特種材料之哈氏合金介紹

1、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(gè)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(wú)法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。其牌號(hào)和典型使用場(chǎng)合如下表所示。哈氏合金牌號(hào)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(jìn)行了三次重大改進(jìn)，其發(fā)展過(guò)程如下：B系列 ：B B-2(00Ni70Mo28) B-3C系列 ：C C-276(00Cr16Mo16W4) C-4(00Cr16Mo16) C-22 (00Cr22Mo13W3) C-2000(00Cr20Mo16)G系列

2、：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(jìn)步，近年來(lái)出現(xiàn)了多個(gè)牌號(hào)的含6%Mo的所謂“超級(jí)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(xué)成分材料的化學(xué)成分NiCrMoFeCSiCoMnPSWVCuNb+TaN10665 (B-2)基26.0301.

3、0N10276 (C-276)基N06007 (G-3)基18.021三、力學(xué)性能 哈氏合金的力學(xué)性能非常突出，它具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，所以在機(jī)加工方面有一定的難度，而且其應(yīng)變硬化傾向極強(qiáng)，當(dāng)變形率達(dá)到15%時(shí)，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加而增大。當(dāng)溫度較高時(shí)，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學(xué)性能和耐腐蝕性能下降。材料的力學(xué)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

4、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(jī)酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優(yōu)良的耐蝕性能，同時(shí)，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應(yīng)用于多種苛刻的石油、化工過(guò)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(guò)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(duì)抗晶間腐蝕性能有相當(dāng)大影響的兩個(gè)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，

5、金屬間相和碳化物沿晶界析出，使其對(duì)晶間腐蝕敏感性較大；（3）哈氏B-2合金的中溫?zé)岱€(wěn)定性較差。當(dāng)哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時(shí)，該合金對(duì)相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物）的轉(zhuǎn)變敏感。當(dāng)合金在650750溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間稍長(zhǎng)，相瞬間生成。相的存在降低了哈氏B-2合金的韌性，使其對(duì)應(yīng)力腐蝕變得敏感，甚至?xí)斐晒螧-2合金在原材料生產(chǎn)(如熱軋過(guò)程中)、設(shè)備制造過(guò)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(kāi)裂。現(xiàn)今，我國(guó)和世界各國(guó)指定的有關(guān)哈氏B-2合金抗晶間腐蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法均為常壓沸騰鹽酸法，評(píng)定方法為失重法。由于哈氏B-2合金是抗鹽酸

6、腐蝕的合金，因此，常壓沸騰鹽酸法檢驗(yàn)哈氏B-2合金的晶間腐蝕傾向相當(dāng)不敏感。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)用高溫鹽酸法對(duì)哈氏B-2合金進(jìn)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(xué)成分，還取決于其熱加工的控制過(guò)程。當(dāng)熱加工工藝控制不當(dāng)時(shí)，哈氏B-2合金不僅晶粒長(zhǎng)大，而且晶間會(huì)析出現(xiàn)高M(jìn)o的相，此時(shí)，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(yàn)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：/cm3, 熔點(diǎn)：13301380，磁導(dǎo)率：(，RT)物理性能溫度 （）比熱 （J/kg-k）熱傳導(dǎo)系數(shù) （W/m-k）電阻率 （cm）彈性模量 （G

7、pa）室溫至T的熱膨脹系數(shù)（10-6/K）03731372182037713721710038913821320040613820830042314.6139203400431139197500444141191600456146184700176三、化學(xué)成分化學(xué)成分元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPS最小余量最大 四、機(jī)械性能哈氏B-2合金的一般機(jī)械性能如下列兩表所示室溫下的最小力學(xué)性能值（參考DIN/ASTM標(biāo)準(zhǔn)）產(chǎn)品形式尺寸 (mm)0.2% 屈服強(qiáng)度(Mpa)1.0%屈服強(qiáng)度(Mpa)抗拉強(qiáng)度(Mpa) 延伸率A5 %布氏硬度 HB晶粒尺寸（m）冷軋板帶5340380755402

