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1、哈氏合金(Hastelloy alloy)一、引言哈氏合金是镍基合金的一种，目前主要分为B、C、G三个系列，它主要用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合，在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。其牌号和典型使用场合如下表所示。哈氏合金牌号为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷、热加工性能，哈氏合金先后进行了三次重大改进，其发展过程如下：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)目前使用最广泛的是第二代材料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)处于推广阶段。由于冶金技术的进步，近年来出现了多个牌号的含6%Mo的所谓“超级不锈钢”，替代了G系列合金，使得G系列合金的生产和使用迅速下降。二、典型哈氏合金化学成分材料的化学成分NiCrMoFeCSiCoMnPSWVCuNb+TaN10665 (B-2)基1.026.03
3、02.00.020.101.01.00.040.03N10276 (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、力学性能 哈氏合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在机加工方面有一定的难度，而且其应变硬化倾向极强，当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。哈氏合金还存在中温敏化区，其敏化倾向随变形率的增加而增大。当温度较高时，哈氏合金易吸收有害元素
4、使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。材料的力学性能四、常用哈氏合金1：Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)一、耐蚀性能 哈氏B-2合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它减少了在焊缝及热影响区碳化物和其他相的析出，从而确保即使在焊接状态下也有良好的耐蚀性能。 众所周知，哈氏B-2合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能，能耐常压下任何温度，任何浓度盐酸的腐蚀。在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸、各种浓度磷酸、高温醋酸、甲酸等有机酸、溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能，同时，它也耐卤族催化剂的腐蚀。因此，哈氏B-2合金通常应用于多种苛刻的石油、化工过程，如盐酸的蒸馏
5、，浓缩；乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中。但在哈氏B-2合金多年的工业应用中发现：（1）哈氏B-2合金存在对抗晶间腐蚀性能有相当大影响的两个敏化区：12001300的高温区和550900的中温区；（2）哈氏B-2合金的焊缝金属及热影响区由于枝晶偏析，金属间相和碳化物沿晶界析出，使其对晶间腐蚀敏感性较大；（3）哈氏B-2合金的中温热稳定性较差。当哈氏B-2合金中的铁元素含量降至2%以下时，该合金对相（即Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物）的转变敏感。当合金在650750温度范围内停留时间稍长，相瞬间生成。相的存在降低了哈氏B-2合金的韧性，使其对应力腐蚀变得敏感，甚至会造成哈氏B
6、-2合金在原材料生产(如热轧过程中)、设备制造过程中（如哈氏B-2合金设备焊后整体热处理）及哈氏B-2合金设备在服役环境中开裂。现今，我国和世界各国指定的有关哈氏B-2合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法均为常压沸腾盐酸法，评定方法为失重法。由于哈氏B-2合金是抗盐酸腐蚀的合金，因此，常压沸腾盐酸法检验哈氏B-2合金的晶间腐蚀倾向相当不敏感。国内科研机构用高温盐酸法对哈氏B-2合金进行研究发现：哈氏B-2合金的耐蚀性能不仅取决于其化学成分，还取决于其热加工的控制过程。当热加工工艺控制不当时，哈氏B-2合金不仅晶粒长大，而且晶间会析出现高Mo的相，此时，哈氏B-2合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降，在高
7、温盐酸试验中，粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右。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, 熔点：13301380，磁导率：(，RT)1.001物理性能温度 （）比热 （J/kg-k）热传导系数 （W/m-k）电阻率 （cm）弹性模量 （Gpa）室温至T的热膨胀系数（10-6/K）03731372182037711.113721710038912.213821310.320040613.413820810.830042314.613920311.140043116.013919711.450044417.314119111.660045618.7146
