基合金复合板的热处理与奥氏体不锈钢复合板的热处理相比,有着很多相同之处。首先,必须兼顾考虑基材和复材两种材料的组织、状态、性能等特点。其次要考虑热处理对结合界面强度的影响。镍基合金复合板的热处理又一定的特殊性,镍基合金自身的固溶处理温度很高,并要求很快的冷却速度。而在碳钢基材正火温度范围内,多数镍基合金敏化严重,析出多种金属间化合物,降低镍基合金的耐腐蚀性能。

以碳钢及低合金钢为基材的镍基合金复合板,为了兼顾基材的力学性能和复材的耐腐蚀性能,多数采用消应力热处理。而不锈钢的热处理方式和镍基合金的相似,因此,以不锈钢为基材的镍基合金复合板的热处理就多了一种选择,即固溶处理。

下面简要介绍几种镍基合金复合板的热处理方式。

a、Hastelloy C-276复合板的热处理

资料介绍的C-276合金的固溶温度为1150~1175℃。从图2可以看出,C-276合金在700~1050℃温度范围内,只需很短的时间,就开始敏化,因此,C-276复合板尽可能在700℃以下进行消应力热处理。如果以不锈钢为基材,还可以选择高温固溶处理。

b、Incoloy 825复合板的热处理

据资料介绍,825合金的热处理温度范围是920~980℃,最合适的是940±10℃,快速冷却,保证材料的耐腐蚀性能。

825合金可以组合的基材包括C-Mn钢,Cr-Mo钢,不锈钢。以C-Mn钢和不锈钢为基材的复合板,可以直接采用825合金的推荐热处理工艺。以Cr-Mo钢为基材的复合板,可以采用正火+回火或回火的工艺方式。正火工艺采用825合金推荐热处理工艺,回火工艺推荐采用700±10℃,快速冷却。

c、Inconel 625复合板的热处理

625合金的敏化时间较长,在正常的热处理条件下,不容易发生敏化。因此,625复合板的热处理可以正火处理或消应力热处理。以不锈钢为基材的复合板,可以选择固溶处理或消应力热处理。Inconel

625+Q345R复合板经1000℃的热处理后,能得到很好的力学性能和耐腐蚀性能。

随着各类设备使用要求的提高,越来越多的镍基合金复合板得到应用。复合板制造过程中一定要重点注意热处理质量控制。在镍基合金复合板的制造过程中,应当根据复层镍基合金的特点、腐蚀性能要求及复合板自身的特点来选择适当的热处理工艺。实践表明,恰当的热处理工艺既能最大程度地消除爆炸过程中产生的应力,恢复和改善基材力学性能,又能保证复层镍基合金的耐腐蚀性能。

5、镍基合金复合板的力学性能和腐蚀性能的检验

镍基合金复合板可以采用的标准有NB/T47002.2-2009和ASME SA265等。力学性能检验按标准所列项目及用户要求进行检测,如拉伸试验、冲击试验、弯曲试验、剪切试验等。NB/T47002.2-2009规定剪切强度的不小于210MPa,ASME

SA265规定剪切强度不小于140MPa。实践表明,采用爆炸法生产的镍基合金复合板的剪切强度一般不小于300MPa,远大于标准要求值。拉伸、冲击等性能达到基材的要求,保证复合板在设备制作和运行过程中所需的强度和韧性,保障设备安全运行。

对于复合后的镍基合金层的耐腐蚀性能检测,是复合板性能检测的一个重要指标。镍基合金常用的晶间腐蚀试验方法为ASTM G28(A法和B法),评定镍基合金的晶间腐蚀倾向。而复合板复合后的热处理,是保证复层镍基合金的耐腐蚀性能关键过程。


  

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