哈氏合金知識(shí)概論

1、哈氏合金知識(shí)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(dāng)廣泛的應(yīng)用。主 要成分 :Ni: 余量 Mo:16 Cr:15 Fe:5 W:4 哈氏合金 (Hastelloy alloy) 一目前主要分為 B 、C、G 三個(gè)系列，它主要用于鐵基Cr-Ni 或 Cr-Ni-Mo 不銹鋼、非金屬材料等無法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場合。哈氏合金牌號(hào)為改善哈氏合金的

2、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)展過程如下：B 系列：B f B-2(00Ni70Mo28) f B-3C 系列：C f C-276(00Cr16Mo16W4)f C-4(00Cr16Mo16) f C-22 (00Cr22Mo13W3)fC-2000(00Cr20Mo16)G 系列： G f G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu )f G-30(00Cr30Ni48Mo7Cu)目前使用最廣泛的是第二代材料和N06985(G-3)。二、典型哈氏合金WVCuNb+Ta1.0< 1.0< 0.04< 0.03N06022(C-22)、N0645

3、5(C-4)Si Co Mn P S< 2.0 < 0.02 < 0.10N10665(B-2)、N10276(C-276)、化學(xué)成分材料的化學(xué)成分 Ni Cr Mo Fe CN10665(B-2) 基 < 1.026.030N10276 (C-276)17.04.07.04.5< 0.035基14.516.5< 0.01 < 0.0815.0< 2.5< 1.0< 0.04< 0.033.0N06007 (G-3)基21.023.56.08.0 18.021< 0.015< 1.0< 5.0< 1.0&

4、lt; 0.04< 0.03< 1.5< 0.501.52.5三、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

5、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(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(duì)抗晶間腐蝕性能有相當(dāng)大影響的兩個(gè)敏化區(qū)：12001300°C的高溫區(qū)和550900

6、C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(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) B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 C溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間稍長，B相瞬間生成。B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?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?，F(xiàn)今，我國和世界各國指定

7、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合金不僅晶粒長大，而且晶間會(huì)析岀現(xiàn)高M(jìn)o的b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、物理性能密度：9.2g/cm3, 熔點(diǎn)：13301380C,磁導(dǎo)

8、率：（C, RT） 1.001 三、化學(xué)成分化學(xué)成分元素NiCr FeCMnSiCuMoCoPS 最小余量0.41.626.0最大1.02.00.011.00.080.530.01.00.020.010 五、制造與熱處理1 ：加熱對(duì)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(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 0.25g/m3, 燃料油的含硫量不

9、超過 0.5% 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9001160C范圍內(nèi)進(jìn)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(xì)心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進(jìn)行級(jí)間退火。冷加工變形量超過15%

10、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10601080C之間，之后進(jìn)行水冷淬火或材料厚度在1.5mm 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 ；在熱處理過程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過打磨消除后需補(bǔ)焊者，要采用專門的補(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)的砂輪等打磨干凈

11、。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)由于易析岀B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 C;焊絲直徑 $ 2.4、$ 3.2 ;焊接電流90150A

12、 。同時(shí)，施焊前，焊絲、被焊接件 坡口及相鄰部位應(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、

13、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)過試驗(yàn)才可以選材。哈氏C-276 合金中沒有足夠的 Cr 來耐強(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腐蝕率(毫米 / )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)典型 316 AL-6XN Inconel625 C-276本金屬試樣焊接試樣20%醋酸0.0030.0030.00360.0

14、0180.00760.0130.00645%蟻酸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 合金可以用作基本 金屬試樣焊接樣基本 金屬試樣焊接 試 樣金屬試樣試基本基燃煤系統(tǒng)的煙氣脫

15、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0.673% 鹽酸1%CuCl21%FeCl3由上表可見，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)境中，甚至在強(qiáng)酸低 PH 值

16、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 316272.5AL-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

17、時(shí) ）兼有 （1000小時(shí) )抵抗 （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?。?00 小時(shí) ）抵抗 （1000小時(shí) )抵抗 （1000小時(shí) )抵抗 （1000小時(shí) ) 二、物理性能密度：8.90g/cm3, 比熱：425J/kg/k,彈性模量：205Gpa(21 C)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 C退火，并以水急冷。力學(xué)性能試驗(yàn)值溫度 (C ) 屈服強(qiáng)度(T 0.2 (Mpa)抗拉強(qiáng)度 bb (

