特種材料知識簡介--哈氏合金-蒙乃爾-超級不銹鋼

1、特種材料知識簡介：哈氏合金-蒙乃爾-超級不銹鋼哈氏合金(Hastelloy alloy)一、引言哈氏合金是鎳基合金的一種，目前主要分為B、C、G三個系列，它主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等無法使用的強腐蝕性介質(zhì)場合，在國外已廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。其牌號和典型使用場合如下表所示。哈氏合金牌號為改善哈氏合金的耐蝕性能和冷、熱加工性能，哈氏合金先后進行了三次重大改進，其發(fā)展過程如下：B系列 ：B B-2(00Ni70Mo28) B-3C系列 ：C C-276(00Cr16Mo16W4) C-4(00Cr16Mo16) C-22 (00Cr22Mo13W3)

2、 C-2000(00Cr20Mo16)G系列 ：G G-3（00Cr22Ni48Mo7Cu） G-30(00Cr30Ni48Mo7Cu)目前使用最廣泛的是第二代材料N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N06455(C-4)和N06985(G-3)。第三代材料N10675(B-3)、N10629(B-4)、N06059(C-59)處于推廣階段。由于冶金技術(shù)的進步，近年來出現(xiàn)了多個牌號的含6%Mo的所謂“超級不銹鋼”，替代了G系列合金，使得G系列合金的生產(chǎn)和使用迅速下降。二、典型哈氏合金化學成分材料的化學成分NiCrMoFeCSiCoMnPSWVCuNb+

3、TaN10665 (B-2)基1.026.0302.00.020.101.01.00.040.03N10276 (C-276)基14.516.515.0 17.04.07.00.010.082.51.00.040.033.0 4.50.035N06007 (G-3)基21.023.56.0 8.018.0210.0151.05.01.00.040.031.51.52.50.50三、力學性能 哈氏合金的力學性能非常突出，它具有高強度、高韌性的特點，所以在機加工方面有一定的難度，而且其應(yīng)變硬化傾向極強，當變形率達到15%時，約為18-8不銹鋼的兩倍。哈氏合金還存在中溫敏化區(qū)，其敏化傾向隨變形率的增

4、加而增大。當溫度較高時，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學性能和耐腐蝕性能下降。材料的力學性能四、常用哈氏合金1：Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)一、耐蝕性能 哈氏B-2合金是一種有極低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它減少了在焊縫及熱影響區(qū)碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態(tài)下也有良好的耐蝕性能。 眾所周知，哈氏B-2合金在各種還原性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能耐常壓下任何溫度，任何濃度鹽酸的腐蝕。在不充氣的中等濃度的非氧化性硫酸、各種濃度磷酸、高溫醋酸、甲酸等有機酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優(yōu)良的耐蝕性能，同時，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通

5、常應(yīng)用于多種苛刻的石油、化工過程，如鹽酸的蒸餾，濃縮；乙苯的烷基化和低壓羰基合成醋酸等生產(chǎn)工藝過程中。但在哈氏B-2合金多年的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：（1）哈氏B-2合金存在對抗晶間腐蝕性能有相當大影響的兩個敏化區(qū)：12001300的高溫區(qū)和550900的中溫區(qū)；（2）哈氏B-2合金的焊縫金屬及熱影響區(qū)由于枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界析出，使其對晶間腐蝕敏感性較大；（3）哈氏B-2合金的中溫熱穩(wěn)定性較差。當哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時，該合金對相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物）的轉(zhuǎn)變敏感。當合金在650750溫度范圍內(nèi)停留時間稍長，相瞬間生成。相的存在降低了哈氏B-2合金的

6、韌性，使其對應(yīng)力腐蝕變得敏感，甚至會造成哈氏B-2合金在原材料生產(chǎn)(如熱軋過程中)、設(shè)備制造過程中（如哈氏B-2合金設(shè)備焊后整體熱處理）及哈氏B-2合金設(shè)備在服役環(huán)境中開裂。現(xiàn)今，我國和世界各國指定的有關(guān)哈氏B-2合金抗晶間腐蝕性能的標準試驗方法均為常壓沸騰鹽酸法，評定方法為失重法。由于哈氏B-2合金是抗鹽酸腐蝕的合金，因此，常壓沸騰鹽酸法檢驗哈氏B-2合金的晶間腐蝕傾向相當不敏感。國內(nèi)科研機構(gòu)用高溫鹽酸法對哈氏B-2合金進行研究發(fā)現(xiàn)：哈氏B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學成分，還取決于其熱加工的控制過程。當熱加工工藝控制不當時，哈氏B-2合金不僅晶粒長大，而且晶間會析出現(xiàn)高Mo的相，此時，

