2016-03-03 10:22:27

　　哈氏合金國際公司

　　（Haynes International,Inc.）

　　公司前身的Haynes Stellite Work 哈氏合金(哈茨鈷鉻鎢廠)成立于1921年美國印度安那州 Kokomo，它有91年的歷史，在90多年的生產(chǎn)0多年的生產(chǎn)和研究，在高合金領(lǐng)域排名世界第一。

　　Haynes 注重產(chǎn)品生產(chǎn)開發(fā)的國際公司。

　　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)量耐腐蝕、耐高溫鎳鈷合金的開發(fā)和生產(chǎn)。同時，公司的專家和技術(shù)人員在全球范圍內(nèi)提供進(jìn)一步的客戶服務(wù)和技術(shù)支持。Haynes公司的服務(wù)中心和分支機(jī)構(gòu)可及時為客戶提供板材、棒材、管材、管材、鍛件、法蘭及連接件等。

　　哈氏合金

　　(Hastelloy alloy) 目前哈氏合金主要分為鎳基合金B(yǎng)、C、G鐵基主要用于三個系列Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等不能使用的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)已廣泛應(yīng)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鐵基主要用于三個系列Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不能使用的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)，如不銹鋼和非金屬材料。

　　哈氏合金牌號

　　為了提高哈氏合金的耐腐蝕性和冷熱加工性能，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)

　　目前第二代材料應(yīng)用最廣泛N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N06455(C-4)和N06985(G-3)。

　　二、典型的哈氏合金化學(xué)成分

　　材料的化學(xué)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、力學(xué)性能

　　哈氏合金的力學(xué)性能非常突出，它具有強(qiáng)度高、韌性高、加工難度大、應(yīng)變硬化傾向強(qiáng)的特點(diǎn)。變形率達(dá)到15%時，約為18-8不銹鋼的兩倍。變形率達(dá)到15%時，約為18-8不銹鋼的兩倍。隨著變形率的增加，哈氏合金仍有中溫敏化區(qū)。哈氏合金在高溫下容易吸收有害元素，降低其機(jī)械性能和耐腐蝕性。

　　材料的力學(xué)性能

　　常用的哈氏合金

　　1：Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)

　　耐蝕性能

　　哈氏B-碳含量和硅含量極低Ni-Mo合金減少了碳化物等相在焊縫和熱影響區(qū)的沉淀，確保即使在焊接狀態(tài)下也具有良好的耐腐蝕性。

　　哈氏B-2合金在各種還原介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，能承受任何溫度和鹽酸濃度的耐腐蝕性。

　　哈氏B-2合金在各種還原介質(zhì)中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，能承受任何溫度和鹽酸濃度的耐腐蝕性。當(dāng)非氧化硫酸、磷酸、高溫醋酸、甲酸等有機(jī)酸、溴酸和氯化氫具有優(yōu)異的耐腐蝕性時，也能抵抗鹵素催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常用于鹽酸蒸餾和濃縮等各種苛刻的石化工藝；乙苯烷基化和低壓堿合成醋酸。

　　但在哈氏B-在合金多年的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn):(1)哈氏B-對晶間腐蝕性能影響較大的兩個敏化區(qū)：1200~1300℃550~900的高溫區(qū)℃哈氏B-由于枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界沉淀在合金焊縫金屬和熱影響區(qū)，使其對晶間腐蝕更加敏感；(3)哈氏B-2合金溫度穩(wěn)定性差。當(dāng)哈氏B-當(dāng)合金中的鐵含量降至2%以下時，合金對β相（即Ni4Mo相，一種有序的金屬間化合物)變化敏感。650~750合金℃在溫度范圍內(nèi)停留時間稍長，β瞬間生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韌性使其對應(yīng)力腐蝕敏感，甚至導(dǎo)致哈氏B-在原材料生產(chǎn)(如熱軋)和設(shè)備制造過程中(如哈氏)合金B(yǎng)-焊接合金設(shè)備焊接后的整體熱處理B-2合金設(shè)備在服務(wù)環(huán)境中開裂。如今，中國和世界各國指定的哈氏B-常壓沸騰鹽酸法是合金抗晶間腐蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，評價方法為失重法。因?yàn)楣螧-2合金是一種耐鹽酸腐蝕的合金，因此常壓沸騰鹽酸法檢測哈氏B-2合金晶間腐蝕傾向相當(dāng)不敏感。國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)采用高溫鹽酸法B-2合金研究發(fā)現(xiàn)：哈氏：B-合金的耐腐蝕性不僅取決于其化學(xué)成分，還取決于其熱處理的控制過程。當(dāng)熱加工工藝控制不當(dāng)時，哈氏B-2合金不僅晶粒生長，而且淀水也很高M(jìn)o的σ此時，哈氏B-粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約為2倍。