8、50127熱軋板565214棒325370745-管340360755-ASTM 標(biāo)準(zhǔn)350-760241同上高溫下的最小力學(xué)性能值產(chǎn)品形式0.2%屈服強(qiáng)度（Mpa）1.0%屈服強(qiáng)度（Mpa）100200300400100200300400板315285270255355325310295管棒300275255240340315300285五、造與熱處理1：加熱對(duì)于哈氏B-2合金來(lái)說(shuō)，在加熱前和加熱過(guò)程中表面保持清潔并遠(yuǎn)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(diǎn)金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會(huì)變脆，這些污染物的來(lái)源主要包括標(biāo)記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必

9、須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過(guò)0.1%，城市空氣含硫量不超過(guò)%即為合格。對(duì)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(dòng)。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時(shí)要以最快的加熱速度把材料加熱到要求達(dá)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(jìn)行熱加工，加工過(guò)后應(yīng)該以水淬火。為了確保有最好的耐蝕性能，熱加工過(guò)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(guò)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(xì)心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么

10、有必要進(jìn)行級(jí)間退火。冷加工變形量超過(guò)15%時(shí)，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(jìn)行水冷淬火或材料厚度在以上時(shí)可以快速空冷以獲得最好的耐蝕性能。在任何加熱操作過(guò)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(jìn)行熱處理時(shí)要注意以下一些問(wèn)題：為了防止設(shè)備部件熱處理變形，應(yīng)采用不銹鋼加強(qiáng)環(huán)；對(duì)裝爐溫度、加熱和冷卻時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制；裝爐前，對(duì)熱處理件進(jìn)行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對(duì)熱處理件100%PT；在熱處理過(guò)程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過(guò)打磨消除后需補(bǔ)焊者，要采用專(zhuān)門(mén)的補(bǔ)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(diǎn)都要以精細(xì)的砂

11、輪等打磨干凈。由于哈氏B-2合金對(duì)氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體。6：機(jī)加工哈氏B-2合金要以退火狀態(tài)進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)它的加工硬化要有清醒的認(rèn)識(shí)，例如：相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對(duì)于表面的硬化層要采用較大的進(jìn)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(dǎo)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(jǐn)慎制定，嚴(yán)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(shí)，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及

12、相鄰部位應(yīng)進(jìn)行去污脫脂處理。哈氏B-2合金熱傳導(dǎo)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(guò)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(lái)、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(dāng)廣泛的應(yīng)用。哈氏C-276合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)是有其

13、典型性的，但是不能用作規(guī)范，尤其是在不明環(huán)境中，必須要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)才可以選材。哈氏C-276合金中沒(méi)有足夠的Cr來(lái)耐強(qiáng)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(duì)化工過(guò)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(duì)比試驗(yàn)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(duì)比試驗(yàn)試驗(yàn)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45%蟻酸774210%草酸20%磷酸10%氨基磺酸10

14、%硫酸10%碳酸氫鈉0.10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”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)情況。“綠色死亡”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)“綠色死亡”溶液 （沸騰）腐蝕率 (mm/a)典型316C-2767%硫酸破壞3%鹽酸1%CuCl21%FeCl3由上表可見(jiàn)，C-276合金對(duì)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(diǎn)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(rèn)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

15、中，甚至在強(qiáng)酸低PH值情況下。下表是四種金屬在6%FeCl3(按ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48執(zhí)行)溶液中發(fā)生縫隙腐蝕的對(duì)比情況。縫隙腐蝕發(fā)生情況合金縫隙腐蝕發(fā)生溫度°F°C典型31627AL-6XN11345Inconel62511345C-27614060C-276合金中高含量的Ni和Mo使其對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂也有很強(qiáng)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(yàn)情況。氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況試驗(yàn)溶液彎曲U形試樣試驗(yàn)時(shí)間（Hours）和試驗(yàn)結(jié)果典型316AL-6XNInconel 625C-27642%MgCl2(沸騰)失敗(24小時(shí))兼有(1000小時(shí))抵

