哈氏金屬

2010年10月19日 14:17:06人氣：1345來(lái)源：安榮信科技（北京）有限公司

哈氏合金

　　（Hasloy alloy）

　　哈氏合金是鎳基合金的一種，目前主要分為B、C、G三個(gè)系列，它主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等無(wú)法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。

　　哈氏合金（Hasloy alloy）

　　一．目前主要分為B、C、G三個(gè)系列，它主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等無(wú)法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合。

　　哈氏合號(hào)

　　為改善哈氏合金的耐蝕性能和冷、熱加工性能，哈氏合金先后進(jìn)行了三次重大改進(jìn)，其發(fā)展過(guò)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zui廣泛的是第二代材料N10665（B-2）、N10276（C-276）、N06022（C-22）、N06455（C-4）和N06985（G-3）。

　　二、

典型哈氏合金化學(xué)成分

　　材料的化學(xué)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

　　N10276 （C-276）基 14.5~16.5 15.0~ 17.0 4.0~7.0 ≤0.01 ≤0.08 ≤2.5 ≤1.0 ≤0.04 ≤0.03 3.0~ 4.5 ≤0.035

　　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、

力學(xué)性能

　　哈氏合金的力學(xué)性能非常突出，它具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，所以在機(jī)加工方面有一定的難度，而且其應(yīng)變硬化傾向*，當(dāng)變形率達(dá)到15%時(shí)，約為18-8不銹鋼的兩倍。哈氏合金還存在中溫敏化區(qū)，其敏化傾向隨變形率的增加而增大。當(dāng)溫度較高時(shí)，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學(xué)性能和耐腐蝕性能下降。

材料的力學(xué)性能

常用哈氏合金

　　1：Hasloy B-2 alloy（哈氏B-2合金）

耐蝕性能

　　哈氏B-2合金是一種有極低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它減少了在焊縫及熱影響區(qū)碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態(tài)下也有良好的耐蝕性能。

*，哈氏B-2合金在各種還原性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能耐常壓下任何溫度，任何濃度鹽酸的腐蝕。在不充氣的中等濃度的非氧化性硫酸、各種濃度磷酸、高溫醋酸、甲酸等有機(jī)酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優(yōu)良的耐蝕性能，同時(shí)，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應(yīng)用于多種苛刻的石油、化工過(guò)程，如鹽酸的蒸餾，濃縮；乙苯的烷基化和低壓羰基合成醋酸等生產(chǎn)工藝過(guò)程中。

　　但在哈氏B-2合金多年的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)：（1）哈氏B-2合金存在對(duì)抗晶間腐蝕性能有相當(dāng)大影響的兩個(gè)敏化區(qū)：1200~1300℃的高溫區(qū)和550~900℃的中溫區(qū)；（2）哈氏B-2合金的焊縫金屬及熱影響區(qū)由于枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界析出，使其對(duì)晶間腐蝕敏感性較大；（3）哈氏B-2合金的中溫?zé)岱€(wěn)定性較差。當(dāng)哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時(shí)，該合金對(duì)β相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物）的轉(zhuǎn)變敏感。當(dāng)合金在650~750℃溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間稍長(zhǎng)，β相瞬間生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韌性，使其對(duì)應(yīng)力腐蝕變得敏感，甚至?xí)斐晒螧-2合金在原材料生產(chǎn)（如熱軋過(guò)程中）、設(shè)備制造過(guò)程中（如哈氏B-2合金設(shè)備焊后整體熱處理）及哈氏B-2合金設(shè)備在服役環(huán)境中開(kāi)裂。現(xiàn)今，我國(guó)和世界各國(guó)的有關(guān)哈氏B-2合金抗晶間腐蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法均為常壓沸騰鹽酸法，評(píng)定方法為失重法。由于哈氏B-2合金是抗鹽酸腐蝕的合金，因此，常壓沸騰鹽酸法檢驗(yàn)哈氏B-2合金的晶間腐蝕傾向相當(dāng)不敏感。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)用高溫鹽酸法對(duì)哈氏B-2合金進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：哈氏B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學(xué)成分，還取決于其熱加工的控制過(guò)程。當(dāng)熱加工工藝控制不當(dāng)時(shí)，哈氏B-2合金不僅晶粒長(zhǎng)大，而且晶間會(huì)析出現(xiàn)高M(jìn)o的σ相，此時(shí)，哈氏B-2合金的抗晶間腐蝕的性能明顯下降，在高溫鹽酸試驗(yàn)中，粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約一倍左右。

物理性能

　　密度：9.2g/cm3, 熔點(diǎn)：1330~1380℃，磁導(dǎo)率：（℃，RT）≤1.001

化學(xué)成分

　　元素 Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co P S

　　zui小余量 0.4 1.6 26.0

　　zui大 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0.02 0.010

制造與熱處理

加熱

　　對(duì)于哈氏B-2合金來(lái)說(shuō)，在加熱前和加熱過(guò)程中表面保持清潔并遠(yuǎn)離污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點(diǎn)金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會(huì)變脆，這些污染物的來(lái)源主要包括標(biāo)記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過(guò)0.1%，城市空氣含硫量不超過(guò)0.25g/m3,燃料油的含硫量不超過(guò)0.5%即為合格。

