化工工业中高铬Ni-Cr 基高温合金的应用与发展

化工工业中高铬Ni-Cr 基高温合金的应用与发展

高铬合金对各种酸碱以及其他一些气氛的抗腐蚀性能是其一大特点。在化工制造中，难免需要一些腐蚀性很强的环境，因此高铬合金在该领域也有很广的用

途。就拿核工业中常用的Inconel 690 为例，它还可以广泛应用于硝酸和氢氟酸溶液中，比如生产硝酸的加热器和酸洗不锈钢的硝酸/氢氟酸液加热管和罐以及核燃料的回收。此外，Inconel 690 还具有抗含硫气体腐蚀的能力，可以用于煤气化装置，燃烧器及生产硫酸的导管，石油化工生产，回收及燃烧炉等[6]。

除了目前已大量使用的Inconel 690 合金，在化工工业中，还有一些高铬Ni-Cr 基合金可应用于以下几个领域：  

(1)玻璃工业:玻璃原料的融化到成型需要经历一个1500～900℃的高温过程。制造设备中离心喷头、端头、通气管等部件需要达到如下要求:高温下具有一定强度且抗氧化性能好；耐熔融玻璃腐蚀和冲刷，在熔融玻璃中不起泡且不污染玻璃；抗热震性能好；冷热加工性、焊接性、机械加工性能好，易于制成各种复杂形状的零部件。目前工作温度在1200℃以下，尤其是在玻璃成型过程中的耐高温腐蚀承力

部件大多由金属材料制成。国外玻璃行业常用的金属材料为Pt-Rh 合金，在熔制无疵点玻璃时还通常采用包铂金技术。尽管这一举措效果很好，但是铂金属是贵金属资源，价格极其昂贵，而且它的高温强度也有很大的限制[12]。以往国内玻璃行业常用合金为1Cr18Ni9Ti，Cr25Ni20不锈钢和耐热铸铁，由于使用温度较低，效果不好。INCO公司于90 年代开发了一种高Cr 含量的Ni-Cr-Co 合金(Cr 含量30%～40%)，它主要用于生产玻璃纤维用的离心器上。而从表2 可以看出，无论是Ni-Cr-Co 合金，还是我国自行开发的GH5K(Cr 含量20%～35%)，只有高铬Ni-Cr 基合金才是铂合金的理想替代品[13]。

表2 玻璃行业用高Cr 合金高温下性能对比

合金牌号

1100℃ 下熔

融玻璃中的

腐蚀速率

/(mm/day)

950℃ 拉伸强

度σs/σb/MPa

延伸率

δ5/%

Inconel690 0.058 - -

Ni-Cr-Co 0.025 80/100 25

GH5K 0.010 60/100 60

(2)磷酸制造:由于湿法磷酸工艺中硫酸浓度变化很大，从开始的轻微氧化性到随后的还原性介质是必要的。为了提高对非氧化性及含有卤素离子介质的耐蚀性，人们开发了一种新的专用高耐蚀哈氏合金G-30。它具有良好的耐蚀性和较低的价格，在国外已应用于许多场合。G-30 的主要成分为:Ni-30Cr-2.5W-5.5Mo-0.8Nb，从大量的腐蚀试验结果可知，在磷酸中有很好的耐蚀性，腐蚀速率通常在0.025～2.50mm/a 的范围内，它的耐蚀性要比传统的材料G 合金或 625 高2～10 倍。G-30 不仅在磷酸中有很好的耐蚀性，而且在其他酸性介质(如硫酸、硝酸、甲酸)中，也比 G-3 具有更好的耐蚀性。与许多不锈钢相比，G-30 在不同环境的混合酸介质中其耐蚀性能也表现不凡。在 H2SO4+ HNO3 和 H2SO4 +Fe2 (SO4)3 溶液中，高铬的 G-30 腐蚀速率最低。当介质中含卤素元素(如 HCl 或 HF) 时，与 316L、904L 和625 合金相比，G-30 同样表现出最好的耐蚀性。特别是在 HNO3 + HF 混合酸中G-30 的耐蚀性优于所有不锈钢及 625 合金，在室温下任何浓度的盐酸和硫酸中都有极低的腐蚀速率[14]。G-35 是G-30 的后续品种，主要成分为:Ni-33Cr-8Mo-0.05N，将G-30 中的Cu 去掉，并进一步加大了Cr 含量(33%)此外还加大了Mo 的含量(8%)。目的是:显著提高在腐蚀最严重的浓度范围中(通常认为该磷酸浓度为 48%～54%)抵抗“湿法”磷酸中的能力；出色抵抗由于氯引起的局部腐蚀现象；由于其较高的热稳定性，因此容易生产和加工，并且使焊接热影响区的敏感性降到最低[15]。

(3)石油化工:在石油化工领域，400～800℃间的强碳化气氛 (碳活度ac >1)中，经常出现由于该环境下过饱和后析出碳化物的析出，铁基、镍基和钴基合金在不同程度上都存在灰化损伤倾向。研究发现，灰化蚀坑的产生与材料表面氧化膜的破坏直接相关，当氧化膜被破坏后，必须有足够的Cr 元素从基体中扩散到表面进行补给，对氧化膜进行修复。因此在该条件下，必须提高材料的Cr 含量到30%左右或更高。高铬Ni-Cr 基合金可用于石化领域中各种强碳化气氛，如 CO + H2 合成气氛，广泛存在于甲醇合成、氨合成等化学工业和铁矿石直接还原的冶金工业等等[16]。需要指出的是，目前利用高铬含量来抵抗灰化还仅限于试验合金，工业生产中并无某种型号的高铬合金大量使用，但是相信该技术将迅速推广开来。__

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这样纯粹的粘贴，让人眼花缭乱

化工工业中高铬Ni-Cr 基高温合金的应用与发展
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