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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-3

C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-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    Cr    Mo    Fe    C    Si    Co    Mn    P    S    W    V    Cu    Nb+Ta

N10665 (B-2)    基    ≤1.0    26.0~30    ≤2.0    ≤0.02    ≤0.10    ≤1.0    ≤1.0    ≤0.04    ≤0.03    　    　    　    　

N06007 (G-3)    基    21.0~23.5    6.0~ 8.0    18.0~21    ≤0.015    ≤1.0    ≤5.0    ≤1.0    ≤0.04    ≤0.03    ≤1.5    　    1.5~2.5    ≤0.50

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***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℃的高温区和550~900℃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β相（即Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物）的转变敏感。当合金在650~750℃温度范围内停留时间稍长，β相瞬间生成。β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σ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℃，磁导率：(℃，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    1.0    0.02    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900~1160℃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1060~1080℃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β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φ2.4、φ3.2；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***、各种氧化性***化物、***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******。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    0.003    0.003    0.0036    0.0018    0.0076    0.013    0.006

45%蚁酸    0.277    0.262    0.116    0.142    0.13    0.07    0.049

10%草酸    1.02    0.991    0.277    0.274    0.15    0.29    0.259

20%磷酸    0.177    0.155    0.007    0.006    0.001    0.001    0.0006

10%氨基磺酸    1.62    1.58    0.751    0.381    0.12    0.07    0.061

10%硫酸    9.44    9.44    2.14    2.34    0.64    0.35    0.503

10%碳酸氢钠    1.06    1.06    0.609    0.344    0.10    0.07    0.055

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-276

7%硫酸    破坏    0.67

3%盐酸       

1%CuCl2       

1%FeCl3       

由上表可见，C-276合金对混合的具有***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***环境中，甚至在强酸低PH值情况下。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

典型316    27    2.5

AL-6XN    113    45

Inconel625    113    45

C-276    140    60

C-276合金中高含量的Ni和Mo使其对***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***离子溶液中的应力腐蚀断裂试验情况。