特种材料知识简介--哈氏合金-蒙乃尔-超级不锈钢要点

1、特种材料知识简介：哈氏合金-蒙乃尔-超级不锈钢哈氏合金(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。哈氏合金牌号合金牌号N10001(B)N10276(C-276)N06007(G)N10665(B-2)N06022(C-22)N06985(G-3)N10675(B-3)N06455(C-4)N06030(G-30)N10629(B-4)N06059(C-59)主要合金

2、元素Ni-MoNi-Cr-MoNi-Cr-Fe-Mo典型使用 场合盐酸等还原性介质氧化、还原性兼有的混 合介质磷酸、硫酸、硫酸盐等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：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

3、-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。、典型哈氏合金化学成分材料的化学成分NiCrMoFeCSiCoMnPSWVCuNb+TaN10665(B-2)基 1.026.030 2.0 0.02 0.10 1.0 1.0 0.04 0.03N10276基14.516.515.04.07.0 0.01 0.08 2.5 1.0

4、 0.04 0.033.0 0.035(C-276)17.04.5N06007(G-3)基21.023.56.08.018.021 0.015 1.0 5.0 1.0 0.04 0.03 1.51.52.5 40% 40%w 100w 100N10276(C-276)ASTM B575-1999w 63.5690283 40%w 100N06007(G-3)ASTM B582-19970.5163.5621241 40%w 100四、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

5、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：12001300C的高温区和 55090

6、0C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B相（即 Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物） 的转变敏感。当合金在650750C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

7、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c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。、物理性能哈氏B-2合金的物理性能如下表所示3密度：9.2g/cm，熔点：13301380C，磁

8、导率：C, RT) 1.001物理性能温度(C)比热(J/kg-k)热传导系数(W/m-k )电阻率(卩 Q cm)弹性模量(Gpa)室温至T的热 膨胀系数-6(10 /K )03731372182037711.113721710038912.213821310.320040613.413820810.830042314.613920311.140043116.013919711.450044417.314119111.660045618.714618411.8700176三、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

9、.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(卩m)冷轧板带 89G28/PracticeB焊接态（GTAW）C-220.36C-276-625-G28/PracticeC普通板C-221.72C-27623.1625-G28/PracticeC焊接态（GTAWC-221.77C-27623.4625-G28/PracticeD普通板C-223.47C-276-625

10、-G28/PracticeD焊接态（GTAWC-222.85C-276-625G28/PracticeA=沸腾 Fe2（SO4）3+50%H 2SO4/24 小时G28/PracticeB=S腾 23%H 2SO4+1.2%HCI+1%FeCI 3+1%CuCl 2/24 小时G28/PracticeC=沸腾65%HNO 3/5-48小时暴露在空气中G28/PracticeD=沸腾10%HNO 3-3%HF/2-2小时暴露在空气中哈氏C-22合金被广泛地应用于烟气脱硫系统、纸浆和造纸工业中的漂白系统、垃 圾焚化炉、化工厂、制药厂和放射性垃圾储存等工业领域。哈氏C-22合金强度高，并且有良好的延

11、展性、焊接性和成形性能，因此在ASME和ASTM标准中都有一致的详细叙述。其材料产品形式有板材、带材、管材、棒材和 锻件等。ASME和ASTM有关哈氏C-22合金材料的标准产品形式说明ASTMASME板材、带材B575SB575管材（有缝）B619SB619B626SB626管材（无缝）B622SB622、化学成分化学元素UNS标准范围（重量百分比）C0.015maxS0.02 maxSi0.08 maxCr20.0 22.5Mo12.5 14.5V0.35 maxCo2.50 maxW2.50 3.50Fe2.00 6.00Ni余量三、物理性能具有典型化学成分的C-22合金退火状态下的物理性

12、能。项目数值单位22 C时的密度8.62g/cm3熔化温度范围1354-1388C53 C时的热传导系数9.4W/m-K20-217 C的热膨胀系数12.44卩 m/m/ C22 C时的比热422J/kg-C22 C时的弹性模量207GPa四、焊接性能哈氏C-22合金的焊接性能非常好，它可以很容易地以钨极气体保护焊、金属极气体保护焊、埋弧焊等方法焊接，填料金属要求有与之相匹配的化学成分。五、机械性能哈氏C-22合金具有良好的热加工性能。其退火状态室温下的机械性能如下表所示,测试板材厚度范围 4.76mm到50.8mm.项目典型板材ASTM B575屈服强度（0.2%变形）345MPa310*M