　　物理性能

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

　　化學(xué)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

　　制造和熱處理

　　加熱

　　對于哈氏B-2合金來說，在加熱前和加熱過程中保持表面清潔并遠(yuǎn)離污染物是非常重要的。如果哈氏B-在含硫、磷、鉛或其它低熔點(diǎn)金屬污染物的環(huán)境中加熱合金，

　　哈氏合金鑄件

　　這些污染物的來源主要包括標(biāo)記筆痕跡、溫度指示漆、油脂、液體和煙氣。這種煙氣必須含硫量低；比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/m三、燃料油硫含量不超過0.5%合格。這種煙氣必須含硫量低；比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/m三、燃料油硫含量不超過0.5%合格。

　　加熱爐的氣體環(huán)境要求為中性環(huán)境或輕還原環(huán)境，不能在氧化還原之間波動。爐內(nèi)火焰不能直接影響哈氏族B-2合金。同時，材料應(yīng)以最快的加熱速度加熱到所需的溫度，即加熱爐的溫度應(yīng)上升到所需的溫度，然后放入爐中加熱。

　　熱加工

　　哈氏B-900~1160合金℃熱加工應(yīng)在范圍內(nèi)進(jìn)行，加工后應(yīng)用水淬火。熱加工后應(yīng)退火，以保證最佳耐腐蝕性。

　　冷加工

　　冷加工加工B-合金必須固溶。成型設(shè)備應(yīng)仔細(xì)考慮，因?yàn)槠浼庸び不蔬h(yuǎn)高于奧氏體不銹鋼。若實(shí)施冷成型工藝，則需進(jìn)行等級退火。冷加工變形超過15%時，使用前應(yīng)固溶。

　　熱處理

　　固溶熱處理溫度應(yīng)控制在1060~1080℃水冷淬火或材料厚度為1.5mm為了獲得最佳的耐腐蝕性，可以快速冷卻。在任何加熱操作過程中，操作過程中提前清潔。哈氏合金材料或設(shè)備部件在熱處理中應(yīng)注意以下問題：不銹鋼加固環(huán)應(yīng)用于防止設(shè)備部件熱處理變形；嚴(yán)格控制裝載溫度、加熱和冷卻時間；裝載前，預(yù)處理熱處理件，防止熱裂紋；熱處理后，熱處理件應(yīng)為100%PT；熱處理過程中發(fā)生熱裂紋，經(jīng)打磨消除后需要補(bǔ)焊的，應(yīng)采用專用補(bǔ)焊工藝。

　　除垢

　　哈氏B-磨削合金表面的氧化物和焊縫附近的污漬。

　　由于哈氏B-2合金對氧化介質(zhì)敏感，因此在酸洗過程中會產(chǎn)生更多的氮?dú)狻?/p>

　　機(jī)加工

　　哈氏B-2合金應(yīng)在退火狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械加工，并對其加工硬化有清晰的認(rèn)識。例如，與標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼相比，表面切割速度慢，表面硬化層進(jìn)料量大，刀具應(yīng)連續(xù)工作。