16、抗(1000小時(shí))抵抗(1000小時(shí))33%LiCl(沸騰)失敗(100小時(shí))抵抗(1000小時(shí))抵抗(1000小時(shí))抵抗(1000小時(shí))26%NaCl(沸騰)失敗(300小時(shí))抵抗(1000小時(shí))抵抗(1000小時(shí))抵抗(1000小時(shí))二、物理性能C-276合金的物理性能如下表所示：密度：g/cm3, 比熱：425J/kg/k, 彈性模量：205Gpa(21)熱傳導(dǎo)率溫度熱傳導(dǎo)率W/m.K-168-732193204316427538線(xiàn)膨脹系數(shù)線(xiàn)膨脹系數(shù)從21到線(xiàn)膨脹系數(shù)10-6 /93204316427538三、機(jī)械性能典型的C-276合金的拉力試驗(yàn)結(jié)果如下表所示，其材料是在1150退火，

17、并以水急冷。力學(xué)性能試驗(yàn)值溫 度 ()屈服強(qiáng)度 (Mpa)抗拉強(qiáng)度b (Mpa)延伸率5 （%）-19656596545-101480895502141579050933807255020434571050316315675554272906556053827064060對(duì)C-276合金進(jìn)行冷變形加工會(huì)使其強(qiáng)度增加。在對(duì)其進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，V形槽沖擊試樣采用10mm厚的板材（板材要經(jīng)過(guò)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(huì)顯示出一定的柔韌性，這是因?yàn)楹缚p的原因。板材沖擊試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。試驗(yàn)溫度（）V形槽試樣沖擊功（J）-19624521325200325C-276合金

18、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銹鋼的強(qiáng)度要大，所以，在冷成形加工過(guò)程中會(huì)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(guò)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(duì)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(hù)焊（GTAW）、金屬極氣體保護(hù)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(duì)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

19、擇，可以參照ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范對(duì)C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗(yàn)。焊接坡口最好采用機(jī)械加工的方法，但是機(jī)械加工會(huì)帶來(lái)加工硬化，所以對(duì)機(jī)械加工的坡口處進(jìn)行焊接前打磨是必要的。焊接時(shí)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(jìn)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(shí)，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(dāng)?shù)男阅?。哈氏C-276合金材

20、料固溶熱處理包括兩個(gè)過(guò)程：（1）在10401150加熱；（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(duì)哈氏C-276合金進(jìn)行消應(yīng)力熱處理是無(wú)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(guò)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(shí)會(huì)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(duì)其進(jìn)行表面清理?？梢允褂貌讳P鋼絲刷或砂輪，接下來(lái)浸入適當(dāng)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，

21、它對(duì)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕斷裂均有極強(qiáng)的抵抗力。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(jiàn)，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(duì)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(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)溶液試樣狀態(tài)合金腐蝕率（mm/a）HCl(1%)普通板C-22C-276625HCl(1%)焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276625-H3PO4(20%)普通板C-22C-276625H3PO4(20%)焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276625-H2SO4(10%.)普通板

22、C-22C-276625H2SO4(10%)焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276625-FeCl3(6%)普通板C-22C-276-625-FeCl3(6%)焊接態(tài)（GTAW）C-220.015C-276-625-下表是以ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)ASTM測(cè)試方法試樣狀態(tài)合金腐蝕率（mm/a）G28/PracticeA普通板C-22C-276625G28/PracticeA焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276-625-G28/PracticeB普通板C-22C-27662589G28/PracticeB焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276-625-G28/PracticeC普通板C-22C

23、-276625-G28/PracticeC焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276625-G28/PracticeD普通板C-22C-276-625-G28/PracticeD焊接態(tài)（GTAW）C-22C-276-625-G28/PracticeA=沸騰Fe2(SO4)3+50%H2SO4/24小時(shí)G28/PracticeB=沸騰23%H2SO4+1.2%HCl+1%FeCl3+1%CuCl2/24小時(shí)G28/PracticeC=沸騰65%HNO3/5-48小時(shí)暴露在空氣中G28/PracticeD=沸騰10%HNO3-3%HF/2-2小時(shí)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