7、哈氏B-2合金的抗晶間腐蝕的性能明顯下降，在高溫鹽酸試驗中，粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約一倍左右。二、物理性能哈氏B-2合金的物理性能如下表所示。密度：9.2g/cm3, 熔點：13301380，磁導率：(，RT)1.001物理性能溫度 （）比熱 （J/kg-k）熱傳導系數(shù) （W/m-k）電阻率 （cm）彈性模量 （Gpa）室溫至T的熱膨脹系數(shù)（10-6/K）03731372182037711.113721710038912.213821310.320040613.413820810.830042314.613920311.140043116.013919711.450044417.3

8、14119111.660045618.714618411.8700176三、化學成分化學成分元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPS最小余量0.41.626.0最大1.02.00.011.00.080.530.01.00.020.010 四、機械性能哈氏B-2合金的一般機械性能如下列兩表所示室溫下的最小力學性能值（參考DIN/ASTM標準）產(chǎn)品形式尺寸 (mm)0.2% 屈服強度(Mpa)1.0%屈服強度(Mpa)抗拉強度(Mpa) 延伸率A5 %布氏硬度 HB晶粒尺寸（m）冷軋板帶534038075540250127熱軋板565214棒325370745-管340360755-ASTM 標

9、準350-760241同上高溫下的最小力學性能值產(chǎn)品形式0.2%屈服強度（Mpa）1.0%屈服強度（Mpa）100200300400100200300400板315285270255355325310295管棒300275255240340315300285五、造與熱處理1：加熱對于哈氏B-2合金來說，在加熱前和加熱過程中表面保持清潔并遠離污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會變脆，這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過0.1%，城市空氣含硫量不超過0.25

10、g/m3,燃料油的含硫量不超過0.5%即為合格。對加熱爐的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕還原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時要以最快的加熱速度把材料加熱到要求達到的溫度，即要求首先要把加熱爐的溫度上升到要求溫度，再把材料放入爐中加熱。2：熱加工哈氏B-2合金可以在9001160范圍內(nèi)進行熱加工，加工過后應(yīng)該以水淬火。為了確保有最好的耐蝕性能，熱加工過后應(yīng)該退火。3：冷加工冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)過固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設(shè)備要細心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進行級間退火。冷加工變形量超過15

11、%時，使用前要固溶處理。4：熱處理固溶熱處理溫度要控制在10601080之間，之后進行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時可以快速空冷以獲得最好的耐蝕性能。在任何加熱操作過程中，材料的表面清潔均要有預(yù)先的防范。哈氏合金材料或設(shè)備部件在進行熱處理時要注意以下一些問題：為了防止設(shè)備部件熱處理變形，應(yīng)采用不銹鋼加強環(huán)；對裝爐溫度、加熱和冷卻時間應(yīng)嚴格控制；裝爐前，對熱處理件進行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件100%PT；在熱處理過程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過打磨消除后需補焊者，要采用專門的補焊工藝。5：除垢哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點都要以精細的砂輪等打磨干凈。由于哈氏B-2合

12、金對氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過程中會產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體。6：機加工哈氏B-2合金要以退火狀態(tài)進行機加工，對它的加工硬化要有清醒的認識，例如：相對于標準奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對于表面的硬化層要采用較大的進刀量，并使刀具處于連續(xù)的工作狀態(tài)。7：焊接哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出相而導致貧Mo，從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應(yīng)謹慎制定，嚴格控制。一般焊接工藝如下：焊材選用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于120；焊絲直徑2.4、3.2；焊接電流90150A。同時，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應(yīng)進行去污脫脂處理。哈

13、氏B-2合金熱傳導系數(shù)比鋼小得多，如選用單V型坡口，則坡口角度要在70°左右，采用較低的熱輸入量。通過焊后熱處理可以消除殘余應(yīng)力并改善抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能。2： Hastelloy C-276合金(哈氏C-276合金)一、耐蝕性能哈氏C-276合金屬于鎳-鉬-鉻-鐵-鎢系鎳基合金。它是現(xiàn)代金屬材料中最耐蝕的一種。主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。因此，近三十年以來、在苛刻的腐蝕環(huán)境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域有著相當廣泛的應(yīng)用。哈氏C-276合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)是有其典型性的，但是不能用作規(guī)范，尤

