專利名稱：由含鈦高鉻鎳合金制得的噴涂材料及其制備方法和用途的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含鈦高鉻鎳合金，具體涉及一種含鈦高鉻鎳合金絲材及其制備方法和應用。
背景技術：
我國電站鍋爐和工業鍋爐以燃煤為主。隨著世界范圍內對資源、環境污染等問題重視程 度益提高，盡管如天然氣、核能以及其它可再生的能源在電力生產中所占的份額會逐年增加 ，但據預測，直到50年之后，煤作為我國電力能源所占的份額都會超過50%。在燃煤發電廠中，鍋爐長期處于高溫環境中，受煙氣或懸浮于其中的灰分作用，會發生 不同程度的高溫腐蝕包括高溫氧化、硫酸鹽高溫腐蝕、硫化腐蝕、氯化物高溫腐蝕等。高溫 高壓鍋爐"四管"(即水冷壁管、過熱器管、再熱管、省煤器管)的高溫腐蝕現象以及由此 而帶來的諸如爆管等一系列嚴重后果一直是電力行業急待解決的一個難題。采用熱噴涂技術對鍋爐管進行預防是一種延長鍋爐正常運轉周期的有效手段。在國內， 目前主要采用的噴涂保護技術有噴鋁保護，由于鋁的熔點低為660.4'C，在低溫環境下效 果不錯，其抗蠕變強度低，耐磨性差，高溫高壓鍋爐"四管"等零部件往往同時需要承受一 定的磨損作用，這些因素使噴鋁后的保護作用不理想；噴焊Ni—W合金涂層，雖然噴焊層結 合良好，磨損和腐蝕輕微，但其工藝不足之處是重熔溫度過高，造成管子變形，大面積使用 有困難；國內也有采用滲鋁、滲鉻進行防護的，但熱浸工藝一般只適用于單一元素組成的涂 層，而該方法所要求的較高的工作溫度(一般在750 — 110(TC之間)對于基體材料的組織結 果和性能均會產生一定的影響，且防護效果欠佳。同國外相比，我國在鍋爐管防護方面的工 作起步較晚，缺乏適用于鍋爐運轉的惡劣工況且同時具有優良的抗高溫腐蝕性能的涂層材料發明內容本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種含鈦高鉻鎳合金。本發明的技術方案是含鈦高鉻鎳合金，其成分組成為(重量百分數)15%《Cr《 25%， l%《Ti《5%， l%《Si《6%， 0<C%《0.20%， 20%《Ni《55%， 0.5%《Re《6% ，0<A1《6%， 0<S《0. 035%， 0<P《0. 035%， 0<Mn《0. 2%，余量為Fe。含鈦高鉻鎳合金的制備方法為將稱好的原料熔煉后澆成金屬錠，冷卻。其中，原料可以是純金屬，也可以是合金，主要依據成本的考慮，比如Cr、 Si、 Mn、 Ti、 Ni—般采用其合金即鉻鐵、硅鐵、錳鐵、鈦鐵、鎳鐵，鐵一般采用雜質元素低的廢鋼。本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種由上述含鈦高鉻鎳合金制成的噴涂絲材。本發明含鈦高鉻鎳基合金作為噴涂材料應用時，由于電弧噴涂比火焰噴涂得到的涂層更 致密、防護作用更佳，因此可以將含鈦高鉻鎳基合金制成噴涂絲材，通過電弧噴涂技術手段 來實施涂層的制備。電弧噴涂時所用的絲材直徑為①1.6mm、①2.0mm、 。3.0mm或①3. 17mm ，絲材的外表有明顯的金屬光澤，利于電弧噴涂時的導電和走絲。本發明所要解決的第三個技術問題是提供含鈦高鉻鎳合金噴涂絲材的制備方法。本發明含鈦高鉻鎳合金噴涂絲材的制備方法包括以下步驟(1) 切除金屬錠冒口，整修、切削金屬錠表面層；(2) 將步驟(1)制得的金屬錠加熱至1100 115(TC，保溫2h，鍛造成直徑為。=15 25mm規格的坯料，終鍛溫度95(TC;(3) 把鍛造好的坯料在旋鍛機上熱旋鍛至①二2.2mm，溫度1100 115(TC;(4) 酸洗，清除材料表面的氧化皮后即得。 本發明所要解決的第四個技術問題是提供上述含鈦高鉻鎳合金作為噴涂材料在防止基材高溫氧化、硫化、氮化、氫腐蝕或熱腐蝕中的應用。在腐蝕介質環境中服役的工件、部件、 器件、原材料上熱噴涂一層該合金涂層，具有良好的抗高溫氧化、硫化、氮化、氫腐蝕或抗 熱腐蝕的性能。