13、Pa抗拉强度724MPa690*MPa延伸率% （ 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是一种超低碳Ni-Cr-Mo合金，具有优异的耐蚀性能和高机械强度。其性质 有如下几条：1、在氧化性和还原性条件下有广泛的耐蚀性能；2、对点蚀和缝隙腐蚀有良好的抵抗力，同时对氯致应力腐蚀断裂有免疫特性。3、对无机酸如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸和硫酸盐酸混合酸有良好的耐蚀性能；4、对含有杂质的无机酸同样有良好的耐蚀性能；5、对40C以下任何浓度的盐酸有良好的耐蚀性能；6、被许可在-196-450C之间使用

14、于压力容器上；7、被NACE标准MR-01-75 %级许可使用在酸气环境下。（NACE是美国和印度的国家电子顾问委员会）、化学成分C-59合金的化学成分表如下所示化学成分NiCrFeCMnSiMoCoAlPSMin余量22.015.00.1Max24.01.50.0100.50.0116.50.30.40.0150.005三、耐蚀性能和应用C-59合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni-Cr-Mo合金，在热加工和焊接过程中不倾向于产生中间相，所以此合金可以应用于化工过程中的氧化性和还原性介质。由于有较高的含Ni、Cr、Mo的含量，C-59对氯离子有良好的耐蚀性能。在涉及 氧化性环境的标准腐蚀试验

15、中已经证实：C-59合金有比其它Ni-Cr-Mo合金更高级的性能。C-59合金在还原性环境中有良好的耐蚀性能，例如：10%沸腾硫酸溶液中的腐蚀率是其它Ni-Cr-Mo合金的1/3左右，在盐酸环境下同样有很好的耐蚀性能。下面两表是不同腐蚀试验情况。C-276和C-59试验对比试验介质腐蚀率(mm/a)C-276C-59ASTM G28A 沸腾24小时5.0-6.00.625ASTM G28B 沸腾24小时1.50.1三种不同合金在不同溶液中腐蚀试验试验介质腐蚀率(mm/a)Incon el625C-276C-5910%H2SO4 沸腾 3X 7 天1.0-1.20.5750.1520%H2S04

16、+15000ppmCI-(NaCI) 3 X 7 天 80C0.030.080.0350%H 2S04+15000ppmCl-(NaCl) 3 X 7 天 50C0.650.420.3898.5%H 2SO4 3 X 7 天150 C /200 C0.28/0.15F表是三种合金的CPT和CCCT试验情况合金CPTCCCTIncon el625100C85-95 CC-276115-120 C105 CC-59 130 C110C试验溶液：7Vol.%H2SO4+3Vol.%HCI+1%CuCI 2+1%FeCI3-6出0(绿色死亡溶液),时效24小时后，以5C递增。应用：C-59合金在化工、

17、石油化工、能源和环保工程等。1、含氯有机过程设备，尤其是在有卤族酸性催化剂存在的情况下;2、纸浆和造纸工业中的溶解和漂白系统设备；3、焚化炉和烟气脱硫系统的预热器、阀门、叶轮等元件；4、酸气处理系统设备和元件；5、醋酸和醋酐反应器；6、硫酸冷凝器。四、物理性能、.、3密度：&6g/cm熔点范围：1310-1360C磁导率：20 C, (RT) 1.001高温下的物理性能温度C比热J/kg-k热传导系数W/m-k电阻率yQ cm弹性模量GPa室温到T的热 膨胀系数10-6/k2041410.412621010042512.112720711.920043413.712920012.2300443

18、15.413119612.540045117.013319012.750045918.613418512.960046420.413317813.1五、力学性能下表是C-59合金固溶处理状态的力学性能表。室温下的最小力学性能产品形式尺寸mm0.2%屈服强度(Mpa)1.0%屈服强度(Mpa)抗拉强度(Mpa)延伸率 S 5(%)薄板和带材*0.5-6.4板*5.0-3034038069040棒 43 4895(91)50100 290 330650(620)200 250 290615(585)204 36 4289(85)300 220 260580(550)316 31 3784(80)4

19、00 190 230545(515)427 26 3277(74)450175 215525(495) 对于板厚度在30-50mm之间的材料，其屈服强度值要减去 20MPa 只针对棒材最大许用应力材料温度c锻件、棒、板、带MPaksi3825.09325.010017214924.720016120423.326022.030014731620.934320.437119.839919.4400134焊接管件的焊缝系数取0.85六、V形槽冲击功室温下的平均值：225J/cm22-196C下：200 J/cm七、晶体结构C-59 合金的是面心立方晶体结构。八、制造和热处理C-59 合金可以很容易