14、其是在不明環(huán)境中，必須要經(jīng)過試驗才可以選材。哈氏C-276合金中沒有足夠的Cr來耐強氧化性環(huán)境的腐蝕，如熱的濃硝酸。這種合金的產(chǎn)生主要是針對化工過程環(huán)境，尤其是存在混酸的情況下，如煙氣脫硫系統(tǒng)的出料管等。下表是四種合金在不同環(huán)境下的腐蝕對比試驗情況。(所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊)四種金屬在不同環(huán)境下的腐蝕對比試驗試驗環(huán)境 （沸騰）腐蝕率 （毫米/）典型316AL-6XNInconel625C-276基本 金屬試樣焊接 試 樣基本 金屬 試樣焊接 試 樣基本 金屬 試樣基本 金屬 試樣焊接 試 樣20%醋酸0.0030.0030.00360.00180.00760.0130.00645%蟻酸

15、0.2770.2620.1160.1420.130.070.04910%草酸1.020.9910.2770.2740.150.290.25920%磷酸0.1770.1550.0070.0060.0010.0010.000610%氨基磺酸1.621.580.7510.3810.120.070.06110%硫酸9.449.442.142.340.640.350.50310%碳酸氫鈉1.061.060.6090.3440.100.070.055哈氏C-276合金可以用作燃煤系統(tǒng)的煙氣脫硫部件，在這種環(huán)境下C-276是最耐蝕的材料。下表是C-276合金和典型316在煙氣模擬系統(tǒng)“綠色死亡”溶液中的腐蝕

16、對比試驗情況?！熬G色死亡”溶液中的腐蝕對比試驗“綠色死亡”溶液 （沸騰）腐蝕率 (mm/a)典型316C-2767%硫酸破壞0.673%鹽酸1%CuCl21%FeCl3由上表可見，C-276合金對混合的具有氯離子的酸、鹽溶液有很好的耐蝕性能。哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力大大提高。C-276合金在海水環(huán)境中被認為是惰性的，所以C-276被廣泛地應(yīng)用在海洋、鹽水和高氯環(huán)境中，甚至在強酸低PH值情況下。下表是四種金屬在6%FeCl3(按ASTM標準G-48執(zhí)行)溶液中發(fā)生縫隙腐蝕的對比情況?？p隙腐蝕發(fā)生情況合金縫隙腐蝕發(fā)生溫度°F

17、6;C典型316272.5AL-6XN11345Inconel62511345C-27614060C-276合金中高含量的Ni和Mo使其對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂也有很強的抵抗能力，下表是四種金屬在不同含氯離子溶液中的應(yīng)力腐蝕斷裂試驗情況。氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗情況試驗溶液彎曲U形試樣試驗時間（Hours）和試驗結(jié)果典型316AL-6XNInconel 625C-27642%MgCl2(沸騰)失敗(24小時)兼有(1000小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)33%LiCl(沸騰)失敗(100小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)26%NaCl(沸騰)失敗(300

18、小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)抵抗(1000小時)二、物理性能C-276合金的物理性能如下表所示：密度：8.90g/cm3, 比熱：425J/kg/k, 彈性模量：205Gpa(21)熱傳導率溫度熱傳導率W/m.K-1687.3-738.72110.29311.020413.031615.142717.053819.0線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)從21到線膨脹系數(shù)10-6 /9311.220412.031612.842713.253813.4三、機械性能典型的C-276合金的拉力試驗結(jié)果如下表所示，其材料是在1150退火，并以水急冷。力學性能試驗值溫 度 ()屈服強度0.2 (Mpa)

19、抗拉強度b (Mpa)延伸率5 （%）-19656596545-101480895502141579050933807255020434571050316315675554272906556053827064060對C-276合金進行冷變形加工會使其強度增加。在對其進行沖擊試驗時，V形槽沖擊試樣采用10mm厚的板材（板材要經(jīng)過退火處理），如果試樣是采用焊接的試樣，則在同樣的溫度范圍，它會顯示出一定的柔韌性，這是因為焊縫的原因。板材沖擊試驗結(jié)果如下表所示。試驗溫度（）V形槽試樣沖擊功（J）-19624521325200325C-276合金和普通奧氏體不銹鋼有相似的成形性能。但由于其比普通奧氏體不

20、銹鋼的強度要大，所以，在冷成形加工過程中會有更大應(yīng)力。此外，這種材料的加工硬化速度比普通不銹鋼快得多，因此在有廣泛冷成形加工過程中，要采取中途退火處理。四、焊接及熱處理C-276合金的焊接性能和普通奧氏體不銹鋼相似，在使用一種焊接方法對C-276焊接之前，必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降最小，如鎢極氣體保護焊（GTAW）、金屬極氣體保護焊（GMAW）、埋弧焊或其他一些可以使焊縫及熱影響區(qū)抗腐蝕性能下降最小的焊接方法。但對于諸如氧炔焊等有可能增加材料焊縫及熱影響區(qū)含碳量或含硅量的焊接方法是不適合采用的。關(guān)于焊接接頭形式的選擇，可以參照ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范對C-276焊接接頭

