哈氏合金成分特性介紹

1、1) 美國哈氏合金國際公司 Haynes International,Inc. 公司前身的 Haynes Stellite Work ( 哈茨鈷鉻鎢工廠于 1921 年創(chuàng)立于美國印地安那州 Kokomo ，距今已有 91 年歷史，在九十余 年經(jīng)歷的生產(chǎn)和研究中不斷創(chuàng)新與創(chuàng)造，從而在高合金領(lǐng)域穩(wěn)居世 界首位。Haynes 國際公司注重產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)。主要從事高質(zhì)量 的耐腐蝕和耐高溫鎳 -鈷合金的開發(fā)和生產(chǎn)。同時，公司的專家技術(shù) 人員在全球范圍內(nèi)提供進一步的客戶效勞和技術(shù)支持。 Haynes 公司 的效勞中心及分支機構(gòu)能為客戶及時提供板材、棒材、管材、管材、 鍛件、法蘭和連接件等。(2) 哈氏合

2、金 (Hastelloy alloy) 哈氏合金是鎳基合金的一種，目前主要分為B、C、G 三個系列，它主要用于鐵基 Cr-Ni 或 Cr-Ni-Mo 不銹鋼、非金屬材料等無法使用的強腐蝕性介質(zhì)場合，在 國外已廣泛應用于石油、化工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。哈氏合金 (Hastelloy alloy)一目前主要分為B、C、G三個系列，它主要用于鐵基 Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不 銹鋼、非金屬材料等無法使用的強腐蝕性介質(zhì)場合。哈氏合金牌號 為改善哈氏合金的耐蝕性能和冷、熱加工性能，哈氏合金先后進行了三次重大 改進，其開展過程如下：B 系列：B B-2(00Ni70Mo28) B-3C 系列：C C-276

3、(00Cr16Mo16W4) C -4(00Cr16Mo16) C-22 (00Cr22Mo13W3) C -2000(00Cr20Mo16)G 系列 ： G G-300Cr22Ni48Mo7Cu G-30(00Cr30Ni48Mo7Cu) 目前使用最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、典型哈氏合金化學成分材料的化學成分Ni Cr MoV Cu Nb+TaN10665 (B-2)基< 1.0< 1.0< 0.04N10276 (C-276) 基&

4、lt; 0.08< 2.5< 1.0Fe C Si Co< 1.026.030< 2.0< 0.0314.516.515.0 17.0< 0.04< 0.033.0 4.5Mn P S W< 0.02 < 0.104.07.0< 0.01< 0.035三、力學性能哈氏合金的力學性能非常突出，它具有高強度、高韌性的特點，所以在機加 工方面有一定的難度，而且其應變硬化傾向極強，當變形率到達15% 時，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。當溫度較高時，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學

5、性能和耐腐蝕性 能下降。材料的力學性能四、常用哈氏合金1： Hastelloy B-2 alloy 哈氏 B-2 合金 一、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。眾所周知，哈氏 B-2 合金在各種復原性介質(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、甲酸等有機酸、溴酸以及氯化氫氣體中均有優(yōu)良的 耐蝕性能，同時，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏 B-2 合金通常應用于 多種苛刻的石油、

6、化工過程，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)工藝過程中。但在哈氏 B-2 合金多年的工業(yè)應用中發(fā)現(xiàn)： 1哈氏 B-2 合金存在對抗晶間腐 蝕性能有相當大影響的兩個敏化區(qū)：12001300 C的高溫區(qū)和550900 C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，使其對晶間腐蝕敏感性較大；3哈氏 B-2 合金的中溫熱穩(wěn)定性較差。當哈氏B-2合金中的鐵元素含量降至2%以下時，該合金對B相即 Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物的轉(zhuǎn)變敏感。當合金在650750 C溫度范圍內(nèi)停留時間稍長，B相瞬間生成。B相的存在降低了哈氏B-