20、地用普通制作工艺来加工。1、加热C-59 合金在热处理前和热处理过程中不可以和任何污染物接触。 在含有S、P、Pb和其它低熔点金属的环境中加热，会使 C-59合金的性能下降。污染物的来源主要有标记笔痕迹、温度指示漆、粉笔、润滑油脂、燃料等。 加热炉燃料的含硫量必须低，天然气的含硫量必须低于0.1%（ 质量），燃料油的含硫量不可超过 0.5% 。炉气环境应该是轻微的氧化性，不可以在氧化性和还原性之间波动。不可以让火 焰直接冲击合金材料。2、热加工C-59合金可以在950-1180C之间进行热加工。冷却要用水急冷。 热加工后退火可以确保材料有良好的耐蚀性能。3、冷加工退火的 C-59 合金才可以用

21、来冷加工， C-59 合金的加工硬化率是很高的，对成形 设备的要求要高一些。当冷变形加工执行时，工序间退火是必要的。4、热处理固溶热处理温度应该在1100-1180C，最好在1120C处理。 水冷是确保材料有最好耐蚀性能的基本要点。在任何热操作过程中，材料表面必 须清洁。5、除垢C-59 合金焊缝附近的氧化物比其它不锈钢要紧密的多，可以用细砂轮打磨干净。 酸洗前，材料表面的氧化物、污点等可以用细砂轮或不锈钢丝刷打磨干净。6、机加工机加工 C-59 合金应该是固溶处理状态。 由于其加工硬化率较大， 所以相对于低合 金奥氏体不锈钢来说， 要采用较低的表面切削速度，且进刀量要大，以忽略硬度较高的 表

22、面。同时要让刀具处于连续运转的状态。九、焊接焊接镍基合金时，要遵守下列操作规程：1、工作场地C-59合金的焊接场该是独立的，最好和碳钢加工场地分开，同时不可以有气流扰 动。2、着装焊接着装应该采用皮革手套和工作服。3、加工工具和机械工具要采用镍基合金专用工具，制造和加工机械如：剪板机、卷板机、压制机械 等，其工作台面要用毛毡、纸板、塑料等覆盖，防止C-59合金表面在加工过程中被压入污染物，导致最终的腐蚀。4、清理基材金属的焊缝区域清理和填料金属的清理应该使用丙酮。5、坡口准备C-59合金的焊接坡口成形可以采用机械方法，如车削成形、磨削成形或刨制成形；等离子切割也是可以的，不过切割后的坡口要打磨

23、干净，并且不可以使坡口附近过热。6、坡口角度一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的热传导系数和 有较高的热膨胀率。其焊接焊脚要大(1-3 mm)，坡口角度要在60-70左右，主要因为 C-59合金的熔化金属有较高的粘性，而且其焊后收缩倾向比较大。7、引弧引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行，不可以在已完成的焊接件上，以免 造成耐蚀性能的下降。8、焊接工艺C-59合金可以用多种常规焊接工艺焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG ，手工金属焊接、等离子弧焊等。不过焊接前的清理是必要的。9、焊接参数和有关影响因素焊接时要谨慎选择热

24、输入量，一般要采用较低的热输入量，层间温度不要超过 150C。同时采用较薄的焊道焊接工艺。下表是C-59合金的焊接参数。焊接参数板焊接填料金属焊接参数焊接气流等离等厚方法尺寸速度根部焊层中间和上部速度量子气离mmmmm/cmAVAVcm/minl/min流量l/min子 焊 嘴 尺 寸mm3.0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GTAW2.4110-12011130-1401210-15

25、8-1013.0自动GTAW1.20.5手工控制1501025115-205.0自动GTAW1.20.5手工控制1501025115-202.0热焊丝GTAW1.00.31801080115-2010.0热焊丝GTAW1.20.45手工控制2501240115-204.0等离子弧焊1.20.516525253013.013.26.0等离子弧焊1.20.5190-20025253013.513.28.02MIG/MAG1.08GTAW130-14023-2724-30118-2010.02MIG/MAG1.25GTAW130-15023-2720-26118-206.0SMAW2.540 -70

26、2140-70218.0SMAW2.5-3.2540 -702170-1002216.0SMAW4.090-130221=纯氩气或氩气+3%氢气2=建议使用氦气保护焊接F表是焊接能量输入情况单位长度焊接能量输入（参考值）焊接工艺单位长度能量输入值kJ/cm焊接工艺单位长度能量输入值kJ/cmGTAW手工或自动Max8MIG/MAG 手工或自动Max11热焊丝GTAWMax6SMAWMax7等离子弧焊Max10般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分其它镍基合金(other Nickle-base alloys)1: Inconel600 Alloy(因康镍 600 合金)一、引言Inconel