21、的成功經(jīng)驗。焊接坡口最好采用機械加工的方法，但是機械加工會帶來加工硬化，所以對機械加工的坡口處進行焊接前打磨是必要的。焊接時要采用適宜的熱輸入速度，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。在絕大多數(shù)腐蝕環(huán)境下，C-276都能以焊接件的形式應(yīng)用。但在十分苛刻的環(huán)境中，C-276材料及焊接件要進行固溶熱處理以獲得最好的抗腐蝕性能。C-276合金的焊接可以選擇自身作焊接材料或填料金屬。如要求在C-276的焊縫中添加某些成分，象其它鎳基合金或不銹鋼，并且這些焊縫將暴露在腐蝕環(huán)境中時，那么，焊接所用的焊條或焊絲則要求有和母材金屬耐腐蝕相當?shù)男阅?。哈氏C-276合金材料固溶熱處理包括兩個過程：（1）在10401150加熱；（

22、2）在兩分鐘之內(nèi)快速冷卻至黑色狀態(tài)（400左右），這樣處理后的材料有很好的耐蝕性能。因此僅對哈氏C-276合金進行消應(yīng)力熱處理是無效的。在熱處理之前要清理合金表面的油污等可能在熱處理過程中產(chǎn)生碳元素的一切污垢。C-276合金表面在焊接或熱處理時會產(chǎn)生氧化物，使合金中的Cr含量降低，影響耐蝕性能，所以要對其進行表面清理。可以使用不銹鋼絲刷或砂輪，接下來浸入適當比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗，最后用清水沖洗干凈。3：Hastelloy C-22 Alloy（哈氏C-22合金）一、耐蝕性能和產(chǎn)品形式哈氏C-22合金是一種Ni-Cr-Mo合金，它對點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂均有極強的抵抗力

23、。Ni、Cr、Mo和W的共同作用，使哈氏C-22合金在較大的氧化和還原性環(huán)境范圍內(nèi)具有優(yōu)異的耐蝕性能。下表所示可見，哈氏C-22合金在大多數(shù)苛刻的環(huán)境中有突出的耐蝕性能，它對焊接操作或鍛造操作中晶間碳化物的析出和多元相的產(chǎn)生有抵抗性能。沸騰溶液中的腐蝕試驗數(shù)據(jù)試驗溶液試樣狀態(tài)合金腐蝕率（mm/a）HCl(1%)普通板C-220.36C-2760.336250.92HCl(1%)焊接態(tài)（GTAW）C-220.329C-2760.293625-H3PO4(20%)普通板C-220.003C-2760.0106250.010H3PO4(20%)焊接態(tài)（GTAW）C-220.003C-2760.005

24、625-H2SO4(10%.)普通板C-220.351C-2760.3536250.642H2SO4(10%)焊接態(tài)（GTAW）C-220.351C-2760.503625-FeCl3(6%)普通板C-220.015C-276-625-FeCl3(6%)焊接態(tài)（GTAW）C-220.015C-276-625-下表是以ASTM標準進行的腐蝕試驗數(shù)據(jù)ASTM測試方法試樣狀態(tài)合金腐蝕率（mm/a）G28/PracticeA普通板C-221.63C-2765.596250.58G28/PracticeA焊接態(tài)（GTAW）C-221.63C-276-625-G28/PracticeB普通板C-220.4

25、2C-2761.1462589G28/PracticeB焊接態(tài)（GTAW）C-220.36C-276-625-G28/PracticeC普通板C-221.72C-27623.1625-G28/PracticeC焊接態(tài)（GTAW）C-221.77C-27623.4625-G28/PracticeD普通板C-223.47C-276-625-G28/PracticeD焊接態(tài)（GTAW）C-222.85C-276-625-G28/PracticeA=沸騰Fe2(SO4)3+50%H2SO4/24小時G28/PracticeB=沸騰23%H2SO4+1.2%HCl+1%FeCl3+1%CuCl2/24小