7、2合金的韌性， 使其對應力腐蝕變得敏感，甚至會造成哈氏 B-2 合金在原材料生產(chǎn) 如熱軋過程 中 、設(shè)備制造過程中如哈氏 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)境中開裂?，F(xiàn)今，我國和世界各國指定的有關(guān)哈氏 B-2 合金抗晶 間腐蝕性能的標準試驗方法均為常壓沸騰鹽酸法，評定方法為失重法。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哈氏 B-2 合金的 晶間腐蝕傾向相當不敏感。國內(nèi)科研機構(gòu)用高溫鹽酸法對哈氏 B-2 合金進行研 究發(fā)現(xiàn)：哈氏 B-2 合金的耐蝕性能不僅取決于其化學成分，還取決于其熱加工 的控制過程。當熱加工工藝控制不當時，哈氏 B-

8、2 合金不僅晶粒長大，而且晶 間會析出現(xiàn)高Mo的c相，此時，哈氏B-2合金的抗晶間腐蝕的性能明顯下降， 在高溫鹽酸試驗中，粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約一倍左右。二、物理性能密度：9.2g/cm3,熔點：13301380 C,磁導率：C三、化學成分化學成分元素 Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co PS最小 余量 0.4 1.6 26.0五、制造與熱處理1 ：加熱對于哈氏 B-2 合金來說，在加熱前和加熱過程中外表保持清潔并遠離污染物是 十分重要的。如果哈氏 B-2 合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬污染物的 環(huán)境下加熱，那么會變脆，這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、溫

9、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 0. 1% ，城市空氣含硫量不超過 0.25g/m3, 燃料油的含硫量不超過 0.5%即為 合格。對加熱爐的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕復原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和 復原性之間波動。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏 B-2 合金。同時要以最快的 加熱速度把材料加熱到要求到達的溫度，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。2：熱加工哈氏B-2合金可以在9001160 C范圍內(nèi)進行熱加工，加工過后應該以水淬火。為了確保有最好的耐蝕性能，熱加工過后應該退火。3：冷加工冷加工的哈氏 B-2

10、合金必須經(jīng)過固溶處理，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)備要細心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必 要進行級間退火。冷加工變形量超過 15%時，使用前要固溶處理。4：熱處理固溶熱處理溫度要控制在10601080 C之間，之后進行水冷淬火或材料厚度在1.5mm 以上時可以快速空冷以獲得最好的耐蝕性能。在任何加熱操作過程中， 材料的外表清潔均要有預先的防范。哈氏合金材料或設(shè)備部件在進行熱處理時 要注意以下一些問題：為了防止設(shè)備部件熱處理變形，應采用不銹鋼加強環(huán)； 對裝爐溫度、加熱和冷卻時間應嚴格控制；裝爐前，對熱處理件進行預處理， 防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件 10

11、0%PT ；在熱處理過程中如產(chǎn)生熱 裂紋，經(jīng)過打磨消除后需補焊者，要采用專門的補焊工藝。5：除垢哈氏 B-2 合金外表的氧化物和焊縫附近的污點都要以精細的砂輪等打磨干凈。 由于哈氏 B-2 合金對氧化性介質(zhì)比擬敏感，因此酸洗過程中會產(chǎn)生較多的含氮 元素的氣體。6：機加工哈氏 B-2 合金要以退火狀態(tài)進行機加工，對它的加工硬化要有清醒的認識，例 如：相對于標準奧氏體不銹鋼要采用較慢的外表切削速度，對于外表的硬化層 要采用較大的進刀量，并使刀具處于連續(xù)的工作狀態(tài)。7：焊接哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出B相而導致貧Mo，從而易于產(chǎn)生晶間腐蝕，因此，哈氏 B-2 合金的焊接工藝應謹慎制定，

12、嚴格控制。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 C； 焊絲直徑© 2.4 © 3.2;焊接電流90150A。同時，施焊前，焊絲、被焊接件坡 口及相鄰部位應進行去污脫脂處理。哈氏 B-2 合金熱傳導系數(shù)比鋼小得多， 如選用單 V 型坡口，那么坡口角度要在 70° 左右，采用較低的熱輸入量。通過焊后熱處理可以消除剩余應力并改善抗應力 腐蝕斷裂性能。2： Hastelloy C-276 合金哈氏 C-276 合金一、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)代金屬材料中最耐蝕的 一種。

