哈氏合金元素及性能.doc

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-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+TaN10665 (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℃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、物理性能哈氏 B-2 合金的物理性能如下表所示。

密度：9.2g/cm3, 熔点：1330~1380℃，磁导率：(℃，RT)≤1.001物理性能温度 （℃） 比热 （J/kg-k） 热传导系数 （W/m-k ） 电阻率（μΩcm） 弹性模量 （Gpa） 室温至 T 的热膨胀系数（10-6/K）0 373 137 218 20 377 11.1 137 217 100 389 12.2 138 213 10.3200 406 13.4 138 208 10.8300 423 14.6 139 203 11.1400 431 16.0 139 197 11.4500 444 17.3 141 191 11.6600 456 18.7 146 184 11.8700 176 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（μm）冷轧板带 ≤5 340 380 755 40 250 127热轧板 5~65 214棒 325 370 745 - -管 340 360 755 - -ASTM 标准 350 - 760 241 同上高温下的最小力学性能值产品形式 0.2%屈服强度（ Mpa）℃ 1.0%屈服强度（ Mpa）℃100 200 300 400 100 200 300 400板 315 285 270 255 355 325 310 295管 棒 300 275 255 240 340 315 300 285五、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ERNiMo-7；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。