一种镍铜耐蚀合金及其制备方法与流程

本发明属于金属材料领域，涉及一种镍铜耐蚀合金及其制备方法。

背景技术：

1、镍铜合金，是以镍为基体，添加铜以及少量的fe、mn、si等元素的奥氏体耐蚀合金，在含氟介质、氢氟酸、热浓碱液中具有优异的耐蚀性，同时在中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等具有良好的耐腐蚀性，是一种综合性能优异、使用领域广泛的耐蚀合金。

2、目前，镍铜合金的研究主要在集中在材料性能方面的提升，依据成分设计和加工工艺创新来改善综合性能。

3、公开号cn112030041a，公开了一种在含氧氢氟酸中具有耐腐蚀性的monel k500a合金，该发明合金成分：ni 64～66%、fe 1～1.5%、mn 0.5～1.0%、c 0.08～0.12%、al 2.0～3.0%、si 1.2～2.2%、ti 0.6～0.7%、cr 4～5%、zr 0.5～0.7%、v 0.3～0.6%，且zr+v≥1.0%，cu余量。该发明通过在monel k500合金中添加规定比例的铬、锆、钒元素，并通过添加硅元素明显改善新合金在含氧氢氟酸中的腐蚀性能。该发明很具新颖性，但较高的cr会在材料的时效过程中析出脆性相m23c6，降低晶界强度。

4、公开号cn105648274a，公开了一种低温冲击性能优异的镍铜合金及其生产工艺，该发明成分为：cu 28.5～32.5%、al 2.74～3.2%、ti 0.47～0.6%、mn 1.18～1.28%、si0.33～0.38%、c 0.057～0.085%、s≤0 .002%、余量为ni。该发明主要通过成分设计、热处理工艺优化来增加镍铜合金的低温冲击韧性，满足lng低温泵轴的使用要求。该发明很具新颖性，但热处理工艺不太合理，ni3（al、ti）会在580～600℃、15～20h长时间时效过程中过分长大，不利于强度的提高。

5、公开号cn111020245a，公开镍铜耐蚀合金的制备方法，该方法通过真空感应、电渣重熔、真空自耗、材料热加工和材料热处理等步骤制备镍铜耐蚀合金。该发明电渣渣系设计不全面，仅为普通的三元渣系，渣中无tio2，会造成电渣过程中ti的烧损；真空自耗时真空度≤10-2pa，并无保护气氛，会造成al的大量挥发；所以整个工艺可行性较差，合金成分难以精确控制。

6、其他已公开的技术方案，也与上述现有技术类似，要么成分设计有缺陷，要么生产操作性差，要么产品性能较单一，无一有规模化应用的前景。因此，提供一种成分体系更完善、生产工艺更可行、产品性能更全面的镍铜耐蚀合金至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的首先是通过合理的成分设计，提供一种含mo、nb、ce、b等元素的镍铜耐蚀合金，提高其强韧性、耐蚀性等综合性能和晶界强度；其次还提供了一种合理、操作性强的镍铜耐蚀合金的制备方法，确保了材料组织性能的优异性。

2、为实现上述技术目的，本发明所采取的技术方案是：

3、一种镍铜耐蚀合金，其化学成分按质量百分比计为：ni 65～67%、c 0.05～0.10%、si≤0.3%、mn≤0.5%、p ≤0.008%、s ≤0.003%、fe 1.5～2.0%、al 2.8～3.2%、ti 0.75～0.85%、mo 1.7～2.1%、nb 0.3～0.5%、ce 0.03～0.05%、b 0.005～0.010%，余量为cu和不可避免杂质。

4、本发明所述镍铜耐蚀合金的力学性能：屈服强度rel758～780mpa，抗拉强度rm996～1025mpa，延伸率a≥23%.

