一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，防腐涂層采用的金屬粉末包括：78～84%的Ni，15～17%的Cr，0%～0.5%的W，0.8%～1%的Mo，0～0.1%的C，0～0.01%的S，0～0.01%的P；2.0～3.5%的B和Si。本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明的涂層材料能滿足感應(yīng)釬料重熔對材料自熔性的要求，通過熱噴涂+感應(yīng)釬料重熔的新型噴涂工藝方法制備壓力容器金屬防腐涂層，既滿足高含鹽和濕硫化氫濕天然氣環(huán)境的腐蝕要求，又能極大地提高了涂層與基體之間的結(jié)合強度、降低涂層的孔隙率，是一種能既耐強腐蝕工況、又能在壓力容器上推廣使用的經(jīng)濟型新型耐蝕材料。
【專利說明】—種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的金屬熱噴涂材料在鋼結(jié)構(gòu)、葉輪等結(jié)構(gòu)件上作為防腐、耐磨功能的金屬涂層而廣泛使用；但由于其涂層存在較大的孔隙率(一般在1%以上)、與基體金屬結(jié)合強度低(一般在SOMPa以下)等缺點而限制了在壓力容器上推廣應(yīng)用。在高含鹽和濕硫化氫等極端惡劣腐蝕工況下，中厚壁容器使用耐蝕性能較好、價格昂貴的復(fù)合板材料或純材受到制造工藝和經(jīng)濟性的限制。因此，亟須尋找一種能既耐強腐蝕工況、又能在壓力容器上推廣使用的經(jīng)濟型新型耐蝕涂層材料及制備方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供了一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，適用于在介質(zhì)工作溫度不低于80°C、Cl-含量不小于20X 104ppm、H2S含量不小于5% (體積分?jǐn)?shù))、CO2含量不小于2% (體積分?jǐn)?shù))的高含鹽腐蝕天然氣工況下長期工作的壓力容器金屬涂層材料，同時采用氧乙炔火焰噴涂+超音速噴涂+感應(yīng)料重熔的新型噴涂工藝，可有效克服現(xiàn)有技術(shù)中防腐涂層與基體材料結(jié)合強度不高、孔隙率大的弊端。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層，采用的金屬粉末包括:78?84%的Ni，15?17%的Cr，0%?0.5%的W，0.8%?1%的 Mo，0 ?0.1%的 C，0 ?0.01%的 S，0 ?0.01%的 P ;2.0 ?3.5%的 B 和 Si。
[0005]本發(fā)明還提供了一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，包括如下步驟:
[0006]步驟一、選擇金屬粉末和磨料；
[0007]步驟二、對壓力容器內(nèi)壁需防護部位進(jìn)行表面除銹；
[0008]步驟三、在壓力容器內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)接觸表面熱噴金屬粉末，形成耐腐蝕凃?qū)樱?br> [0009]步驟四、采用感應(yīng)線圈對耐腐蝕凃?qū)舆M(jìn)行熔覆；
[0010]步驟五、表面質(zhì)量檢測。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:本發(fā)明的涂層材料能滿足感應(yīng)釬料重熔對材料自熔性的要求，通過熱噴涂+感應(yīng)釬料重熔的新型噴涂工藝方法制備壓力容器金屬防腐涂層，既滿足高含鹽和濕硫化氫濕天然氣環(huán)境的腐蝕要求，又能極大地提高了涂層與基體之間的結(jié)合強度(一般可達(dá)200MPa)、降低涂層的孔隙率(一般小于0.5% )，是一種能既耐強腐蝕工況、又能在壓力容器上推廣使用的經(jīng)濟型新型耐蝕材料。

【具體實施方式】
[0012]一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層，采用的金屬粉末為80鎳鉻R200合金粉末(簡稱R200-80)，包括:78?84%的Ni，15?17%的Cr，0%?0.5%的W，0.8%?1%的 Mo，0 ?0.1%的 C，0 ?0.01%的 S，0 ?0.01%的 P ；2.0 ?3.5%的 B 和
Si。金屬粉末采用氣霧化法生產(chǎn)，形狀為球形或近球形、粒度為150?500目，適合火焰噴涂O
[0013]一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，包括如下步驟:
[0014]步驟一:選擇金屬粉末和磨料
[0015](I)金屬粉末為80鎳鉻R200合金粉末(簡稱R200-80)，包括:78?84%的Ni，15 ?17%的 Cr，0%?0.5% 的 W，0.8%?1% 的 Mo，O ?0.1%的 C，O ?0.01% 的 S，O ?
