哈氏合金知识介绍

yinhu777

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。 　
　一．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。 　　
   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-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)。 　　
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+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。

制造与热处理
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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ERNi-Mo7；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)
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合金中没有足够的Cr来耐强氧化性环境的腐蚀，如热的浓硝酸。这种合金的产生主要是针对化工过程环境，尤其是存在混酸的情况下，如烟气脱硫系统的出料管等。下表是四种合金在不同环境下的腐蚀对比试验情况。(所有焊接试样采用自熔钨极氩弧焊)


哈氏合金发展过程
1、哈氏合金来自Hastelloy，始于哈氏B合金，应用于航空器的火箭喷嘴；随后的哈氏C合金在化工工业，石油化工，核能源工业及制药行业得到应用与推广；紧接着的哈氏X合金表现出了极好的耐高温性能，伴随着喷气式飞机工业的急速增长。 　　2、由于早期的哈氏合金B,哈氏合金C,以及哈氏合金X合金需要焊接后固溶处理，否则，焊接热影响区的耐腐蚀性能会大大降低；所以上述合金已经逐渐被改进或不再使用； 　　3、影响上述材料焊接性能的关键原因在于C,Si含量，由于精炼技术的出现与提高，哈氏合金焊接方面的问题得以改善，于是出现很多现在正在推广使用的改进型的哈氏B系列，哈氏C系列合金等，非常遗憾的是很多哈氏合金的生产与推广单位反而将前期的哈氏合金取代后来改进的哈氏合金，不仅不降低C,Si含量，反而回到以前高Si,高C含量上；特殊钢事业的推广任重道远。 　　4、耐还原性介质的哈氏B系列合金在哈氏B牌号的基础上进行改进，改进的侧重点包括极低的C,Si含量改善焊接区域的性能，进一步合金化思路，纯净化钢水思路的应用等，这样哈氏合金B系列出现哈氏B-2,哈氏B-3,哈氏B-4合金；其中哈氏B-2合金一定程度上解决了焊接区域性能问题；哈氏B-3解决了哈氏B-2容易析出Ni-Mo沉淀硬化的缺点，极大的改善了热加工与冷加工性能。 　　5、还原性环境应用材料哈氏B系列改进过程中；在氧化还原复合环境中的哈氏C系列合金也在持续改进，其中哈氏C276合金由于更低的C,Si含量而一定程度上改进了焊接区域性能问题，但是仍旧不太满意，加上加工性能没能加大改善；而哈氏C22材料较彻底解决了焊接区域的耐腐蚀问题，加工性能问题，更主要是在材料成本不提高的基础上解决的，所以哈氏C22材料是哈氏C系列中性价比最高的材料，以后必将更大批量的应用；而新近开发的哈氏C2000材料在合金中加入了Cu,这拓展了哈氏C合金在还原性环境中的腐蚀能力，为更安全的使用，为更高的设备寿命要求，新工艺试制场合提供了可能。