26、時G28/PracticeC=沸騰65%HNO3/5-48小時暴露在空氣中G28/PracticeD=沸騰10%HNO3-3%HF/2-2小時暴露在空氣中哈氏C-22合金被廣泛地應(yīng)用于煙氣脫硫系統(tǒng)、紙漿和造紙工業(yè)中的漂白系統(tǒng)、垃圾焚化爐、化工廠、制藥廠和放射性垃圾儲存等工業(yè)領(lǐng)域。哈氏C-22合金強度高，并且有良好的延展性、焊接性和成形性能，因此在ASME和ASTM標準中都有一致的詳細敘述。其材料產(chǎn)品形式有板材、帶材、管材、棒材和鍛件等。ASME和ASTM有關(guān)哈氏C-22合金材料的標準產(chǎn)品形式說明ASTMASME板材、帶材B575SB575管材（有縫）B619SB619B626SB626管材（無

27、縫）B622SB622二、化學成分化學元素UNS標準范圍（重量百分比）C0.015maxS0.02 maxSi0.08 maxCr20.022.5Mo12.514.5V0.35 maxCo2.50 maxW2.503.50Fe2.006.00Ni余量三、物理性能具有典型化學成分的C-22合金退火狀態(tài)下的物理性能。項目數(shù)值單位22時的密度8.62g/cm3熔化溫度范圍1354-138853時的熱傳導系數(shù)9.4W/m-K20-217的熱膨脹系數(shù)12.44m/m/22時的比熱422J/kg-22時的彈性模量207GPa四、焊接性能哈氏C-22合金的焊接性能非常好，它可以很容易地以鎢極氣體保護焊、金屬

28、極氣體保護焊、埋弧焊等方法焊接，填料金屬要求有與之相匹配的化學成分。五、機械性能哈氏C-22合金具有良好的熱加工性能。其退火狀態(tài)室溫下的機械性能如下表所示，測試板材厚度范圍4.76mm到50.8mm.項目典型板材ASTM B575屈服強度（0.2%變形）345MPa310*MPa抗拉強度724MPa690*MPa延伸率%（51mm）67%45%硬度87HRB100*HRB*最小 *最大924：Hastelloy C-59 Alloy(哈氏C-59合金)一、引言C-59是一種超低碳Ni-Cr-Mo合金，具有優(yōu)異的耐蝕性能和高機械強度。其性質(zhì)有如下幾條：1、在氧化性和還原性條件下有廣泛的耐蝕性能；

29、2、對點蝕和縫隙腐蝕有良好的抵抗力，同時對氯致應(yīng)力腐蝕斷裂有免疫特性。3、對無機酸如硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸和硫酸鹽酸混合酸有良好的耐蝕性能；4、對含有雜質(zhì)的無機酸同樣有良好的耐蝕性能；5、對40以下任何濃度的鹽酸有良好的耐蝕性能；6、被許可在-196-450之間使用于壓力容器上；7、被NACE標準MR-01-75 級許可使用在酸氣環(huán)境下。 (NACE是美國和印度的國家電子顧問委員會)二、化學成分C-59合金的化學成分表如下所示。化學成分NiCrFeCMnSiMoCoAlPSMin余量22.015.00.1Max24.01.50.0100.50.0116.50.30.40.0150.005三、耐

30、蝕性能和應(yīng)用C-59合金是一種有極低含碳量和含硅量的Ni-Cr-Mo合金，在熱加工和焊接過程中不傾向于產(chǎn)生中間相，所以此合金可以應(yīng)用于化工過程中的氧化性和還原性介質(zhì)。由于有較高的含Ni、Cr、Mo的含量，C-59對氯離子有良好的耐蝕性能。在涉及氧化性環(huán)境的標準腐蝕試驗中已經(jīng)證實：C-59合金有比其它Ni-Cr-Mo合金更高級的性能。C-59合金在還原性環(huán)境中有良好的耐蝕性能，例如：10%沸騰硫酸溶液中的腐蝕率是其它Ni-Cr-Mo合金的1/3左右，在鹽酸環(huán)境下同樣有很好的耐蝕性能。下面兩表是不同腐蝕試驗情況。C-276和C-59試驗對比試驗介質(zhì)腐蝕率(mm/a)C-276C-59ASTM G2

31、8A 沸騰24小時5.0-6.00.625ASTM G28B 沸騰24小時1.50.1三種不同合金在不同溶液中腐蝕試驗試驗介質(zhì)腐蝕率(mm/a)Inconel625C-276C-5910%H2SO4沸騰3×7天1.0-1.20.5750.1520%H2SO4+15000ppm Cl-(NaCl) 3×7天 800.030.080.0350%H2SO4+15000ppm Cl-(NaCl) 3×7天 500.650.420.3898.5%H2SO4 3×7天 150/200-0.28/0.15下表是三種合金的CPT和CCCT試驗情況合金CPTCCCTInc