24、漿和造紙工業(yè)中的漂白系統(tǒng)、垃圾焚化爐、化工廠(chǎng)、制藥廠(chǎng)和放射性垃圾儲(chǔ)存等工業(yè)領(lǐng)域。哈氏C-22合金強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)中都有一致的詳細(xì)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品形式說(shuō)明ASTMASME板材、帶材B575SB575管材（有縫）B619SB619B626SB626管材（無(wú)縫）B622SB622二、化學(xué)成分化學(xué)元素UNS標(biāo)準(zhǔn)范圍（重量百分比）CS0.02 maxSi0.08 maxCrMo1V0.35 maxCo2.50 maxWFeNi余量三、物理性能具有典型化學(xué)成分

25、的C-22合金退火狀態(tài)下的物理性能。項(xiàng)目數(shù)值單位22時(shí)的密度g/cm3熔化溫度范圍1354-138853時(shí)的熱傳導(dǎo)系數(shù)W/m-K20-217的熱膨脹系數(shù)m/m/22時(shí)的比熱422J/kg-22時(shí)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(hù)焊、金屬極氣體保護(hù)焊、埋弧焊等方法焊接，填料金屬要求有與之相匹配的化學(xué)成分。五、機(jī)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(jī)械性能如下表所示，測(cè)試板材厚度范圍mm到mm.項(xiàng)目典型板材ASTM B575屈服強(qiáng)度（0.2%變形）345MPa310*MPa抗拉強(qiáng)度724MPa690*MPa延伸

26、率%（51mm）67%45%硬度87HRB100*HRB*最小 *最大4：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(jī)械強(qiáng)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；2、對(duì)點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕有良好的抵抗力，同時(shí)對(duì)氯致應(yīng)力腐蝕斷裂有免疫特性。3、對(duì)無(wú)機(jī)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(duì)含有雜質(zhì)的無(wú)機(jī)酸同樣有良好的耐蝕性能；5、對(duì)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(biāo)準(zhǔn)MR-01-75 級(jí)許可

27、使用在酸氣環(huán)境下。 (NACE是美國(guó)和印度的國(guó)家電子顧問(wèn)委員會(huì))二、化學(xué)成分C-59合金的化學(xué)成分表如下所示。化學(xué)成分NiCrFeCMnSiMoCoAlPSMin余量Max三、耐蝕性能和應(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(guò)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(guò)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(duì)氯離子有良好的耐蝕性能。在涉及氧化性環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試驗(yàn)中已經(jīng)證實(shí)：C-59合金有比其它Ni-Cr-Mo合金更高級(jí)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

28、-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(yàn)情況。C-276和C-59試驗(yàn)對(duì)比試驗(yàn)介質(zhì)腐蝕率(mm/a)C-276C-59ASTM G28A 沸騰24小時(shí).0ASTM G28B 沸騰24小時(shí)三種不同合金在不同溶液中腐蝕試驗(yàn)試驗(yàn)介質(zhì)腐蝕率(mm/a)Inconel625C-276C-5910%H2SO4沸騰3×7天7520%H2SO4+15000ppm Cl-(NaCl) 3×7天 8050%H2SO4+15000ppm Cl-(NaCl) 3×7天 502%H2SO4 3×7天 150/200-下表是三種合金的C

29、PT和CCCT試驗(yàn)情況合金CPTCCCTInconel62510085-95C-276115-120105C-59130110試驗(yàn)溶液：7Vol.%H2SO4+3Vol.%HCl+1%CuCl2+1%FeCl3-6H2O(綠色死亡溶液)，時(shí)效24小時(shí)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(jī)過(guò)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(mén)、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：g/cm3熔點(diǎn)范圍：1310-1360磁導(dǎo)率

