特种材料知识简介(哈氏合金(Hastelloy alloy)

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1、特种材料知识简介(哈氏合金(Hastelloy alloy) - 南京斯迈柯特种金属装备 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO.,LTD 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)N10665(B-2)N10675(B-3)N10629(B-4)Ni-Mo盐酸等复原性介质N102

2、76(C-276)N06022(C-22)N06455(C-4)N06059(C-59)Ni-Cr-MoN06007(G)N06985(G-3)N06030(G-30)主要合金元素典型使用场合Ni-Cr-Fe-Mo氧化、复原性兼有的混磷酸、硫酸、硫酸盐等合介质 为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷、热加工性能，哈氏合金先后进展了三次重大改良， 其开展过程如下： 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-300C

3、r22Ni48Mo7Cu 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系列合金的消费和使用迅速下降。 二、典型哈氏合金化学成分 材料的化学成分 N10665 (B-2) N10276 (C-276) N06007 (G-3) Ni 基 Cr Mo Fe

4、 C Si Co Mn P S W V Cu Nb+Ta 1.0 26.030 2.0 0.02 0.10 1.0 1.0 0.04 0.03 15.0 17.0 4.07.0 0.01 0.08 2.5 1.0 0.04 0.03 3.0 4.5 基 14.516.5 0.035 基 21.023.5 6.0 8.0 18.021 0.015 1.0 5.0 1.0 0.04 0.03 1.5 1.52.5 0.50 1 南京斯迈柯特种金属装备 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO.,LTD 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

5、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，当变形率到达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 合金牌号板材标准厚度(mm)4.764.7663.5b(Mpa)7607606906210.2(Mpa)5 (%)40%40%40%40%硬度(HRB)100100100100N10665(B-2)ASTM B333-1998N10276(C-276)ASTM B575-199935035028324163.5N06007(G-3)ASTM

6、B582-19970.5163.5 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合金在各种复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

7、；乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等消费工艺过程中。 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的高温区和550900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温度范围内停留时间稍长，相瞬间生成。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合金在原材料消费

8、(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2 南京斯迈柯特种金属装备 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO.,LTD 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合金进展研究发现：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

9、仅晶粒长大，而且晶间会析出现高Mo的相，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：13301380，磁导率：(，RT)1.001 物理性能 室温至T的热温度 0 20 100 200 300 400 500 600 700 比热 J/kg-k 373 377 389 406 423 431 444 456 热传导系数 W/m-k 11.1 12.2 13.4 14.6 16.0 17.3 18.7 电阻率 cm 137 137 138 13

10、8 139 139 141 146 弹性模量 膨胀系数Gpa 218 217 213 208 203 197 191 184 176 10/K 10.3 10.8 11.1 11.4 11.6 11.8 -6 三、化学成分 化学成分 元素 最小 余量 最大 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0.02 0.010 Ni Cr 0.4 Fe 1.6 C Mn Si Cu Mo 26.0 Co P S 3 南京斯迈柯特种金属装备 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO.,LTD 四、机械性能 哈氏B-2合金的一般机械性能如以下

11、两表所示 室温下的最小力学性能值参考DIN/ASTM标准 尺寸 0.2% 屈从产品形式 (mm) 冷轧板带 热轧板 棒 管 ASTM 标准 350 - 760 241 同上 5 340 565 325 340 370 360 745 40 755 - - - 380 755 250 214 - 强度(Mpa) 强度(Mpa) (Mpa) A5 % HB m 127 1.0%屈从抗拉强度延伸率布氏硬度 晶粒尺寸高温下的最小力学性能值 0.2%屈从强度Mpa 产品形式 100 板 315 管 棒 300 275 255 240 340 315 300 285 285 270 255 355 325

12、 310 295 200 300 400 100 200 300 400 1.0%屈从强度Mpa 五、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外表保持清洁并远离污染物是非常重要的。假如哈氏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，那么会变脆，这些污染物的来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复原性环境，并且不可以在氧化性和复原性之间波动。炉中的火焰不可以直接冲

13、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到达的温度，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9001160范围内进展热加工，加工过后应该以水淬火。为4 南京斯迈柯特种金属装备 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO.,LTD 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。假如执行了冷成形工艺，那么有必要进展级间退火。 冷加工变形量超过15%时，使用前要固溶处理。 4

14、：热处理 固溶热处理温度要控制在10601080之间，之后进展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，材料的外表清洁均要有预先的防范。哈氏合金材料或设备部件在进展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，对热处理件进展预处理，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合金外表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拟

15、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展机加工，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外表切削速度，对于外表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合金的焊接工艺应慎重制定，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2.4、3.2；焊接电流90150A。同时，施焊前，焊丝、被焊接件坡口及相邻部位应进展去污脱脂处理。 哈氏B-2合金热传导系数比钢小得多，如选用单V型坡口，那么坡口角度要在70左右，采用较低的热输入量。 通过焊后热处理可以消除剩余应力并改善抗应力腐蚀断裂性能。 5 第 10 页 共 10 页