　　對(duì)加熱爐的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕還原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動(dòng)。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時(shí)要以zui快的加熱速度把材料加熱到要求達(dá)到的溫度，即要求首先要把加熱爐的溫度上升到要求溫度，再把材料放入爐中加熱。

熱加工

　　哈氏B-2合金可以在900~1160℃范圍內(nèi)進(jìn)行熱加工，加工過(guò)后應(yīng)該以水淬火。為了確保有的耐蝕性能，熱加工過(guò)后應(yīng)該退火。

冷加工

　　冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)過(guò)固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設(shè)備要細(xì)心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進(jìn)行級(jí)間退火。冷加工變形量超過(guò)15%時(shí)，使用前要固溶處理。

熱處理

　　固溶熱處理溫度要控制在1060~1080℃之間，之后進(jìn)行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時(shí)可以快速空冷以獲得的耐蝕性能。在任何加熱操作過(guò)程中，材料的表面清潔均要有預(yù)先的防范。哈氏合金材料或設(shè)備部件在進(jìn)行熱處理時(shí)要注意以下一些問(wèn)題：為了防止設(shè)備部件熱處理變形，應(yīng)采用不銹鋼加強(qiáng)環(huán)；對(duì)裝爐溫度、加熱和冷卻時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制；裝爐前，對(duì)熱處理件進(jìn)行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對(duì)熱處理件100%PT；在熱處理過(guò)程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過(guò)打磨消除后需補(bǔ)焊者，要采用專(zhuān)門(mén)的補(bǔ)焊工藝。

除垢

　　哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點(diǎn)都要以精細(xì)的砂輪等打磨干凈。

　　由于哈氏B-2合金對(duì)氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體。

機(jī)加工

　　哈氏B-2合金要以退火狀態(tài)進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)它的加工硬化要有清醒的認(rèn)識(shí)，例如：相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對(duì)于表面的硬化層要采用較大的進(jìn)刀量，并使刀具處于連續(xù)的工作狀態(tài)。

焊接

　　哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出β相而導(dǎo)致貧Mo，從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應(yīng)謹(jǐn)慎制定，嚴(yán)格控制。一般焊接工藝如下：焊材選用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于120℃；焊絲直徑φ2.4、φ3.2；焊接電流90~150A。同時(shí)，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應(yīng)進(jìn)行去污脫脂處理。

　　哈氏B-2合金熱傳導(dǎo)系數(shù)比鋼小得多，如選用單V型坡口，則坡口角度要在70°左右，采用較低的熱輸入量。通過(guò)焊后熱處理可以消除殘余應(yīng)力并改善抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能。

　　2： Hasloy C-276合金（哈氏C-276合金）

耐蝕性能

　　哈氏C-276合金屬于鎳-鉬-鉻-鐵-鎢系鎳基合金。它是現(xiàn)代金屬材料中zui耐蝕的一種。主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。因此，近三十年以來(lái)、在苛刻的腐蝕環(huán)境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。

　　哈氏C-276合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)是有其典型性的，但是不能用作規(guī)范，尤其是在不明環(huán)境中，必須要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)才可以選材。哈氏C-276合金中沒(méi)有足夠的Cr來(lái)耐強(qiáng)氧化性環(huán)境的腐蝕，如熱的濃硝酸。這種合金的產(chǎn)生主要是針對(duì)化工過(guò)程環(huán)境，尤其是存在混酸的情況下，如煙氣脫硫系統(tǒng)的出料管等。下表是四種合金在不同環(huán)境下的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)情況。（所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊）

四種金屬在不同環(huán)境下的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)

　　試驗(yàn)環(huán)境（沸騰）腐蝕率（毫米/）

　　典型316 AL-6XN Inconel625 C-276

基本金屬試樣焊接試樣基本金屬試樣焊接試樣

　　20%醋酸 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006

　　45%蟻酸 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%* 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統(tǒng)的煙氣脫硫部件，在這種環(huán)境下C-276是zui耐蝕的材料。下表是C-276合金和典型316在煙氣模擬系統(tǒng)“綠色死亡”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)情況。

　　“綠色死亡”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)

　　“綠色死亡”溶液（沸騰）腐蝕率（mm/a）

　　典型316 C-276

　　7%硫酸破壞 0.67

　　3%鹽酸

　　1%CuCl2

　　1%FeCl3

　　由上表可見(jiàn)，C-276合金對(duì)混合的具有氯離子的酸、鹽溶液有很好的耐蝕性能。

　　哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力大大提高。C-276合金在海水環(huán)境中被認(rèn)為是惰性的，所以C-276被廣泛地應(yīng)用在海洋、鹽水和高氯環(huán)境中，甚至在強(qiáng)酸低PH值情況下。下表是四種金屬在6%FeCl3（按ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48執(zhí)行）溶液中發(fā)生縫隙腐蝕的對(duì)比情況。