8、18411.8700176三、化学成分化学成分元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPS最小余量0.41.626.0最大1.02.00.011.00.080.530.01.00.020.010 四、机械性能哈氏B-2合金的一般机械性能如下列两表所示室温下的最小力学性能值（参考DIN/ASTM标准）产品形式尺寸 (mm)0.2% 屈服强度(Mpa)1.0%屈服强度(Mpa)抗拉强度(Mpa) 延伸率A5 %布氏硬度 HB晶粒尺寸（m）冷轧板带534038075540250127热轧板565214棒325370745-管340360755-ASTM 标准350-760241同上高温下的最小力学性能
9、值产品形式0.2%屈服强度（Mpa）1.0%屈服强度（Mpa）100200300400100200300400板315285270255355325310295管棒300275255240340315300285五、造与热处理1：加热对于哈氏B-2合金来说，在加热前和加热过程中表面保持清洁并远离污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、铅或其他低熔点金属污染物的环境下加热，则会变脆，这些污染物的来源主要包括标记笔痕迹、温度指示漆、油脂和液体、烟气。此烟气必须含硫低；例如：天然气和液化石油气含硫量不超过0.1%，城市空气含硫量不超过0.25g/m3,燃料油的含硫量不超过0.5%即为合格
10、。对加热炉的气体环境要求是中性环境或轻还原性环境，并且不可以在氧化性和还原性之间波动。炉中的火焰不可以直接冲击哈氏B-2合金。同时要以最快的加热速度把材料加热到要求达到的温度，即要求首先要把加热炉的温度上升到要求温度，再把材料放入炉中加热。2：热加工哈氏B-2合金可以在9001160范围内进行热加工，加工过后应该以水淬火。为了确保有最好的耐蚀性能，热加工过后应该退火。3：冷加工冷加工的哈氏B-2合金必须经过固溶处理，由于其具有比奥氏体不锈钢高得多的加工硬化率，所以成形设备要细心考虑。如果执行了冷成形工艺，那么有必要进行级间退火。冷加工变形量超过15%时，使用前要固溶处理。4：热处理固溶热处理温
11、度要控制在10601080之间，之后进行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上时可以快速空冷以获得最好的耐蚀性能。在任何加热操作过程中，材料的表面清洁均要有预先的防范。哈氏合金材料或设备部件在进行热处理时要注意以下一些问题：为了防止设备部件热处理变形，应采用不锈钢加强环；对装炉温度、加热和冷却时间应严格控制；装炉前，对热处理件进行预处理，防止产生热裂纹；热处理后，对热处理件100%PT；在热处理过程中如产生热裂纹，经过打磨消除后需补焊者，要采用专门的补焊工艺。5：除垢哈氏B-2合金表面的氧化物和焊缝附近的污点都要以精细的砂轮等打磨干净。由于哈氏B-2合金对氧化性介质比较敏感，因此酸洗过程中会产生较
12、多的含氮元素的气体。6：机加工哈氏B-2合金要以退火状态进行机加工，对它的加工硬化要有清醒的认识，例如：相对于标准奥氏体不锈钢要采用较慢的表面切削速度，对于表面的硬化层要采用较大的进刀量，并使刀具处于连续的工作状态。7：焊接哈氏B-2合金焊缝金属及热影响区由于易析出相而导致贫Mo，从而易于产生晶间腐蚀，因此，哈氏B-2合金的焊接工艺应谨慎制定，严格控制。一般焊接工艺如下：焊材选用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制层间温度不大于120；焊丝直径2.4、3.2；焊接电流90150A。同时，施焊前，焊丝、被焊接件坡口及相邻部位应进行去污脱脂处理。哈氏B-2合金热传导系数比钢小得多，如选用单V型
13、坡口，则坡口角度要在70左右，采用较低的热输入量。通过焊后热处理可以消除残余应力并改善抗应力腐蚀断裂性能。2： Hastelloy C-276合金(哈氏C-276合金)一、耐蚀性能哈氏C-276合金属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金。它是现代金属材料中最耐蚀的一种。主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能。因此，近三十年以来、在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。哈氏C-276合金的各种腐蚀数据是有其典型性的，但是不能用作规范，尤其是在不明环境中，必须要经过试验才可以选材。哈氏C-276合金中没有足够的Cr来耐强氧化性环境的腐蚀，如热的浓硝酸。这种合金的产生主要是针对化工过程环境，尤其是存在混酸的情况下，如烟气脱硫系统的出料管等。下表是四种合金在不同环境下的腐蚀对比试验情况。(所有焊接试样采用自熔钨极氩弧焊)四种金属在不同环境下的腐蚀对比试验试验环境 （沸腾）腐蚀率 （毫米/）典型316AL-6XNInconel625C-276基本 金属试样焊接 试 样基本 金属 试样焊接 试 样基本 金属 试样基本 金属 试样焊接 试 样20%醋酸0.0030.0030.00360.00180.00760.0130.00645%蚁酸0.2770.2620.1160.1420.130