0.01 %的P ;2.0?3.5%的B和Si。金屬粉末采用氣霧化法生產(chǎn)，形狀為球形或近球形、粒度為150?500目，適合火焰噴涂。
[0016](2)磨料:根據(jù)涂層厚度和砂粒直徑之間的關(guān)系，按設(shè)計涂層厚度選用規(guī)格為14目或16目的棕剛玉，保證涂層和壓力容器之間有良好的結(jié)合力。
[0017]步驟二:對壓力容器內(nèi)壁需防護部位進(jìn)行表面除銹
[0018]將磨料裝入噴砂設(shè)備中，將噴砂槍通過操作孔置于壓力容器內(nèi)，啟動空氣壓縮機，人工操作或機械自動操作噴砂槍使壓力容器內(nèi)壁需防護部位進(jìn)行表面除銹，確保表面除銹等級不低于Sa3.0級。
[0019]步驟三:在壓力容器內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)接觸表面熱噴耐腐蝕凃?qū)?br> [0020]將金屬粉末在烘箱中110?115°C烘干8?12h后裝入送粉系統(tǒng)中，啟動空氣壓縮機、水冷系統(tǒng)和火焰噴涂設(shè)備。首先采用氧乙炔火焰噴涂金屬底層，調(diào)整負(fù)壓重力送粉器的流量78?82g/min,保證噴涂距離100?120mm,控制氧氣壓力0.85?0.95MPa、氧氣流量18?22L/min,控制乙炔壓力0.12?0.14MPa、乙炔流量13?14L/min,形成氧化性焰流，通過人工操作或機械自動操作噴涂槍將150?300目的R200?80金屬粉末融化噴射成性能參數(shù)符合要求的金屬底層；然后采用超音速噴涂金屬面層，調(diào)整氮氣送粉器壓力0.75?
0.85MPa、氮氣流量0.3?0.4L/min,保證噴涂距離100?120mm,控制氧氣壓力0.85?
0.95MPa、氧氣流量32?36L/min，控制丙烷壓力0.65?0.75MPa、丙烷流量18?22L/min，形成氧化性焰流；控制火焰噴吹空氣壓力0.65?0.75MPa、空氣流量75?85L/min，通過人工操作或機械自動操作噴涂槍將300?500目的R200?80金屬粉末融化噴射成性能參數(shù)符合要求的金屬面層。
[0021]在噴涂過程中用測厚儀檢測金屬涂層厚度，保證耐腐蝕涂層厚度滿足設(shè)計要求(一般0.3到0.5mm);若厚度大于或等于設(shè)計厚度0.15mm以上，采用磨削機械將多余的涂層磨去既可。
[0022]步驟四:感應(yīng)重熔，提高涂層的結(jié)合強度，降低孔隙率
[0023]將感應(yīng)線圈軌跡控制系統(tǒng)放入容器內(nèi)，保證感應(yīng)線圈既能沿壓力容器內(nèi)壁做圓周運動(50?120mm/min),又可以沿軸向方向移動(移動范圍O?1.5m),還可以沿徑向方向調(diào)整(距涂層表面I?3_)。啟動工裝控制系統(tǒng)、啟動水冷系統(tǒng)、高頻感應(yīng)設(shè)備(設(shè)置頻率100?300KHz、功率50?70Kw)，使得涂層始終達(dá)到感應(yīng)重熔溫度(950?980°C )、熱影響厚度小于等于4mm，保證金屬涂層中無未熔透或過熔等缺陷。每道熔覆完畢，調(diào)整工裝使感應(yīng)槍移動約感應(yīng)線圈寬度的2/3，保證涂層每道間搭接無夾生。長度方向達(dá)到工裝極限時，將工裝拆除向前移動小于等于2m的距離重新裝配，重復(fù)步驟四直至完成所有需要噴涂的部位。
[0024]步驟五:表面質(zhì)量檢測
[0025]對涂層表面進(jìn)行超聲和著色檢測，保證涂層無裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。否則，應(yīng)手動打磨該缺陷區(qū)域至基體，采用局部修復(fù)，直到檢測合格為止。
[0026]本發(fā)明的工作原理
