镍基合金粉末的分类
(1)镍-铬系合金热喷涂粉末:该种热喷涂粉末的种类较多,例如镍-铬耐热合金,它是在镍中加入20%的铬制成的。镍-铬耐热合金在高温下几乎不氧化,是典型的耐热、耐蚀和耐高温氧化的涂层材料。涂层致密,与基体金属的粘结性能良好,是陶瓷、软金属等材料的涂层与基体的极好的过渡层材料,既能增加基体防高温气体侵蚀的能力,又能改善涂层与基体材料的粘结强度。
(2)镍-铬-铁系合金热喷涂粉末:此类热喷涂粉末是在镍-铬中加入适当的铁,其耐高温氧化性能比镍-铬系合金稍差一些,其他性能基本上与镍-铬系合金接近,突出的有点是价格比较便宜,因此可用作耐蚀工件的修补,也可做过渡层热喷涂粉末用。
(3)镍-铬-硼系合金热喷涂粉末:此系合金由于含有硼、铬和碳等元素,硬度比较高,韧性也适中,用喷涂后,其涂层耐磨、耐蚀、耐热性较好,可用于轴类、活塞等的防腐修复。
(4)镍-铝合金热喷涂粉末:镍-铝合金热喷涂粉末常用来打底层,它的每个微粒都是由微细的镍粉和铝粉组成。当喷涂时,热喷涂粉末通过火焰被加热到600摄氏度以上,镍和铝之间产生强烈的化学反应,生成金属间化合物,并放出大量的热,同时,部分铝还会氧化,产生更多的热量。在此高温下,镍可扩散到基材金属中去,可以使涂层的结合强度显著提高。镍-铝复合热喷涂粉末的另一显著特点是喷涂之后形成的涂层表面粗糙,因此提供了一个连接其他喷涂材料的理想表面。镍-铝复合热喷涂粉末的膨胀系数与大多数钢材的膨胀系数接近,因此也是一种理想的中间涂层材料。
复合钢管中镍基合金喷焊层对焊缝裂纹敏感性的影响
在石油系统及其他腐蚀环境恶劣情况下,传统的涂层防护方法是有机涂层防护,但是有机涂层存在易老化、不耐高温等缺点,利用火焰喷熔玻璃釉料在管道内外壁上制备玻璃涂层的防腐工艺是目前一项新技术,防腐效果相当好。但是焊接时玻璃釉层由于脆性大、塑韧性差,焊缝附近的玻璃釉层会在焊接热循环的作用下出现脱落、开裂等缺陷。就失去了防护作用。石油大学(华东)曾提出“一种取代金属焊后防腐处理的焊接方法”(详细情况请参阅该项专利,专利申请号97106107)。即,先在碳管道上喷焊一层镍基合金,采用THL焊条焊接带镍基合金喷焊层的碳钢管道,这相当于复合钢板的焊接。焊接时要求THL焊缝金属和喷焊层连成一体构成对整个碳钢管道的防护层,如图1所示。这样,镍基合金喷焊层会部分重熔与焊缝金属混合。其中的各种成分(Ni,B,Si等)将会分布到焊缝中使焊缝的组织性能发生变化。本论文采用模拟实际焊接情况,研究了镍基合金喷焊层的厚度对焊缝热裂纹敏感性的影响。为完善此工艺、解决油田管道焊接接头防护问题打下了基础。
1、试验方法与材料
1.1试样的制备
实验材料为Q235钢板,供货状态为热轧,试块下料采用剪板机剪切,坡口的加工为铣削加工。试件试验前对待用面进行砂轮打磨除锈处理。
1.2制备喷焊层
先将试块坡口背面离板边约20 mm范围内的锈蚀用电动砂轮打磨干净。再采用氧-乙1炔火焰喷焊的方法制备一层镍基合金层。喷焊层原始粉末成分见表2。喷焊层的范围如图2中的阴影部分所示,喷焊在室外操作,喷焊工具为喷枪,工艺参数如下:氧气压力为0.5MPa,乙1炔压力为0.05 MPa,喷焊距离为100mm±20mm。所得的喷焊层厚度为3个级别:0. 3~0.5 mm,0.6~0. 8 mm,1.0 mm以上。喷焊前,烘干喷焊粉末,烘干温度100℃,烘干时间5 h,采用CGT-10型覆层测厚仪测量喷焊层的厚度,并用手持电动砂轮磨光机进行校正。