18、Mpa) 延伸率 S5(% )-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（C）V形槽試樣沖擊功（J）-196 24521 325200 325C-276 合金和普通奧氏體不銹鋼有相似的成形性能。但由于

19、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擇，可以參照ASME 鍋爐

20、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

21、材料固溶熱處理包括兩個(gè)過程：（1 ）在1040 °C1150 C加熱；（2 ）在兩分鐘之內(nèi)快速冷卻至黑色狀態(tài)（400 C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(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。1. 雙相不銹鋼的定義所謂雙相不銹鋼是在其固淬組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半，一般最少相的

22、含量也需要達(dá)到30% 。2. 雙相不銹鋼的特性與優(yōu)勢(shì)由于兩相組織的特點(diǎn)，通過正確控制化學(xué)成分和熱處理工藝，使DSS 兼有鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下：（ 1 ）屈服強(qiáng)度比普通奧氏體不銹鋼高一倍多，且具有成型需要的足夠的塑韌性。采用雙相不銹鋼制造儲(chǔ)罐或 壓力容器的壁厚要比常用的奧氏體減少 30-50% ，有利于降低成本。（ 2 ）具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕破裂的能力，即使是含合金量最低的雙相不銹鋼也有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng) 力腐蝕破裂的能力，尤其在含氯離子的環(huán)境中。應(yīng)力腐蝕是普通奧氏體不銹鋼難以解決的突出問題。（3 ）在許多介質(zhì)中應(yīng)用最普遍的2205 雙

23、相不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)于普通的 316L 奧氏體不銹鋼，而超級(jí)雙相不銹鋼具有極高的耐腐蝕性，再一些介質(zhì)中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奧氏體不銹鋼，乃至耐蝕合 金。（4 ）具有良好的耐局部腐蝕性能，與合金含量相當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼相比，它的耐磨損腐蝕和疲勞腐蝕性能都 優(yōu)于奧氏體不銹鋼。（ 5 ）比奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)低，和碳鋼接近，適合與碳鋼連接，具有重要的工程意義，如生產(chǎn)復(fù)合板 或襯里等。（6 ）不論在動(dòng)載或靜載條件下， 比奧氏體不銹鋼具有更高的能量吸收能力， 這對(duì)結(jié)構(gòu)件應(yīng)付突發(fā)事故如沖撞， 爆炸等，雙相不銹鋼優(yōu)勢(shì)明顯，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。與奧氏體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢(shì)如下：（ 1 ）應(yīng)

24、用的普遍性與多面性不如奧氏體不銹鋼，例如其使用溫度必須控制在250 攝氏度以下。（ 2 ）其塑韌性較奧氏體不銹鋼低，冷，熱加工工藝和成型性能不如奧氏體不銹鋼。（ 3）存在中溫脆性區(qū)，需要嚴(yán)格控制熱處理和焊接的工藝制度，以避免有害相的出現(xiàn)，損害性能。與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的優(yōu)勢(shì)如下：（ 1 ）綜合力學(xué)性能比鐵素體不銹鋼好，尤其是塑韌性，不象鐵素體不銹鋼那樣對(duì)脆性敏感。（ 2 ）除耐應(yīng)力腐蝕性能外，其他耐局部腐蝕性能都優(yōu)于鐵素體不銹鋼。（ 3 ）冷加工工藝性能和冷成型性能遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼。（ 4 ）焊接性能也遠(yuǎn)優(yōu)于鐵素體不銹鋼，一般焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理。（ 5 ）應(yīng)用范圍較鐵素體不銹鋼寬。與鐵素體不銹鋼相比，雙相不銹鋼的弱勢(shì)如下： 合金元素含量高，價(jià)格相對(duì)高，一般鐵素體不含鎳。綜上所述，可以概括地看出 DSS 的使用性能和工藝性能 的概貌，它以其優(yōu)越的力學(xué)與耐腐蝕綜