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哈氏合金成分特性介绍

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哈氏合金成分特性介绍_第1页
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1)美国哈氏合金国际公司(Haynes lnternational,lnc・) 公司前身的Haynes Stellite Work (哈茨钴铬钨工厂)于1921年创立于美国印地安那州Kokomo,距今已有91年历史,在九十余 年经历的生产和研究中不断创新与发明,从而在高合金领域稳居世 界首位Haynes 国际公司注重产品的生产和开发主要从事高质量 的耐腐蚀和耐高温镍-钴合金的开发和生产同时,公司的专家技术 人员在全球范围内提供进一步的客户服务和技术支持Haynes公司 的服务中心及分支机构能为客户及时提供板材、棒材、管材、管材、 锻件、法兰和连接件等2) 哈氏合金 (Hastelloy alloy)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、环保等诸多领域哈氏合金(Hastelloy alloy)一•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 t C-276(00Cr16Mo16W4) t C-4(00Cr16Mo16) t C-22 (00Cr22Mo13W3) t C-2000(00Cr20Mo16)G 系列:G t G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu) t 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)。

二、典型哈氏合金化学成分材料的化学成分Ni CrMoFe C SiCoMn PSWV Cu Nb+TaN10665 (B-2)基£1.0 26.0~30£2.0£0.02£0.10£1・0 £1・0£0・04£0.03N10276 (C-276)基14.5~16.5 15.0~ 17.04.0~7.0£0.01£0・08 £2・5£1.0£0.04 £0.033.0~ 4.5 £0.035N06007 (G-3)基21.0~23.56.0~ 8.018・0~21 £0・0佃£1・0 £5・0组50口・0£0・04£0・03 £1・51.5~2.5三、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,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:1200~1300°C的高温区和550~900°C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P相(即 Ni4Mo相,一种有序的金属间化合物)的转变敏感当合金在650~750C温度 范围内停留时间稍长,B相瞬间生成B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-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a相,此时,哈氏B-2合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降, 在高温盐酸试验中,粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右二、 物理性能密度:9・2g/cm3,熔点:1330~1380°C,磁导率:(°C,RT)£1 ・001三、 化学成分化学成分元素 Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co P S最小 余量 0.4 1.6 26.0最大 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.00.02 0.010五、制造与热处理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9OO~1160C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度要控制在1060~1080C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B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°C; 焊丝直径卩2・4、卩3・2;焊接电流90~150A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 316 AL-6XN Inconel625 C-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0.2770.2620.1160.1420.13 0.07 0.04910%草酸1.020.9910.2770.2740.15 0.29 0.25920%磷酸0.1770.1550.0070.0060.0010.0010.000610%氨基磺酸 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.070.06110%硫酸 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.50310%碳酸氢钠 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.070.055哈氏C-276合金可以用作燃煤系统的烟气脱硫部件,在这种环境下C-276是最 耐蚀的材料。

下表是C-276合金和典型316在烟气模拟系统“绿色死亡”溶液中 的腐蚀对比试验情况绿色死亡”溶液中的腐蚀对比试验“绿色死亡”溶液 (沸腾) 腐蚀率 (mm/a)典型 316 C-2767%硫酸 破坏 0.673%盐酸1%CuCl21%FeCl3由上表可见,C-276合金对混合的具有氯离子的酸、盐溶液有很好的耐蚀性能 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入将C-276合金的耐点蚀和缝隙腐蚀的能 力大大提高C-276合金在海水环境中被认为是惰性的,所以C-276被广泛地 应用在海洋、盐水和高氯环境中,甚至在强酸低PH值情况下下表是四种金属 在6%FeCI3(按ASTM标准G-48执行)溶液中发生缝隙腐蚀的对比情况 缝隙腐蚀发生情况。

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