采用電弧噴涂技術將含鈦高鉻鎳基合金絲材噴涂在腐蝕介質環境中使用的工件、部件、 器件等上，使其覆蓋一層高鉻鎳基合金涂層。例如在鍋爐水冷壁管上電弧噴涂上含鈦高鉻鎳 基合金涂層，可大大提高水冷壁管在電站鍋爐管道運行環境中的使用壽命。本發明含鈦高鉻鎳合金噴涂材料與現有技術相比具有以下特點1、 噴涂材料中加入的Cr、 Si、 Al在高溫時能與氧形成一層完整致密具有保護性的氧化 膜(Cr203、 Si02、 A1203)，對基體起保護作用；Ti能在其表面形成一層致密的、結合牢固 的、破損時還能自動愈合的氧化物薄膜，因而具有良好的抗蝕性能；氧化和硫化相似，防止 氧化的基本措施也能防止硫化，預氧化可以提高金屬材料的抗硫化能力，因此合金中含有， Cr、 Si、 Al元素氧化后可以提高合金的抗硫化能力。2、 合金中加入稀土后，降低了形成Cr203或Al203的臨界鉻或鋁含量，可以進一步提高 Cr203或Al203對基體的保護作用；能顯著降低&203的生長速度，提高氧化膜的抗腐蝕能力， 改善Cr203或Al203氧化膜與金屬表面之間的結合力，使氧化膜不易脫落，還可改變&203氧化膜的生長機制。
不含稀土的合金氧化時，鉻離子向外擴散占優，新的&203主要在氣體/氧化膜界面上形 成。而含稀土的合金氧化時，氧離子向內擴散占優，新的&203主要在合金/氧化膜界面上形 成，因此在合金中加入稀土元素能顯著提高合金的抗高溫氧化性能。
3、 多種元素氧化膜的抗蝕性比單一元素的氧化膜好。這些氧化膜可以防止金屬原子向 表面擴散和氧、硫、氮、氯等有害元素向金屬擴散，可以有效防止合金的繼續氧化、氮化、 硫化、氯化、熱腐蝕等腐蝕。
4、 預氧化可以提高金屬材料的抗氮化能力，合金中含有Cr、 Si、 Al元素，它們氧化后 可以提高合金的抗氮化能力；鎳在高溫下也不易形成氮化物，對抑制氮化起到了一定作用。
本發明含鈦高鉻鎳合金噴涂材料的有益效果是由于本發明的含鈦高鉻鎳合金成分上的 特殊性，致使其具有強烈的抗高溫氧化、抗高溫S02、 H2S、 Na2S04/K2S04等介質腐蝕的性能， 因此適用于電站鍋爐"四管"、化工廠、紙漿造紙廠、燃氣輪機等有高溫氧化、高溫(400 r以上)S02腐蝕、高溫(40(TC以上)H2S腐蝕、高溫(40(TC以上)氧化釩腐蝕、高溫( 40(TC以上)Na2S04/K2S04腐蝕的環境。采用噴涂的方法在這些零部件上噴涂上一層含鈦的高 鉻鎳基合金涂層，能起到良好的防護效果。
具體實施例方式
含鈦高鉻鎳合金的制備方法為按照組成進行配料，并將配好的金屬材料放在普通工頻
感應爐中進行熔煉，然后把熔化的液態合金澆成含鈦高鉻鎳合金錠，冷卻。
含鈦高鉻鎳合金噴涂絲材的制備方法包括以下步驟a、 將上述制得的含鈦高鉻鎳合金錠切除冒口，進行整修，即對合金錠表面層進行切削
(也叫扒皮)。
b、 把整修過的合金錠放在熱處理爐中加熱，加熱設定溫度為1100 115(TC，到溫后保 溫2h，然后出爐進行鍛造，終鍛溫度為95(TC，直至鍛造成直徑為①二15 25mm規格的坯料
c、 把鍛造好的坯料在旋鍛機上進行熱旋鍛，溫度為1100 115(TC，直至旋鍛到所需的 尺寸至0)=2. 2mm為止。
d、 對經上述工序加工而成的絲材進行酸洗，以清除絲材表面的氧化皮。 絲材噴涂時，采用噴砂技術先除掉工件表面的氧化層，然后采用電弧噴涂技術把絲材噴
涂到工件上， 一般噴涂厚度為O. 5 1.0mm。
以下結合實施例對本發明作進一步的闡述。實施例僅用于說明本發明，而不是以任何方式來限制本發明。 實施例l
采用上述含鈦高鉻鎳合金的制備方法制備含鈦高鉻鎳合金錠，其成分組成為Cr: 18% ，Ti: 2.5%， Si: 2%， C: 0.10%， Ni: 35%， Re: 4%， Al: 2%， S: 0.030%， P:《 0.030%， Mn: 0.15%，余量為Fe。