縫隙腐蝕發(fā)生情況

　　合金縫隙腐蝕發(fā)生溫度

　　°F °C

　　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使其對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂也有很強(qiáng)的抵抗能力，下表是四種金屬在不同含氯離子溶液中的應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況。

氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況

　　試驗(yàn)溶液彎曲U形試樣試驗(yàn)時(shí)間（Hours）和試驗(yàn)結(jié)果

　　典型316 AL-6XN Inconel 625 C-276

　　42%MgCl2（沸騰）失敗（24小時(shí)）兼有（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）

　　33%LiCl（沸騰）失?。?00小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）

哈氏合金管

抵抗（1000小時(shí)）

　　26%NaCl（沸騰）失?。?00小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）

　　二、物理性能

　　密度：8.90g/cm3, 比熱：425J/kg/k, 彈性模量：205Gpa（21℃）

　　三、機(jī)械性能

　　典型的C-276合金的拉力試驗(yàn)結(jié)果如下表所示，其材料是在1150℃退火，并以水急冷。

　　力學(xué)性能試驗(yàn)值

　　溫度（℃）屈服強(qiáng)度σ0.2 （Mpa）抗拉強(qiáng)度σb （Mpa）延伸率δ5 （%）

　　-196 565 965 45

　　-101 480 895 50

　　21 415 790 50

　　93 380 725 50

　　204 345 710 50

　　316 315 675 55

　　427 290 655 60

　　538 270 640 60

　　對(duì)C-276合金進(jìn)行冷變形加工會(huì)使其強(qiáng)度增加。在對(duì)其進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，V形槽沖擊試樣采用10mm厚的板材（板材要經(jīng)過(guò)退火處理），如果試樣是采用焊接的試樣，則在同樣的溫度范圍，它會(huì)顯示出一定的柔韌性，這是因?yàn)楹缚p的原因。板材沖擊試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

試驗(yàn)溫度（℃） V形槽試樣沖擊功（J）

　　-196 245

　　21 325

　　200 325

　　C-276合金和普通奧氏體不銹鋼有相似的成形性能。但由于其比普通奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度要大，所以，在冷成形加工過(guò)程中會(huì)有更大應(yīng)力。此外，這種材料的加工硬化速度比普通不銹鋼快得多，因此在有廣泛冷成形加工過(guò)程中，要采取中途退火處理。

　　四、焊接及熱處理

　　C-276合金的焊接性能和普通奧氏體不銹鋼相似，在使用一種焊接方法對(duì)C-276焊接之前，必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降z(mì)ui小，如鎢極氣體保護(hù)焊（GTAW）、金屬極氣體保護(hù)焊（GMAW）、埋弧焊或其他一些可以使焊縫及熱影響區(qū)抗腐蝕性能下降z(mì)ui小的焊接方法。但對(duì)于諸如氧炔焊等有可能增加材料焊縫及熱影響區(qū)含碳量或含硅量的焊接方法是不適合采用的。

　　關(guān)于焊接接頭形式的選擇，可以參照ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范對(duì)C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗(yàn)。

　　焊接坡口采用機(jī)械加工的方法，但是機(jī)械加工會(huì)帶來(lái)加工硬化，所以對(duì)機(jī)械加工的坡口處進(jìn)行焊接前打磨是必要的。

　　焊接時(shí)要采用適宜的熱輸入速度，以防止熱裂紋的產(chǎn)生。

　　在絕大多數(shù)腐蝕環(huán)境下，C-276都能以焊接件的形式應(yīng)用。但在十分苛刻的環(huán)境中，C-276材料及焊接件要進(jìn)行固溶熱處理以獲得的抗腐蝕性能。

　　C-276合金的焊接可以選擇自身作焊接材料或填料金屬。如要求在C-276的焊縫中添加某些成分，象其它鎳基合金或不銹鋼，并且這些焊縫將暴露在腐蝕環(huán)境中時(shí)，那么，焊接所用的焊條或焊絲則要求有和母材金屬耐腐蝕相當(dāng)?shù)男阅堋?

　　哈氏C-276合金材料固溶熱處理包括兩個(gè)過(guò)程：（1）在1040℃~1150℃加熱；（2）在兩分鐘之內(nèi)快速冷卻至黑色狀態(tài)（400℃左右），這樣處理后的材料有很好的耐蝕性能。因此僅對(duì)哈氏C-276合金進(jìn)行消應(yīng)力熱處理是無(wú)效的。在熱處理之前要清理合金表面的油污等可能在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生碳元素的一切污垢。

　　C-276合金表面在焊接或熱處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化物，使合金中的Cr含量降低，影響耐蝕性能，所以要對(duì)其進(jìn)行表面清理。可以使用不銹鋼絲刷或砂輪，接下來(lái)浸入適當(dāng)比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗，zui后用清水沖洗干凈。

關(guān)鍵詞：催化劑

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