[發明專利]壓力容器及壓力管道用稀土鋁合金材料

無效

• 申請號: 201110346245.6
• 申請日: 2011-11-04
• 公開（公告）號: CN102409204A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 束潤濤
• 申請（專利權）人: 武漢市潤之達石化設備有限公司
• 主分類號: C22C21/08
• 分類號: C22C21/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一.技術領域

本發明技術屬于鋁合金及其壓力容器、換熱器和壓力管道的應用領域。

二.背景技術

鋁及鋁合金具有耐腐蝕性能高、導熱性能好，低溫韌性很高的特點。

鋁及鋁合金極易與空氣中的氧結合，生成致密的氧化膜，以阻止腐蝕介質向材料內部深入，所以有良好的耐腐蝕性能。同時，人們普遍認為鋁合金的強度不高，難以滿足石化壓力容器和壓力管道的使用要求。又由于鋁合金的焊接難度較大，而極大地限制了鋁合金作為壓力容器和壓力管道材料在工業耐腐蝕領域的使用。

在石油煉制和化工等裝置中，壓力容器、換熱器及壓力管道占總設備投資的60％以上，而這些壓力容器及壓力管道大量的存在著各種各樣的腐蝕環境。特別是在有氯離子的循環水、海水和酸性污水氣提環境中，工程應用上大量選用高等級不銹鋼材料和銅合金材料，這不僅是一種資源浪費，也是一種高投入的資本浪費。目前，隨著航空航天事業的發展，鋁合金作為發動機主體、機身龍骨、室內艙體和表面蒙皮材料得到了很好的應用。但在石化煉油和化工行業，極少用鋁合金材料來制造壓力容器、換熱器及管道設備。由于人們對鋁合金的認識不足，極少有人在壓力容器的耐腐蝕方面做深入的技術探討和拓展應用。

目前在冷換設備上耐海水腐蝕的管材大多使用的雙向不銹鋼材料和二元合金的Cu-Ni合金，如90Cu-10Ni、70Cu-30Ni等銅鎳合金材料，價格都極其昂貴，不符合經濟高效的原則。

本發明的技術方向，是尋找一種經濟適用的替代合金材料，以解決石化裝置中壓力容器、壓力管道及冷換設備所涉及到的循環水、污水和海水中氯離子的腐蝕問題。

專利號99116658.2《一種稀土合金鋼的換熱器》是一種以鐵基為主的合金材料，其合金含量中只添加了微量的鋁，與以鋁基材料為主的鋁合金有著本質的區別。盡管稀土合金鋼換熱管經過多年應用，已證明其具有非常良好的耐硫化氫腐蝕效果，但無法克服如循環水、污水和海水中氯離子含量過高所造成的坑點腐蝕問題。

專利號03119119.3《Al-Zn-Mg-Er稀土鋁合金》是一種以鋅為主的鋁稀土合金材料，且并沒有涉及到這種鋁合金的具體應用途徑，與本發明的目的和內容有一定區別。

本發明的目的是開發一種高強度、高韌性的鋁合金材料，以滿足壓力容器、換熱器和壓力管道的耐腐蝕要求。

三.發明內容

本發明的核心是以鋁為基礎，利用鎂-鉭(或鉭加鈮)-稀土-鋯為主要關鍵合金進行煉制的多元素合金化材料，目的是在不降低材料耐腐蝕能力的前提下，提高鋁合金的強度等級。在大多數腐蝕環境中用以替代綜合成本高昂的雙相不銹鋼材料和銅鎳合金材料。

本發明的合金成分見表1：

表1(％)

說明：上述合金中的余量為Al。RE是指以鑭(La)和鈰(Ce)為主的混合輕稀土元素。Ta與Nb往往相伴而生，性質相近，可以復合加入，也可以單獨加入。

以上合金元素在規定范圍內根據不同的強度要求可進行適當調整。

下面針對本技術發明的主要元素進行說明：

鎂(Mg)：在合金中添加鎂，可提高材料的機械性能。鋁鎂合金是各個領域使用最廣泛的品種，也是耐腐蝕性能最好的鋁合金組合材料。鎂在合金中添加的量越大，鋁合金的強度越高。但添加過高含量的鎂，會產生應力腐蝕危害。

鉭(Ta)：鉭的質地十分堅硬，富有延展性，可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小，每升高一攝氏度只膨脹百萬分之六點六。除此之外，它的韌性很強，比銅還要優異。Ta還有非常出色的化學性質，具有極高的抗腐蝕性。無論是在冷和熱的條件下，與鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006mm。實驗證明，鉭在常溫下，與堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不反應，僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下發生反應。這樣的情況在金屬中是比較罕見的。Ta與Nb的性質非常相似，往往相伴而生。所以，這兩種材料可以復合加入，也可以單獨加入。隨著加入量的增加，鋁合金的強度將得到較大幅度的提高。

稀土(RE)：稀土在鋁合金中的強化作用主要有細晶強化、有限固溶強化和稀土化合物的第二相強化等。當稀土加入量不同時，稀土在鋁合金中主要以三種形式存在：固熔在基體α(Al)中；偏聚在相界、晶界和枝晶界；固熔在化合物中或以化合物形式存在。固熔在基體的稀土以及稀土化合物具有熔點很高，個體很小，分布很均勻的特點，不僅能提高材料的室溫強度和高溫強度，而且還能提高材料的塑性和韌性。