32、onel62510085-95C-276115-120105C-59130110試驗溶液：7Vol.%H2SO4+3Vol.%HCl+1%CuCl2+1%FeCl3-6H2O(綠色死亡溶液)，時效24小時后，以5遞增。應(yīng)用：C-59合金在化工、石油化工、能源和環(huán)保工程等。1、含氯有機過程設(shè)備，尤其是在有鹵族酸性催化劑存在的情況下；2、紙漿和造紙工業(yè)中的溶解和漂白系統(tǒng)設(shè)備；3、焚化爐和煙氣脫硫系統(tǒng)的預(yù)熱器、閥門、葉輪等元件；4、酸氣處理系統(tǒng)設(shè)備和元件；5、醋酸和醋酐反應(yīng)器；6、硫酸冷凝器。四、物理性能密度：8.6g/cm3熔點范圍：1310-1360磁導率：20，(RT)1.001高溫下的物理性

33、能溫度 比熱 J/kg-k熱傳導系數(shù)W/m-k電阻率 cm彈性模量 GPa室溫到T的熱膨脹系數(shù)10-6/k2041410.412621010042512.112720711.920043413.712920012.230044315.413119612.540045117.013319012.750045918.613418512.960046420.413317813.1五、力學性能下表是C-59合金固溶處理狀態(tài)的力學性能表。室溫下的最小力學性能產(chǎn)品形式尺寸 mm0.2%屈服強度(Mpa)1.0%屈服強度(Mpa)抗拉強度 (Mpa)延伸率 5 (%)薄板和帶材*0.5-6.43403806

34、9040板*5.0-30棒100*力學值依據(jù)德國國家標準VdTüV數(shù)據(jù)505 下表是依據(jù)德國國家標準VdTüV數(shù)據(jù)505，在高溫下的力學性能值。溫度 0.2%屈服強度1.0%屈服強度抗拉強度延伸率5 (%)MPaksiMPaksiMPaksi93434895(91)50100290330650(620)200250290615(585)204364289(85)300220260580(550)316313784(80)400190230545(515)427263277(74)450175215525(495)對于板厚度在30-50mm之間的材料，其屈服強度值要減去20M

35、Pa只針對棒材最大許用應(yīng)力材料溫度 鍛件、棒、板、帶MPaksi3825.09325.010017214924.720016120423.326022.030014731620.934320.437119.839919.4400134焊接管件的焊縫系數(shù)取0.85六、V形槽沖擊功室溫下的平均值：225J/cm2 -196下：200 J/cm2七、晶體結(jié)構(gòu)C-59合金的是面心立方晶體結(jié)構(gòu)。八、制造和熱處理C-59合金可以很容易地用普通制作工藝來加工。1、加熱C-59合金在熱處理前和熱處理過程中不可以和任何污染物接觸。在含有S、P、Pb和其它低熔點金屬的環(huán)境中加熱，會使C-59合金的性能下降。污染物

36、的來源主要有標記筆痕跡、溫度指示漆、粉筆、潤滑油脂、燃料等。加熱爐燃料的含硫量必須低，天然氣的含硫量必須低于0.1%(質(zhì)量)，燃料油的含硫量不可超過0.5%。爐氣環(huán)境應(yīng)該是輕微的氧化性，不可以在氧化性和還原性之間波動。不可以讓火焰直接沖擊合金材料。2、熱加工C-59合金可以在950-1180之間進行熱加工。冷卻要用水急冷。熱加工后退火可以確保材料有良好的耐蝕性能。3、冷加工退火的C-59合金才可以用來冷加工，C-59合金的加工硬化率是很高的，對成形設(shè)備的要求要高一些。當冷變形加工執(zhí)行時，工序間退火是必要的。4、熱處理固溶熱處理溫度應(yīng)該在1100-1180，最好在1120處理。水冷是確保材料有最

37、好耐蝕性能的基本要點。在任何熱操作過程中，材料表面必須清潔。5、除垢C-59合金焊縫附近的氧化物比其它不銹鋼要緊密的多，可以用細砂輪打磨干凈。酸洗前，材料表面的氧化物、污點等可以用細砂輪或不銹鋼絲刷打磨干凈。6、機加工機加工C-59合金應(yīng)該是固溶處理狀態(tài)。由于其加工硬化率較大，所以相對于低合金奧氏體不銹鋼來說，要采用較低的表面切削速度，且進刀量要大，以忽略硬度較高的表面。同時要讓刀具處于連續(xù)運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。九、焊接 焊接鎳基合金時，要遵守下列操作規(guī)程：1、工作場地C-59合金的焊接場該是獨立的，最好和碳鋼加工場地分開，同時不可以有氣流擾動。2、著裝焊接著裝應(yīng)該采用皮革手套和工作服。3、加工工具和機

