【化工装备大国重器】063-首台（套）国产化N08810（镍基合金）冷氢化反应器

最近十年，是中国化工大发展的一个时代，很多新工艺，新产品，新设备的出现 我国的化工装备也是一个大的发展，也促进了石油化工行业的突飞猛进 这里收集整理了一些我国装备企业在装备大型化，国产化取得的一些成就和突破 欢迎大家一起分享讨论交流 为中国制造喝彩，为化工装备加油！ ***********************************

2021年9月9日下午，兰石承制的青海亚洲硅业年产3万吨多晶硅项目首台（套）国产化N08810（镍基合金）冷氢化反应器完工发运、列装起航。该冷氢化反应器是青海亚硅多晶硅一期项目装置核心设备，属首台（套）国产化厚壁NO8810镍基合金设备。该项目的研制完成，打破了国外企业对该装置材料的垄断，进一步提升了兰石专业化制造能力和水平，在国内多晶硅等新能源领域实现新突破。

据了解，兰石集团凭借雄厚的技术底蕴、先进的制造工艺、完善的质保体系，与青海亚洲硅业携手研制首台（套）国产化N08810材质冷氢化反应器，共同创造国产替代。科学制定工艺方案，严把过程质量控制，精心组织生产制造，兰石先后攻克了厚壁NO8810镍基材质特殊、碳铝钛元素含量成分控制、焊接易产生热裂纹、内件组装精度高和整体热处理难度大等10余项技术难题。历经4个月紧张生产，首台产品顺利完工，兰石获赠亚洲硅业“匠心铸就国之重器 携手共创国产替代”锦旗。

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最终稳定化热处理一次成功，主体焊缝经RT、PT复检一次合格，各项性能指标均符合设计技术要求，标志着兰石集团已掌握厚壁N08810镍基材质大型设备的焊接及整体稳定化热处理技术。

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助力“双碳”！太钢国内首发光伏行业关键材料

    9月9日，首台（套）国产化亚洲硅业项目N08810材质冷氢化反应器发运仪式在兰州兰石重型装备股份有限公司举行。

   该装置核心材料——N08810镍基合金特厚钢板由太钢供货。此次供货，标志着太钢国内首发光伏多晶硅行业关键材料成功替代进口，以材料助力绿色行业发展，推动“双碳”目标进程。在国家推动“双碳”战略目标的大背景下，以光伏为代表的清洁低碳新能源成为了能源行业转型的主力军。在国家政策支持下，我国光伏行业的技术能力、发电量以及装机规模已连续多年保持全球领先，市场前景广阔。

    多晶硅是光伏行业电池板主要原料，其生产核心设备——冷氢化反应器多采用N08810镍基合金特厚板制造。该材料对耐高温高压、耐高磨损及耐强腐蚀等性能要求苛刻，一直依赖进口，成为多晶硅生产“卡脖子”的关键一环。2018年，太钢营销人员在市场走访中发现该需求后，积极协同生产、技术部门与多晶硅行业的主要业主、设计院及设备厂进行了反复沟通交流，共同试验攻关。

    依托太钢强大的技术研发能力，最终成功签订国产首台（套）冷氢化反应器的N08810镍基合金特厚板订单，如期高质量完成了该订单的交付。太钢将继续积极推进镍基合金特厚板的开发与升级，努力实现进口材料的全面替代，为我国新能源行业的发展及“双碳”目标的实现贡献太钢力量。

冷氢化技术改造是将多晶硅生产过程中产生的副产物四氯化硅同步转化为生产多晶硅所需要的中间原料三氯氢硅, 实现物料的闭路循环, 此工艺不仅彻底解决了多晶硅生产尾气污染环境问题, 而且实现了四氯化硅等副产物的回收利用, **降低了生产成本。某冷氢化反应器为四川某光伏材料有限公司5000吨/年多晶硅项目冷氢化阶段的核心设备。该设备共两台, 立式固定结构, 设备规格DN2000×75×18055mm, 设备主体材料为UNS No 8810。设备总重71880kg, 设备制作完成后需整体热处理。

UNS No 8810在焊接时, 由于S、Si等杂质在焊缝金属中偏析, S和Ni形成Ni-NiS低熔点共晶, 在焊缝金属凝固过程中, 这种低熔点共晶在晶界间形成一层液态薄膜, 在焊接应力的作用下形成晶间裂纹。在焊接过程中, Si和O等在晶界间形成一层脆的硅酸盐薄膜, 在焊缝金属凝固中或凝固后的高温区, 形成高温低塑性裂纹。因此S、Si是No8810中最有害的元素。No8810导热性差, 尤其是厚壁材料的焊接。焊接热量不易散失, 容易出现过热, 造成晶粒粗大, 使晶间夹层增厚, 减弱了晶间结合力, 还可使焊缝金属的液固存在时间加长, 促进了热裂纹的形成。