1.3焊接材料
焊条选用THL型奥氏体不锈钢耐蚀焊条,焊条直径为3.2mm,试验之前,焊条进行烘干处理,烘干温度350℃,烘干时间5h。
1.4试样的焊接
因为喷瓷管道的焊接接头要承受较大的拘束应力,为了接近实际情况,该实验采用模拟小铁研实验的焊接方式,两边焊接拘束焊缝,中间焊接试验焊缝。制备了喷焊层的试样经过处理后进行焊接。焊前处理主要包括:坡口的打磨清洁,试样两端拘束焊缝部位坡口背面的打磨清洁。试样的焊接采用交流电焊机手工焊接。
先焊接两端的拘束焊缝,拘束焊缝选用J507焊条。要求拘束焊缝冷却之后焊缝间隙为3.0mm以内,并且通过反变形处理使两试块基本在同一平面内。待拘束焊缝冷却之后焊接中间的试验焊缝。要求中间试验焊缝焊完时用完一根焊条。试验焊缝焊接工艺参数为:焊接电流为100A,焊接速度为5mm/s。待试样焊接完成后,采用国标中规定的小铁研试样评定标准进行评定。
2、试验结果与分析
试验焊缝裂纹有的是焊接过程中发生,有的在焊后短时间内出现,裂纹断面有氧化的彩色,由此可判断裂纹属于热裂纹。从上面的试验结果可以看出,喷焊层厚度在0.3~0.5mm时裂纹率为都0,厚度在0.6~0.8mm时,裂纹率有所增加,当厚度在1.0mm以上时,裂纹率则明显高于前两者。这表明喷焊层对奥氏体不锈钢焊缝的裂纹敏感性有明显的影响,随着喷焊层厚度的增加,即焊接过程中熔入奥氏体不锈钢焊缝的喷焊层合金元素的增加,即焊缝的热裂纹敏感性增加。
什么是超级不锈钢?镍基合金?
超级不锈钢、镍基合金是一种特种的不锈钢,首先在化学成分上与普通不锈钢304不同,是指含高镍,高铬,高钼的一种高合金不锈钢。其次在耐高温或者耐腐蚀的性能上,与304相比,具有更加优1秀的耐高温或者耐腐蚀性能,是304不可取代的。另外,从不锈钢的分类上,特殊不锈钢的金相组织是一种稳定的奥氏体金相组织。
由于这种特种不锈钢是一种高合金的材料,所以在制造工艺上相当复杂,一般人们只能依靠传统工艺来制造这种特种不锈钢,如灌注,锻造,压延等等。
在许多的领域中,比如
1,海洋:海域环境的海洋构造物,海水淡化,海水养殖,海水热交换等。
2,环保领域:火力发电的烟气脱硫装置,废水处理等。
3,能源领域:原子能发电,煤炭的综合利用,海潮发电等。
4,石油化工领域:炼油,化学化工设备等。
5,食品领域:制盐,酱油酿造等
在以上的众多领域中,普通不锈钢304是无法胜任的,在这些特殊的领域中,特种不锈钢是不可缺少的,也是不可被替代的。近几年来,随着经济的快速发达,随着工业领域的层次的不断提高,越来越多的项目需要档次更高的不锈钢特种不锈钢(超级不锈钢、镍基合金)。
一些代表性的特种不锈钢有:
1,超级不锈钢,也就是说是一种含有约6%钼的特种不锈钢,世界上有十来种钢种。大家也叫6钼不锈钢。比如他的主要成分为;25Ni-23Cr-5.5Mo-0.2N
2,英苛莱合金,比如说英苛莱800,他的主要成分为;32Ni-21Cr-Ti,Al
3,英苛镍合金,比如说英苛镍600,他的主要成分位;73Ni-15Cr-Ti,Al
4,哈氏合金,比如说C-276,他的主要成分位;56Ni-16Cr-16Mo-4W
5,蒙乃尔合金,比如说蒙乃尔400,他的主要成分位;65Ni-34Cu
综合以上事例中,如果是选用普通不锈钢(304),而不是选用特种不锈钢的情况下,普通不锈钢(304)并不适合这样的高温或者高腐蚀的环境,材料会马上发生腐蚀,或者发生高温氧化。所以在众多的需