哈氏合金(Hastelloy C-276)

前段時(shí)間，有客戶需要哈氏合金D系列，所以上海墨鉅整理出一份哈氏合金的市場(chǎng)常用合金牌號(hào)及各自的成分性能，歡迎大家轉(zhuǎn)載分享。

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。

哈氏合金牌號(hào)Hastelloy C-276

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(xué)成分

材料的化學(xué)成分

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)變硬化傾向極強(qiáng)，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。三、力學(xué)性能

材料的力學(xué)性能

四、常用哈氏合金

1：HastelloyB-2alloy(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)指定的有關(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。

二、物理性能

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

三、化學(xué)成分

化學(xué)成分

1：加熱五、制造與熱處理

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)要以最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。

2：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。為了確保有最好的耐蝕性能，熱加工過(guò)后應(yīng)該退火。

3：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最好的耐蝕性能。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，要采用專門的補(bǔ)焊工藝。

4：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)。

5：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：HastelloyC-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。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)

“綠色死亡”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)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”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)情況。

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。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。

縫隙腐蝕發(fā)生情況

氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況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。

密度：8.90g/cm3,比熱：425J/kg/k,彈性模量：205Gpa(21℃)二、物理性能

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