哈氏合金知识概论

1、哈氏合金知识哈氏 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。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

2、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 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)目前使用最广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)、化学成分材料的化学成分 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

5、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：12001300°C的高温区和550900

6、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 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650750 C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

7、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，而且晶间会析岀现高Mo的b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：13301380C,磁导

8、率：（C, RT） 1.001 三、化学成分化学成分元素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

9、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9001160C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%

10、时，使用前要固溶处理。4 :热处理固溶热处理温度要控制在10601080C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

11、。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岀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 $ 2.4、$ 3.2 ;焊接电流90150A

12、 。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、

13、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腐蚀率(毫米 / )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)典型 316 AL-6XN Inconel625 C-276本金属试样焊接试样20%醋酸0.0030.0030.00360.0

14、0180.00760.0130.00645%蚁酸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%碳酸氢钠1.061.060.6090.3440.100.070.055 哈氏 C-276 合金可以用作基本 金属试样焊接样基本 金属试样焊接 试 样金属试样试基本基燃煤系统的烟气脱

15、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 316C-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

16、情况下。下表是四种金属在6%FeCl3( 按 ASTM 标准 G-48 执行) 溶液中发生缝隙腐蚀的对比情况。 缝隙腐蚀发生情况合金 缝隙腐蚀发生温度°F°C典型 316272.5AL-6XN11345Inconel62511345C-27614060C-276 合金中高含量的 Ni 和 Mo 使其对氯离子应力腐蚀断裂也有很强的抵抗能力，下表是四种金属在不同含氯离子溶液中的应力腐蚀断裂试验情况。氯离子应力腐蚀断裂试验情况试验溶液弯曲 U 形试样试验时间( Hours )和试验结果典型 316AL-6XNInconel 625C-27642%MgCl2（ 沸腾）失败（24 小

17、时 ）兼有 （1000小时 )抵抗 （1000小时 )抵抗 （1000小时 )33%LiCl（ 沸腾 ）失败 （100 小时 ）抵抗（1000小时 )抵抗 （1000小时 )抵抗 （1000小时 )26%NaCl（ 沸腾 ）失败（300 小时 ）抵抗 （1000小时 )抵抗 （1000小时 )抵抗 （1000小时 ) 二、物理性能密度：8.90g/cm3, 比热：425J/kg/k,弹性模量：205Gpa(21 C)三、机械性能典型的 C-276合金的拉力试验结果如下表所示，其材料是在1150 C退火，并以水急冷。力学性能试验值温度 (C ) 屈服强度(T 0.2 (Mpa)抗拉强度 bb (

18、Mpa) 延伸率 S5(% )-19656596545-101480895502141579050933807255020434571050316315675554272906556053827064060对 C-276 合金进行冷变形加工会使其强度增加。在对其进行冲击试验时， V 形槽冲击试样采用 10mm 厚的板 材（板材要经过退火处理），如果试样是采用焊接的试样，则在同样的温度范围，它会显示出一定的柔韧性，这是因为焊缝的原因。板材冲击试验结果如下表所示。试验温度（C）V形槽试样冲击功（J）-196 24521 325200 325C-276 合金和普通奥氏体不锈钢有相似的成形性能。但由于

19、其比普通奥氏体不锈钢的强度要大，所以，在冷成 形加工过程中会有更大应力。此外，这种材料的加工硬化速度比普通不锈钢快得多，因此在有广泛冷成形加工 过程中，要采取中途退火处理。四、焊接及热处理C-276 合金的焊接性能和普通奥氏体不锈钢相似，在使用一种焊接方法对C-276 焊接之前，必须要采取措施以使焊缝及热影响区的抗腐蚀性能下降最小，如钨极气体保护焊（GTAW ）、金属极气体保护焊（ GMAW ）、埋弧焊或其他一些可以使焊缝及热影响区抗腐蚀性能下降最小的焊接方法。但对于诸如氧炔焊等有可能增加材 料焊缝及热影响区含碳量或含硅量的焊接方法是不适合采用的。关于焊接接头形式的选择，可以参照ASME 锅炉

20、与压力容器规范对 C-276 焊接接头的成功经验。 焊接坡口最好采用机械加工的方法， 但是机械加工会带来加 工硬化，所以对机械加工的坡口处进行焊接前打磨是必要的。焊接时要采用适宜的热输入速度，以防止热裂纹 的产生。在绝大多数腐蚀环境下， C-276 都能以焊接件的形式应用。但在十分苛刻的环境中， C-276 材料及焊 接件要进行固溶热处理以获得最好的抗腐蚀性能。C-276 合金的焊接可以选择自身作焊接材料或填料金属。如要求在C-276 的焊缝中添加某些成分，象其它镍基合金或不锈钢，并且这些焊缝将暴露在腐蚀环境中时，那么，焊接所用的焊条或焊丝则要求有和母材金属耐腐蚀相当的性能。哈氏C-276合金

21、材料固溶热处理包括两个过程：（1 ）在1040 °C1150 C加热；（2 ）在两分钟之内快速冷却至黑色状态（400 C左右），这样处理后的材料有很好的耐蚀性能。因此仅对哈氏C-276合金进行消应力热处理是无效的。在热处理之前要清理合金表面的油污等可能在热处理过程中产生碳元素的一 切污垢。C-276 合金表面在焊接或热处理时会产生氧化物，使合金中的Cr 含量降低，影响耐蚀性能，所以要对其进行表面清理。可以使用不锈钢丝刷或砂轮，接下来浸入适当比例硝酸和氢氟酸的混合液中酸洗，最后用清水冲洗 干净。1. 双相不锈钢的定义所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般最少相的

22、含量也需要达到30% 。2. 双相不锈钢的特性与优势由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS 兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（ 1 ）屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或 压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少 30-50% ，有利于降低成本。（ 2 ）具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量最低的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应 力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。（3 ）在许多介质中应用最普遍的2205 双

23、相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的 316L 奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，再一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合 金。（4 ）具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都 优于奥氏体不锈钢。（ 5 ）比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板 或衬里等。（6 ）不论在动载或静载条件下， 比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力， 这对结构件应付突发事故如冲撞， 爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：（ 1 ）应

24、用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250 摄氏度以下。（ 2 ）其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。（ 3）存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：（ 1 ）综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。（ 2 ）除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。（ 3 ）冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。（ 4 ）焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。（ 5 ）应用范围较铁素体不锈钢宽。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下： 合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。综上所述，可以概括地看出 DSS 的使用性能和工艺性能 的概貌，它以其优越的力学与耐腐蚀综