38、械工具要采用鎳基合金專用工具，制造和加工機械如：剪板機、卷板機、壓制機械等，其工作臺面要用毛氈、紙板、塑料等覆蓋，防止C-59合金表面在加工過程中被壓入污染物，導致最終的腐蝕。4、清理基材金屬的焊縫區(qū)域清理和填料金屬的清理應(yīng)該使用丙酮。5、坡口準備C-59合金的焊接坡口成形可以采用機械方法，如車削成形、磨削成形或刨制成形；等離子切割也是可以的，不過切割后的坡口要打磨干凈，并且不可以使坡口附近過熱。6、坡口角度一般焊接后應(yīng)該立即用不銹鋼絲刷刷去氧化部分。鎳基合金和特種不銹鋼相對于普通碳鋼的一般區(qū)別在于其有較低的熱傳導系數(shù)和有較高的熱膨脹率。其焊接焊腳要大(1-3 mm)，坡口角度要在60-70&

39、#176;左右，主要因為C-59合金的熔化金屬有較高的粘性，而且其焊后收縮傾向比較大。7、引弧引弧時只可以在即將焊接的焊縫區(qū)域內(nèi)進行，不可以在已完成的焊接件上，以免造成耐蝕性能的下降。8、焊接工藝C-59合金可以用多種常規(guī)焊接工藝焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG，手工金屬焊接、等離子弧焊等。不過焊接前的清理是必要的。9、焊接參數(shù)和有關(guān)影響因素焊接時要謹慎選擇熱輸入量，一般要采用較低的熱輸入量，層間溫度不要超過150。同時采用較薄的焊道焊接工藝。下表是C-59合金的焊接參數(shù)。焊接參數(shù)板厚mm焊接 方法填料金屬焊接參數(shù)焊接 速度cm/min氣流量 l/min等離子氣流量 l/min等離子

40、焊嘴尺寸 mm尺寸 mm速度m/cm根部焊層中間和上部AVAV3.0手工GTAW2.09010110-1201110-158-1016.0手工GTAW2.0-2.4100-11010120-1301210-158-1018.0手工GTAW2.4110-12011130-1401210-158-10110.0手工GTAW2.4110-12011130-1401210-158-1013.0自動GTAW1.20.5手工控制150102515-2015.0自動GTAW1.20.5手工控制150102515-2012.0熱焊絲GTAW1.00.3180108015-20110.0熱焊絲GTAW1.20.

41、45手工控制250124015-2014.0等離子 弧焊1.20.516525253013.013.26.0等離子 弧焊1.20.5190-20025253013.513.28.0MIG/MAG21.08GTAW130-14023-2724-3018-20110.0MIG/MAG21.25GTAW130-15023-2720-2618-2016.0SMAW2.540702140-70218.0SMAW2.5-3.2540702170-1002216.0SMAW4.090-130221=純氬氣或氬氣+3%氫氣2=建議使用氦氣保護焊接下表是焊接能量輸入情況單位長度焊接能量輸入(參考值)焊接工藝單位

42、長度能量輸入值 kJ/cm焊接工藝單位長度能量輸入值 kJ/cmGTAW手工或自動Max8MIG/MAG手工或自動Max11熱焊絲GTAWMax6SMAWMax7等離子弧焊Max10一般焊接后應(yīng)該立即用不銹鋼絲刷刷去氧化部分。其它鎳基合金(other Nickle-base alloys)1：Inconel600 Alloy(因康鎳600合金)一、引言Inconel600合金是一種Ni-Cr合金，可以使用在從低溫到1093的溫度范圍內(nèi)。Inconel600合金沒有磁性，焊接性能良好。Inconel600合金可以使用在廣泛的腐蝕環(huán)境下。高的鎳含量讓600合金對還原性環(huán)境有一定的耐蝕性能，同時鉻的

43、加入讓600合金對弱氧化性環(huán)境有一定的耐蝕性能。由于鎳含量相當高，所以600合金對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂有優(yōu)異的耐蝕性能。600合金的成形性能類似于穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼的性能。二、化學成分600合金的化學成分如下表所示。化學成分元素wt%C0.05Mn0.25S0.002Si0.20Cr15.5Ni+Co余量Fe8.0Cu0.10三、產(chǎn)品形式和標準 600合金的產(chǎn)品形式主要有板材、帶材。供貨狀態(tài)主要是退火狀態(tài)，薄板和帶材也可以以正火狀態(tài)供貨。下表是600合金的一些國際標準。產(chǎn)品形式標準ASTMASMEAMS板、帶材B168SB1685540管及管件B167SB1675580B516SB516B517