[0027]80%以上的鎳，保證合金具有良好的抵抗應(yīng)力腐蝕裂紋的能力；15%左右的鉻，確保合金具有良好的抗點蝕性能；硼、硅元素的含量保證金屬涂層與基體材料有良好的潤濕性，且保證使得涂層具有合適的硬度、低的孔隙率和平整的表面；加入少量的Mo和W，保證合金具有良好的抗點蝕和縫隙腐蝕性能；合金中的碳應(yīng)控制在小于0.1%可避免出現(xiàn)碳硼化物和游離碳，不使合金的塑性下降；S、P含量不超過0.01%以防有害元素影響涂層防腐效果。配合超音速火焰噴涂+感應(yīng)釬料重熔或火焰噴涂+感應(yīng)釬料重熔的工藝方法，確保R200?80壓力容器金屬涂層在高含鹽和濕硫化氫工況下的腐蝕要求，又保證金屬涂層在使用的過程中與基體結(jié)合牢固，不會發(fā)生脫落現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層，其特征在于:采用的金屬粉末包括:78?84%的Ni，15?17%的Cr，0%?0.5%的W，0.8%?1%的Mo，0?0.1%的C，0 ?0.01%的 S，0 ?0.01%的 P ;2.0 ?3.5%的 B 和 Si。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層，其特征在于:所述金屬粉末采用氣霧化法生產(chǎn)，形狀為球形或近球形、粒度為150?500目。
3.一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、選擇金屬粉末和磨料； 步驟二、對壓力容器內(nèi)壁需防護部位進(jìn)行表面除銹； 步驟三、在壓力容器內(nèi)部與腐蝕介質(zhì)接觸表面熱噴金屬粉末，形成耐腐蝕凃?qū)樱? 步驟四、采用感應(yīng)線圈對耐腐蝕凃?qū)舆M(jìn)行熔覆； 步驟五、表面質(zhì)量檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，其特征在于:所述磨料為14目或16目的棕剛玉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，其特征在于:步驟二所述除銹方法為:將磨料裝入噴砂設(shè)備中，將噴砂槍通過操作孔置于壓力容器內(nèi)，啟動空氣壓縮機，操作噴砂槍使壓力容器內(nèi)壁需防護部位進(jìn)行表面除銹，確保表面除銹等級不低于Sa3.0級。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，其特征在于:步驟三所述的金屬粉末的熱噴方法為:將金屬粉末在烘箱中110?115°C烘干8?12h后裝入送粉系統(tǒng)中，首先采用氧乙炔火焰噴涂形成金屬底層；然后采用超音速噴涂形成金屬面層，確保金屬底層和面層構(gòu)成的金屬涂層厚度為0.3到0.5_。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，其特征在于:所述金屬底層的噴涂工藝為:調(diào)整負(fù)壓重力送粉器的流量78?82g/min，保證噴涂距離100?120mm，控制氧氣壓力0.85?0.95MPa、氧氣流量18?22L/min，控制乙炔壓力0.12?0.14MPa、乙炔流量13?14L/min，形成氧化性焰流，操作噴涂槍將150?300目的金屬粉末融化噴射成性能參數(shù)符合要求的金屬底層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，其特征在于:所述金屬面層的噴涂工藝為:調(diào)整氮氣送粉器壓力0.75?0.85MPa、氮氣流量0.3?0.4L/min,保證噴涂距離100?120mm,控制氧氣壓力0.85?0.95MPa、氧氣流量32?36L/min，控制丙烷壓力0.65?0.75MPa、丙烷流量18?22L/min，形成氧化性焰流；控制火焰噴吹空氣壓力0.65?0.75MPa、空氣流量75?85L/min，操作噴涂槍將300?500目的金屬粉末融化噴射成性能參數(shù)符合要求的金屬面層。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高含鹽和濕硫化氫工況壓力容器用金屬防腐涂層及其制備方法，其特征在于:步驟四所述的熔覆工藝為:將感應(yīng)線圈軌跡控制系統(tǒng)放入容器內(nèi)，確保感應(yīng)線圈既能沿壓力容器內(nèi)壁做圓周運動，又能沿軸向和徑向方向移動；啟動工裝控制系統(tǒng)、啟動水冷系統(tǒng)、高頻感應(yīng)設(shè)備，使得涂層始終達(dá)到950?980°C的感應(yīng)重熔溫度、且熱影響厚度小于等于4_，保證金屬涂層中無未熔透或過熔缺陷。
【文檔編號】C23C4/06GK104233163SQ201410513555
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】雒定明, 常澤亮, 施輝明, 張慶春, 謝兵, 李循跡, 高興, 古劍飛, 張倩, 焦建國, 雒貝爾, 姜泉 申請人:中國石油集團工程設(shè)計有限責(zé)任公司