30、：20，(RT)高溫下的物理性能溫度 比熱 J/kg-k熱傳導(dǎo)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/k20414126210100425127207200434129200300443131196400451133190500459134185600464133178五、力學(xué)性能下表是C-59合金固溶處理狀態(tài)的力學(xué)性能表。室溫下的最小力學(xué)性能產(chǎn)品形式尺寸 mm0.2%屈服強(qiáng)度(Mpa)%屈服強(qiáng)度(Mpa)抗拉強(qiáng)度 (Mpa)延伸率 5 (%)薄板和帶材*34038069040板*棒100*力學(xué)值依據(jù)德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)VdTüV數(shù)據(jù)505 下表是依據(jù)德國(guó)國(guó)家

31、標(biāo)準(zhǔn)VdTüV數(shù)據(jù)505，在高溫下的力學(xué)性能值。溫度 0.2%屈服強(qiáng)度1.0%屈服強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度延伸率5 (%)MPaksiMPaksiMPaksi93434895(91)50100290330650(620)200250290615(585)204364289(85)300220260580(550)316313784(80)400190230545(515)427263277(74)450175215525(495)對(duì)于板厚度在30-50mm之間的材料，其屈服強(qiáng)度值要減去20MPa只針對(duì)棒材最大許用應(yīng)力材料溫度 鍛件、棒、板、帶MPaksi389310017214920016120

32、42603001473163432371399400134六、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(lái)加工。1、加熱C-59合金在熱處理前和熱處理過(guò)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(diǎn)金屬的環(huán)境中加熱，會(huì)使C-59合金的性能下降。污染物的來(lái)源主要有標(biāo)記筆痕跡、溫度指示漆、粉筆、潤(rùn)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(guò)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

33、原性之間波動(dòng)。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(jìn)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(lái)冷加工，C-59合金的加工硬化率是很高的，對(duì)成形設(shè)備的要求要高一些。當(dāng)冷變形加工執(zhí)行時(shí)，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好耐蝕性能的基本要點(diǎn)。在任何熱操作過(guò)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(xì)砂輪打磨干凈。酸洗前，材料表面的氧化物、污點(diǎn)等可以用細(xì)砂輪或不銹鋼絲刷打磨干

34、凈。6、機(jī)加工機(jī)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(duì)于低合金奧氏體不銹鋼來(lái)說(shuō)，要采用較低的表面切削速度，且進(jìn)刀量要大，以忽略硬度較高的表面。同時(shí)要讓刀具處于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。九、焊接 焊接鎳基合金時(shí)，要遵守下列操作規(guī)程：1、工作場(chǎng)地C-59合金的焊接場(chǎng)該是獨(dú)立的，最好和碳鋼加工場(chǎng)地分開(kāi)，同時(shí)不可以有氣流擾動(dòng)。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(jī)械工具要采用鎳基合金專(zhuān)用工具，制造和加工機(jī)械如：剪板機(jī)、卷板機(jī)、壓制機(jī)械等，其工作臺(tái)面要用毛氈、紙板、塑料等覆蓋，防止C-59合金表面在加工過(guò)程中被壓入污染物，導(dǎo)致最終的腐蝕。4、清理基材金屬的焊縫區(qū)域清

35、理和填料金屬的清理應(yīng)該使用丙酮。5、坡口準(zhǔn)備C-59合金的焊接坡口成形可以采用機(jī)械方法，如車(chē)削成形、磨削成形或刨制成形；等離子切割也是可以的，不過(guò)切割后的坡口要打磨干凈，并且不可以使坡口附近過(guò)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(duì)于普通碳鋼的一般區(qū)別在于其有較低的熱傳導(dǎo)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°左右，主要因?yàn)镃-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(shí)只可以在即將焊接的焊縫區(qū)域內(nèi)進(jìn)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

36、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(guò)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(shí)要謹(jǐn)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(guò)150。同時(shí)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等離子焊嘴尺寸 mm尺寸 mm速度m/cm根部焊層中間和上部AVAV手工GTAW9010110-1201110-158-101手工GTAW100-11010120-1301210-158-101手工GTAW11