44、SB517冷凝器用管B163SB163棒和鍛件B166SB1665665B564SB564絲B166SB1665687四、耐蝕性能和應(yīng)用600合金的高鎳含量讓它對中等強度的還原性環(huán)境有良好的耐蝕性能，同時對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂有也良好的耐蝕性能，因此，600合金可以使用在MgCl2溶液中。相似地，鉻讓600合金在弱氧化性環(huán)境中有一定的耐蝕性能，從某種意義上講，600合金已經(jīng)是商業(yè)純鎳的替代品。但在象熱的濃硝酸的強氧化性溶液中，600合金的耐蝕性能比較差。600合金在中性和堿性的鹽溶液中不會有腐蝕情況發(fā)生，可以使用在苛刻的腐蝕環(huán)境中。600合金對蒸汽和蒸汽、空氣、碳的氧化物的混合氣體有抵抗力，但在

45、含有硫的高溫氣體環(huán)境中則會腐蝕。600合金在高溫時對碳化有極佳的抵抗力，且對氧化有良好的抵抗，所以長期以來此合金被用于熱處理工業(yè)上。在中等高溫時對脫水Cl2和HCl氣體有良好的抵抗性。600合金在堿液濃縮過程中耐熱應(yīng)力腐蝕。 總結(jié)起來600合金主要有如下幾點特性：1、直到1093時仍然具有抗氧化性；2、耐碳化性；3、到大約538時對脫水Cl2仍然有抵抗性；4、對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂有免疫力；5、對堿的腐蝕有良好的抵抗力。其應(yīng)用場合如下所示：1、熱處理相關(guān)元件及設(shè)備；2、溫度達到538的氯化設(shè)備；3、紙漿廠的堿溶解池；4、堿液濃縮相關(guān)設(shè)備。五、物理性能 密度：8.42g/cm3比熱：(0-100)

46、460J/kg-k磁導率：1.02下表是600合金的線性熱膨脹系數(shù)數(shù)據(jù)線性熱膨脹系數(shù)21-T系數(shù) 10-6/9312.420413.131613.742714.253814.664915.176015.7下表是600合金的熱傳導系數(shù)數(shù)據(jù)熱傳導系數(shù)溫度熱傳導系數(shù)W/m-k2114.89315.420417.131618.742720.653822.5六、力學性能退火狀態(tài)室溫下的力學性能如下表說示。0.2%屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)延伸率5(%)25564045下表是600合金短時間高溫拉力性能數(shù)據(jù)，低溫時的性能被加入以作對比。測試溫度 0.2%屈服強度(MPa)抗拉強度(MPa)延伸率

47、5(%)-7929273464316213624464272036104953819757947649183448397601171904687162103809822853118沖擊性能600合金即使在零度以下也有良好的韌性。下表是600合金板材V形槽沖擊性能數(shù)據(jù)。測試溫度 沖擊強度J退火熱軋冷軋-73244244-21244244156538217217-七、加工和熱處理1、冷成形600合金的冷成形性能非常好。高鎳含量可以阻止冷加工時奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，301和304不銹鋼在冷加工時會產(chǎn)生此類轉(zhuǎn)變。600合金的加工硬化傾向比301和304不銹鋼低，可以使用多種加工方式對600合金進行大規(guī)

48、模的變形操作。600合金的高溫退火會讓其晶粒長大。大范圍的成形操作會使合金表面產(chǎn)生波紋狀的“橘皮”現(xiàn)象，主要因為其晶粒較大的緣故，但這種現(xiàn)象對材料的性能并沒有壞處。2、熱處理600合金不會由于熱處理產(chǎn)生硬化，只會產(chǎn)生冷加工強化。冷加工后退火可以軟化材料。軟化溫度可以在871到1149之間進行。在982或更高的溫度情況下，晶粒長大非常迅速，但在1038作短時間的停留可以軟化材料，又不會產(chǎn)生不適當?shù)木ЯｉL大。熱處理后的冷卻可以慢速冷卻，也可以快速淬火冷卻，都會得到相當?shù)挠捕取?、焊接600合金可以采用標準的電阻焊和熔化焊?，F(xiàn)在有大量的焊條和焊絲可以用來焊接600合金。600合金的焊縫附近會產(chǎn)生緊密的氧化物，只可以打磨去除。另外焊接時最