13、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、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 廣泛的應用。哈氏 C-276 合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)是有其典型性的，但是不能用作標準，尤其是 在不明環(huán)境中，必須要經(jīng)過試驗才可以選材。哈氏 C-276 合金中沒有足夠的 Cr 來耐強氧化性環(huán)境的腐蝕，如熱的濃硝酸。這種合金的產(chǎn)生主要是針對化工過 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)境下的腐蝕比照試驗情況。所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊 四種金屬在不同環(huán)

14、境下的腐蝕比照試驗 試驗環(huán)境 沸騰 腐蝕率 毫米 /典型 316 AL-6XN Inconel625 C-276根本 金屬試樣 焊接 試 樣 根本 金屬 試樣 焊接 試 樣 根本 金屬 試樣 根本 金屬 試樣 焊接 試 樣 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 是最 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 的腐蝕比照試驗情況。“綠色死亡 溶液中的腐蝕比照試驗“綠色死亡 溶液 沸騰 腐蝕率 mm/a 典型 316 C-2763%鹽酸 1%CuCl2 1%FeCl3 由上表可見， C-276 合金對混合的具有

15、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 的參加將 C-276 合金的耐點蝕和縫隙腐蝕的能 力大大提高。 C-276 合金在海水環(huán)境中被認為是惰性的，所以 C-276 被廣泛地 應用在海洋、鹽水和高氯環(huán)境中， 甚至在強酸低 PH 值情況下。 下表是四種金屬 在 6%FeCl3 按 ASTM 標準 G-48 執(zhí)行 溶液中發(fā)生縫隙腐蝕的比照情況。 縫隙腐蝕發(fā)生情況 合金 縫隙腐蝕發(fā)生溫度°F°CAL-6XN 113 45 Inconel625 113 45C-276 140 60C-276 合金中高含量的 Ni 和 Mo 使其對氯離子應

16、力腐蝕斷裂也有很強的抵抗能 力，下表是四種金屬在不同含氯離子溶液中的應力腐蝕斷裂試驗情況。 氯離子應力腐蝕斷裂試驗情況試驗溶液 彎曲 U 形試樣試驗時間 Hours 和試驗結(jié)果 典型 316 AL-6XN Inconel 625 C-27642%MgCl2 沸騰 失敗24 小時兼有1000 小時抵抗1000 小時抵抗 1000 小時33%LiCl 沸騰 失敗100 小時 抵抗1000 小時抵抗1000 小時 抵抗 1000 小時26%NaCl 沸騰 失敗300 小時抵抗1000 小時 抵抗1000 小時抵抗 1000 小時二、物理性能密度：8.90g/cm3, 比熱：425J/kg/k,彈性模

17、量：205Gpa21 C三、機械性能典型的C-276合金的拉力試驗結(jié)果如下表所示，其材料是在1150 C退火，并以水急冷。力學性能試驗值溫度(C )屈服強度T 0.2Mpa抗拉強度7 b(Mpa)延伸率S 5 % -19656596545-101480895502141579050933807255020434571050316315675554272906556053827064060對 C-276 合金進行冷變形加工會使其強度增加。在對其進行沖擊試驗時，V形槽沖擊試樣采用 10mm 厚的板材板材要經(jīng)過退火處理，如果試樣是采用焊 接的試樣，那么在同樣的溫度范圍，它會顯示出一定的柔韌性，這是因

18、為焊縫的 原因。板材沖擊試驗結(jié)果如下表所示。試驗溫度CV形槽試樣沖擊功J-19624521325200325C-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 鋼的強度要大，所以，在冷成形加工過程中會有更大應力。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 C-276 焊接之前，必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降最小，如鎢 極氣體保護焊GTAW、金屬極氣體保護焊GMAW、埋弧焊或其他一些 可以使焊縫及熱影響區(qū)抗腐蝕性能下降最小的焊接方法。但對于諸如氧炔焊等 有可能增加材料焊縫及