37、0-12011130-1401210-158-101手工GTAW110-12011130-1401210-158-101自動(dòng)GTAW手工控制150102515-201自動(dòng)GTAW手工控制150102515-2012.0熱焊絲GTAW180108015-201熱焊絲GTAW手工控制250124015-201等離子 弧焊16525253011等離子 弧焊190-200252530118.0MIG/MAG28GTAW130-14023-2724-3018-2011MIG/MAG25GTAW130-15023-2720-2618-201SMAW40702140-7021SMAW540702170-10

38、022SMAW90-130221=純氬氣或氬氣+3%氫氣2=建議使用氦氣保護(hù)焊接下表是焊接能量輸入情況單位長(zhǎng)度焊接能量輸入(參考值)焊接工藝單位長(zhǎng)度能量輸入值 kJ/cm焊接工藝單位長(zhǎng)度能量輸入值 kJ/cmGTAW手工或自動(dòng)Max8MIG/MAG手工或自動(dòng)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)。Inconel6

39、00合金沒(méi)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(duì)還原性環(huán)境有一定的耐蝕性能，同時(shí)鉻的加入讓600合金對(duì)弱氧化性環(huán)境有一定的耐蝕性能。由于鎳含量相當(dāng)高，所以600合金對(duì)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(lèi)似于穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼的性能。二、化學(xué)成分600合金的化學(xué)成分如下表所示?；瘜W(xué)成分元素wt%CMnS0.002SiCrNi+Co余量FeCu三、產(chǎn)品形式和標(biāo)準(zhǔn) 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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品形式標(biāo)準(zhǔn)ASTMASMEA

40、MS板、帶材B168SB1685540管及管件B167SB1675580B516SB516B517SB517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(duì)中等強(qiáng)度的還原性環(huán)境有良好的耐蝕性能，同時(shí)對(duì)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(qiáng)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(huì)有腐蝕情況

41、發(fā)生，可以使用在苛刻的腐蝕環(huán)境中。600合金對(duì)蒸汽和蒸汽、空氣、碳的氧化物的混合氣體有抵抗力，但在含有硫的高溫氣體環(huán)境中則會(huì)腐蝕。600合金在高溫時(shí)對(duì)碳化有極佳的抵抗力，且對(duì)氧化有良好的抵抗，所以長(zhǎng)期以來(lái)此合金被用于熱處理工業(yè)上。在中等高溫時(shí)對(duì)脫水Cl2和HCl氣體有良好的抵抗性。600合金在堿液濃縮過(guò)程中耐熱應(yīng)力腐蝕。 總結(jié)起來(lái)600合金主要有如下幾點(diǎn)特性：1、直到1093時(shí)仍然具有抗氧化性；2、耐碳化性；3、到大約538時(shí)對(duì)脫水Cl2仍然有抵抗性；4、對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂有免疫力；5、對(duì)堿的腐蝕有良好的抵抗力。其應(yīng)用場(chǎng)合如下所示：1、熱處理相關(guān)元件及設(shè)備；2、溫度達(dá)到538的氯化設(shè)備；3、

42、紙漿廠(chǎng)的堿溶解池；4、堿液濃縮相關(guān)設(shè)備。五、物理性能 密度：g/cm3比熱：(0-100)460J/kg-k下表是600合金的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)數(shù)據(jù)線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)21-T系數(shù) 10-6/93204316427538649760下表是600合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)數(shù)據(jù)熱傳導(dǎo)系數(shù)溫度熱傳導(dǎo)系數(shù)W/m-k2193204316427538六、力學(xué)性能退火狀態(tài)室溫下的力學(xué)性能如下表說(shuō)示。%屈服強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)延伸率5(%)25564045下表是600合金短時(shí)間高溫拉力性能數(shù)據(jù)，低溫時(shí)的性能被加入以作對(duì)比。測(cè)試溫度 0.2%屈服強(qiáng)度(MPa)抗拉強(qiáng)度(MPa)延伸率5(%)-7929273464316

43、213624464272036104953819757947649183448397601171904687162103809822853118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(cè)試溫度 沖擊強(qiáng)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(shí)奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，301和304不銹鋼在冷加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生此類(lèi)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(duì)600合金進(jìn)行大規(guī)模的變形操作。600合金的高溫退火會(huì)