Ni的含量占30.0%~35.0%, 具有能溶解较高的耐蚀元素的高Ni基体, 使得该合金在焊接时, 熔池金属流动性差, 且表面易形成难熔的氧化膜 (NiO) , 使得熔透性差, 焊缝易形成杂物。因此, 焊接选材及焊接过程中应严格控制C、S、P等杂质含量, 并确保焊材及焊缝坡口表面的清洁。

焊接方法选择。
由于该项目所有设备封头用厚度48mm板材, 筒体用厚度75mm板材, 属厚件结构件, 同时根据No 8810合金的焊接特点, 焊接时, 选用钨极氩弧焊 (TIG) 焊接工艺。





焊接材料确定。

根据材质的化学成分及设备使用环境, 焊材选用公司所生产的焊丝ERNiCr-3φ2.4mm。
1.3坡口形式设计。由于该合金液态金属流动性较差, 如坡口形式不合适, 将会发生未熔合现象。因此, 为保证接头熔合良好, 坡口应适当增大角度, 适当减少钝边厚度, 尤其是48 mm的材料, 应开双U坡口。

封头焊接工艺要点
(1) 焊件在装配、定位焊和焊接前应彻底清除焊接处和焊丝表面的氧化物、油污等。
(2) 焊接过程中要在保证熔透的情况下, 尽可能减少焊接热输入, 熔敷金属应尽量少, 熔深尽量小, 焊缝的外型应稍凸;焊道为多层压道焊。
(3) 镍合金焊缝金属的流动性不如普通低合金钢, 焊接时最好稍许摆动, 但其幅度不应大于三倍焊条直径, 以便使黏稠的焊缝金属有充分的时间来填充咬边。
(4) TIG焊时一般使用直流正接, 焊接时采用高频引弧以及电流可控制递增和衰减技术, 气流量保持在12-15L/min。
4 焊接缺陷及防止措施
镍基合金焊接中常见缺陷大多为热裂纹, 以及气孔、熔合不良、夹渣以及析出强化合金的应变时效裂纹等。
(1) 为保证焊接的综合质量, 焊接时尽量采用平焊位置, 焊接过程中应始终保持短弧, 以便较好地控制熔化的焊接金属。
(2) 焊接裂纹是焊接产品危害最大的缺陷, 主要形式有:焊道裂纹、弧坑裂纹、焊缝金属微裂纹、热影响区微裂纹。防止的措施是:合理设计焊接接头和焊接顺序, 减少结构的拘束度;减少熔合比即减少稀释率;采用小的焊接电流, 减少热输入;焊道背面用水进行冷却;填满收弧弧坑。
(3) 气孔及夹渣也是镍基合金易产生的焊接缺陷。采取的预防方法:注意焊前清理 (包括母材和焊材) , 采用化学处理方法 (用丙同进行清洗) ;焊接时要保持稳定的电弧电压;氩弧焊引弧和收弧时易产生气孔和缩孔, 必须注意掌握操作技巧质量。

Incoloy800H能耐很多腐蚀介质腐蚀。其较高的镍含量使其在水性腐蚀条件具有很好的抗应力腐蚀开裂性能。高铬含量使之具有更好的耐点腐蚀和缝隙腐蚀开裂性能。该合金具有很好的耐硝酸、有机酸腐蚀性，但是在硫酸和盐酸中的耐腐蚀性有限。除了在卤化物有可能发生点腐蚀外，在氧化性和非氧化性盐中有很好的耐腐蚀性。在水、蒸气以及蒸汽、空气、二氧化碳的混合物中也具有很好的耐腐蚀性。

Incoloy800H高碳型合碳量含量处在0.05~0.10之间，主要用于温度600度以上的，具有粗晶粒，高蠕变强度的特点，很好的机械性能和耐腐蚀性能，在化工、电力，石油化学工业中的过热器、再热器、高温加热、转化裂解炉管等方面。

Incoloy800H加工及焊接：热加工性能良好，热加工温度在900~1200，热弯成形在1000~1150度，为了减轻合金的晶间腐蚀倾向，应尽量快速通过540~760度敏化区。冷加工时需中间软化退火。热处理温度在920~980.固溶温度在1150~1205.焊接情能良好，常规焊接方法。

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