5、本发明所述镍铜耐蚀合金的耐蚀性能：60℃、50%氢氟酸、密闭容器：液蚀深度≤0.84mm/a，气蚀深度≤0.45mm/a；60℃、50%氢氟酸、饱和空气密闭容器：液蚀深度≤1.23mm/a，气蚀深度≤0.71mm/a；25℃、30%硝酸、密闭容器：液蚀深度≤1.32mm/a，气蚀深度≤0.81mm/a；25℃、30%氢氧化钠溶液、密闭容器：液蚀深度≤0.48mm/a，气蚀深度≤0.27mm/a。

6、本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，包括冶炼、均质化、锻造和热处理工序。

7、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述冶炼工序采用真空感应熔炼+电渣重熔双联工艺熔炼成合格钢锭。

8、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述电渣重熔所用渣系的成分按质量百分比计为：caf2：30～35%、cao：35～40%、al2o3：15～20%、tio2：5～8%、b2o3：2～3%、ce2o3：3～5%。

9、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述均质化工序采用三段式加热保温工艺，具体为：第一段加热为升温至700～750℃，保温2～3h；第二段加热为升温至850～900℃，保温3～4h；第三段加热为升温至1150～1200℃，保温6～8h。

10、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述均质化工序：第一段加热的升温速率≤60℃/h；第二段加热的升温速率≤80℃/h；第三段加热的升温速率≤100℃/h。

11、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述锻造工序：采用三镦二拔、变向墩拔工艺，控制锻造温度为930～1070℃，锻压比≥6，锻后空冷。

12、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述锻造工序：首次墩拔单道次压下量25～40mm，二次墩拔单道次压下量35～50mm，三次墩粗单道次压下量30～45mm；变向墩拔单道次压下量40～55mm。

13、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述热处理工序具体为：锻件在850～900℃固溶4～6h，出炉风冷至室温；再升温至550～570℃保温3～4h；然后随炉冷却至460～480℃，进行460～480℃→500～520℃→460～480℃三段等温时效，每段2～3h；最后空冷至室温。

14、进一步地，本发明所述镍铜耐蚀合金的制备方法，其中，所述热处理工序：锻件固溶时升温速率≤80℃/h，时效时升温速率≤100℃/h。

15、本发明的发明原理及有益技术效果为：

16、（1）本发明镍铜耐蚀合金的化学成分设计全面。成分设计时，添加了1.7～2.1%的mo，其中30%mo进入γ固溶体中，由于mo原子比ni原子大9～12%，显著增加ni固溶体的晶格常数，提高强度；70%的mo进入ni3（al，ti）相中，改变基体与ni3（al，ti）的晶格错配度，增加反向畴界能，限制a<110>{111}位错穿过ni3（al，ti）相，锁住螺型位错交滑移，显著提高基体强度。添加了0.3～0.5%的nb，主要是形成ni3nb强化相，提高沉淀强化效果，少量nb与c形成细小弥散的nbc，阻碍奥氏体晶粒长大；nb还显著降低γ基体的堆垛层错能，提高材料抗断裂能力。添加微量的ce和b，显著提高晶界强度，增加耐蚀性能；ce还具有强烈的脱硫作用，显著提高金属的洁净度。复合添加al和ti，是为形成主要有序强化相ni3（al，ti），提高基体强韧性。

17、（2）本发明制备工艺合理。冶炼工序中，采用真空感应熔炼作为初炼，大幅降低合金中铅、砷、锡、硫等有害成分和o、n、h等气体含量，电渣时设计与成分相匹配的caf2-cao-al2o3-tio2-b2o3-ce2o3渣系，确保各元素的精确控制，较低的熔速亦可保证成分和组织均匀性。均质化工序中，针对镍基材料的导热性较差这一特征，设计低升温速率的三段式保温工艺，确保能有效消除凝固偏析和析出相的完全回溶。设计大变形量的三墩二拔、变向墩拔的锻造工艺，确保材料在各个方向均匀变形，保证材料性能均一稳定。热处理时设计三段式时效工艺，确保ni3（al，ti）、ni3nb等强化相有序且细小弥散析出，达到最佳的沉淀强化效果。