44、讓其晶粒長(zhǎng)大。大范圍的成形操作會(huì)使合金表面產(chǎn)生波紋狀的“橘皮”現(xiàn)象，主要因?yàn)槠渚Я］^大的緣故，但這種現(xiàn)象對(duì)材料的性能并沒(méi)有壞處。2、熱處理600合金不會(huì)由于熱處理產(chǎn)生硬化，只會(huì)產(chǎn)生冷加工強(qiáng)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(jìn)行。在982或更高的溫度情況下，晶粒長(zhǎng)大非常迅速，但在1038作短時(shí)間的停留可以軟化材料，又不會(huì)產(chǎn)生不適當(dāng)?shù)木ЯｉL(zhǎng)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(huì)得到相當(dāng)?shù)挠捕取?、焊接600合金可以采用標(biāo)準(zhǔn)的電阻焊和熔化焊。現(xiàn)在有大量的焊條和焊絲可以用來(lái)焊接600合金。600合金的焊縫附近會(huì)產(chǎn)生緊密的氧化物，只可以打磨去除。另外焊接時(shí)

45、最好采用惰性氣體保護(hù)焊。2：Incoloy800 Alloy(因克羅依800、800H、800AT合金)一、引言800合金是一種用來(lái)抵抗氧化和碳化的Ni-Fe-Cr合金。其鎳的含量達(dá)到32%，使800合金對(duì)氯致應(yīng)力腐蝕斷裂和相的析出使合金變脆有良好的抵抗力。800合金耐均勻腐蝕的性能也很出色。在固溶處理狀態(tài)，800H和800AT有出眾的蠕變和應(yīng)力斷裂性能。800合金基礎(chǔ)上的這三種合金都通過(guò)了ASME鍋爐和壓力容器用材規(guī)范的審核，規(guī)范在第一部分電站鍋爐；第三部分核容器；第八部分：非直接觸火壓力容器中都有關(guān)于800系列合金的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。800系列合金基本一樣，除了在800H中碳含量稍高(0.05-0

46、.10%)，800AT中加入了1.00%的Al+Ti。800合金一般可以使用到593。800H和800AT一般應(yīng)用在對(duì)蠕變和應(yīng)力腐蝕斷裂要求很高的593以上的溫度。二、化學(xué)成分800系列合金的典型化學(xué)成分如下表說(shuō)示。化學(xué)成分元素800800H800ATC8Mn1.00PSSiCrNiTiAlTi+AlCu三、材料標(biāo)準(zhǔn)下表是800系列合金的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品形式標(biāo)準(zhǔn)ASTMASMEAMS板、帶B409SB4095871焊管B514*無(wú)縫管B163SB163B407SB407棒B408SB408鍛件B564SB564*只適用于800合金四、腐蝕性能與應(yīng)用800系列合金的鎳含量要比304不銹鋼家族高的多

47、，在很多介質(zhì)情況下，800系列合金和304不銹鋼都很相似，例如在很多工業(yè)氣體和化工介質(zhì)如硝酸和有機(jī)酸中，它們有相當(dāng)?shù)男阅?。不論?00系列合金還是304不銹鋼都不可以使用在硫酸環(huán)境下，除非是低溫、低濃度的情況。象奧氏體不銹鋼一樣，800系列合金如果在538-760范圍內(nèi)加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則在合金的晶界會(huì)析出鉻的碳化物，讓合金出現(xiàn)敏化現(xiàn)象，使合金在象酸洗的環(huán)境和65%硝酸環(huán)境中產(chǎn)生晶間腐蝕。800系列合金雖然對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂沒(méi)有免疫力，但是對(duì)其耐蝕性能還是很好的。在石油、化工、食品、紙漿和造紙等工業(yè)領(lǐng)域有良好的耐蝕性能。顯然800系列合金可以在使普通奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕斷裂的中等腐蝕環(huán)境下使用。然而，800系列合金對(duì)MgCl2溶液的應(yīng)力腐蝕