27、600合金是一种Ni-Cr合金，可以使用在从低温到 1093C的温度范围内。 Inconel600合金没有磁性，焊接性能良好。Inconel600合金可以使用在广泛的腐蚀环境下。高的镍含量让600合金对还原性环境有一定的耐蚀性能，同时铬的加入让600合金对弱氧化性环境有一定的耐蚀性能。由于镍含量相当高，所以600合金对氯离子应力腐蚀断裂有优异的耐蚀性能。600合金的成形性能类似于稳定的奥氏体不锈钢的性能。、化学成分600合金的化学成分如下表所示化学成分元素wt%C0.05Mn0.25S0.002Si0.20Cr15.5Ni+Co余量Fe8.0Cu0.10二、产品形式和标准600合金的产品形式主

28、要有板材、带材。供货状态主要是退火状态，薄板和带材也 可以以正火状态供货。下表是 600合金的一些国际标准。产品形式标准ASTMASMEAMS板、带材B168SB1685540管及管件B167SB1675580B516SB516B517SB517冷凝器用管B163SB163棒和锻件B166SB1665665B564SB564丝B166SB1665687四、耐蚀性能和应用600合金的高镍含量让它对中等强度的还原性环境有良好的耐蚀性能，同时对氯离子应力腐蚀断裂有也良好的耐蚀性能，因此， 600合金可以使用在MgCL溶液中。相似地，铬让600合金在弱氧化性环境中有一定的耐蚀性能，从某种意义上讲，60

29、0合金已经是商业纯镍的替代品。但在象热的浓硝酸的强氧化性溶液中，600合金的耐蚀性能比较差。600合金在中性和碱性的盐溶液中不会有腐蚀情况发生，可以使用在苛刻的腐蚀环 境中。600合金对蒸汽和蒸汽、空气、碳的氧化物的混合气体有抵抗力，但在含有硫的高 温气体环境中则会腐蚀。600合金在高温时对碳化有极佳的抵抗力，且对氧化有良好的抵抗，所以长期以来 此合金被用于热处理工业上。在中等高温时对脱水 CI2和HCI气体有良好的抵抗性。600 合金在碱液浓缩过程中耐热应力腐蚀。总结起来600合金主要有如下几点特性：1、直到1093 C时仍然具有抗氧化性；2、耐碳化性；3、到大约538C时对脱水CI2仍然有

30、抵抗性；4、对氯离子应力腐蚀断裂有免疫力；5、对碱的腐蚀有良好的抵抗力。其应用场合如下所示：1、热处理相关元件及设备；2、温度达到538 E的氯化设备；3、纸浆厂的碱溶解池；4、碱液浓缩相关设备。五、物理性能密度：8.42g/cm3比热：(0-100 C)460J/kg-k磁导率：v 1.02F表是600合金的线性热膨胀系数数据线性热膨胀系数21 C -T系数10-6/ C9312.420413.131613.742714.253814.664915.176015.7F表是600合金的热传导系数数据热传导系数温度c热传导系数W/m-k2114.89315.420417.131618.74272

31、0.653822.5六、力学性能退火状态室温下的力学性能如下表说示0.2%屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率S 5(%)25564045F表是600合金短时间高温拉力性能数据，低温时的性能被加入以作对比。测试温度 c0.2%屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)延伸率S 5(%)-7929273464316213624464272036104953819757947649183448397601171904687162103809822853118冲击性能600合金即使在零度以下也有良好的韧性。 下表是600合金板材V形槽冲击性能数据测试温冲击强度J度C退火热轧冷轧-73244244-2

32、1244244156538217217-七、加工和热处理1冷成形600合金的冷成形性能非常好。高镍含量可以阻止冷加工时奥氏体向马氏体的转变， 301和304不锈钢在冷加工时会产生此类转变。600合金的加工硬化倾向比301和304不锈钢低，可以使用多种加工方式对 600合金进行大规模的变形操作。600合金的高温退火会让其晶粒长大。大范围的成形操作会使合金表面产生波纹状 的“橘皮”现象，主要因为其晶粒较大的缘故，但这种现象对材料的性能并没有坏处。2、热处理600合金不会由于热处理产生硬化，只会产生冷加工强化。冷加工后退火可以软化材料。软化温度可以在871C到1149C之间进行。在982C或更高的温度情况下，晶粒长大非常迅速，但在1038 C作短时间的停留可以软化材料，又不会产生不适当的晶粒长大。热处理后的冷却可以慢速冷却，也可以快