采用上述含鈦高鉻鎳合金噴涂絲材的生產方法制備本發明含鈦高鉻鎳合金絲，將兩個相 同部位的管子電弧噴涂相同厚度的金屬鋁和上述成分的合金時，通過半年使用后，使用測厚 儀檢測它們的厚度變化情況，鋁的厚度變化(減少)率是本發明合金厚度變化(減少)率的 2倍以上。即噴涂后，工件使用壽命是原來噴涂鋁壽命提高2倍以上。
實施例2
采用實施例l中的合金錠及合金絲的制備方法制備含鈦高鉻鎳合金絲，其成分組成為
Cr: 21%， Ti: 4%， Si: 4%， C: 0.15%， Ni: 25%， Re: 2%， Al: 4%， S: 0.030%， P: 0.030%， Mn: 0.15%，余量為Fe。
將兩個相同部位的管子電弧噴涂相同厚度的金屬鋁和上述成分的合金時，通過半年的使 用后，使用測厚儀檢測它們的厚度變化情況，鋁的厚度變化(減少)率是本發明合金厚度變 化(減少)率的2倍以上。即噴涂后，工件使用壽命是原來噴涂鋁壽命提高2倍以上。
實施例3
采用實施例l中的合金錠及合金絲的制備方法制備含鈦高鉻鎳合金絲，其成分組成為 Cr: 25%， Ti: 5%， Si: 6%， C: 0.12%， Ni: 25%， Re: 5%， Al: 6%， S: 0.030%， P: 0.030%， Mn: 0.10%，余量為Fe。
將兩個相同部位的管子電弧噴涂相同厚度的金屬鋁和上述成分的合金時，通過半年的使 用后，使用測厚儀檢測它們的厚度變化情況，鋁的厚度變化(減少)率是本發明合金厚度變 化(減少)率的2倍以上。即噴涂后，工件使用壽命比原來噴涂鋁壽命提高2倍以上。
綜上所述，本發明的含鈦高鉻鎳合金制作的涂層與其它同類用途的材料相比具有良好的 抗高溫氧化、硫化和抗熱腐蝕的性能，可以大大提高被噴涂的管、工件、部件、器件、原材 料在腐蝕介質中的使用壽命。
權利要求
1. 含鈦高鉻鎳合金，其特征在于其成分組成按重量百分數計為15％≤Cr≤25％，1％≤Ti≤5％，1％≤Si≤6％，0＜C％≤0.20％，20％≤Ni≤55％，0.5％≤Re≤6％，0＜Al≤6％，0＜S≤0.035％，0＜P≤0.035％，0＜Mn≤0.2％，余量為Fe。
2.含鈦高鉻鎳合金噴涂絲材，其特征在于是由權利要求l所述的含 鈦高鉻鎳合金制備而成。
3.權利要求2所述的含鈦高鉻鎳合金噴涂絲材的制備方法，其特征在 于包括以下步驟(1) 將稱好的原料熔煉后澆成金屬錠，冷卻后切除冒口、整修、切削表面層；(2) 將步驟(1)制得的金屬錠加熱至1100 115(TC，保溫2h，鍛造成直徑為。=15 25mm規格的坯料，終端溫度95(TC;(3) 把鍛造好的坯料在旋鍛機上熱旋鍛至①二2.2mm，溫度1100 115(TC;(4) 酸洗，清除材料表面的氧化皮后即得。
4.權利要求l所述的含鈦高鉻鎳合金作為噴涂材料在防止基材高溫氧 化、硫化、氮化、氫腐蝕或熱腐蝕中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種含鈦高鉻鎳合金及其在噴涂材料中的應用。該合金的成分為(重量百分數)15％≤Cr≤25％，1％≤Ti≤5％，1％≤Si≤6％，0＜C％≤0.20％，20％≤Ni≤55％，0.5％≤Re≤6％，0＜Al≤6％，0＜S≤0.035％，0＜P≤0.035％，0＜Mn≤0.2％，余量為Fe。使用該合金制成的噴涂材料在高溫氧化、高溫腐蝕環境中工作設備的零部件進行噴涂后，由于涂層具有良好的抗高溫氧化、硫化和抗熱腐蝕性能，可以大大提高這些零部件的使用壽命。
文檔編號C22C19/05GK101260487SQ20081030117
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月17日 優先權日2008年4月17日
發明者藩 何, 唐建偉, 林劍東, 鐘厚萬, 陳建平, 平 黃 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司