　　焊接

　　哈氏B-合金焊縫金屬和熱影響區(qū)容易沉淀β相而導(dǎo)致貧Mo，因此，哈氏容易產(chǎn)生晶間腐蝕B-2合金焊接工藝應(yīng)謹(jǐn)慎制定，嚴(yán)格控制。

　　一般焊接工藝如下：焊料的選擇ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于1200℃；焊絲直徑φ2.4、φ3.2.焊接電流90~150A。同時，焊絲、焊接件坡口及相鄰部位應(yīng)進(jìn)行去污脫脂。

　　哈氏B-2合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)遠(yuǎn)小于鋼。如果選擇單V坡口，坡口角度應(yīng)為70°熱輸入量較低。焊后熱處理可消除殘余應(yīng)力，提高抗應(yīng)力腐蝕斷裂性能。

　　2： Hastelloy C-276合金(哈氏C-276合金)

　　耐蝕性能

　　哈氏C-276合金屬于鎳鉬鉻鐵鎢鎳基合金。它是現(xiàn)代金屬材料中最耐腐蝕的。耐濕氯、各種氧化氯、氯化鹽溶液、硫酸和氧化鹽在低溫和中溫鹽酸中具有良好的耐腐蝕性。因此，近30年來，廣泛應(yīng)用于化工、石化、煙氣脫硫、紙漿、造紙、環(huán)保等惡劣腐蝕環(huán)境。

　　哈氏C-276合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)都是典型的，但不能作為規(guī)范，特別是在不明環(huán)境中，必須經(jīng)過試驗(yàn)才能選材。哈氏C-276合金不夠Cr熱濃硝酸等耐強(qiáng)氧化環(huán)境的腐蝕。該合金的產(chǎn)生主要針對化工環(huán)境，特別是在混合酸的情況下，如煙氣脫硫系統(tǒng)的出口管。下表是四種合金在不同環(huán)境下的腐蝕比較試驗(yàn)。(所有焊接樣品均采用自熔鎢極氬弧焊)

　　四種金屬在不同環(huán)境下的腐蝕對比試驗(yàn)

　　試驗(yàn)環(huán)境 （沸騰） 腐蝕率 （毫米/）

　　典型316 AL-6XN Inconel625 C-276

　　哈氏合金鑄件

　　基本 金屬試樣 焊接 試 樣 基本 金屬 試樣 焊接 試 樣 基本 金屬 試樣 基本 金屬 試樣 焊接 試 樣

　　20%醋酸 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006

　　45%蟻酸 0.277 0.262 0.116 0.142 0.13 0.07 0.049

　　10%草酸 1.02 0.991 0.277 0.274 0.15 0.29 0.259

　　20%磷酸 0.177 0.155 0.007 0.006 0.001 0.001 0.0006

　　10%氨基磺酸 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.07 0.061

　　10%硫酸 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.50

　　3

　　10%碳酸氫鈉 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.07 0.055

　　哈氏C-在這種環(huán)境下，276合金可用作燃煤系統(tǒng)的煙氣脫硫部件C-276是最耐腐蝕的材料。下表是C-276合金和典型的316腐蝕對比試驗(yàn)在煙氣模擬系統(tǒng)綠色死亡溶液中。

　　綠色死亡溶液在腐蝕對比試驗(yàn)中

　　綠色死亡溶液 （沸騰） 腐蝕率 (mm/a)

　　典型316 C-276

　　7%硫酸 破壞 0.67

　　3%鹽酸

　　1%CuCl2

　　1?Cl3

　　從上表可以看出，C-合金對氯離子酸鹽溶液具有良好的耐腐蝕性。

　　哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點(diǎn)蝕性和間隙腐蝕性大大提高。

　　哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點(diǎn)蝕性和間隙腐蝕性大大提高。C-因此，276合金在海水環(huán)境中被認(rèn)為是惰性的C-276廣泛應(yīng)用于海洋、鹽水和高氯環(huán)境，甚至強(qiáng)酸和低氯環(huán)境PH值情況下。下表Cl3(按ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48執(zhí)行)溶液中間隙腐蝕的比較。

　　間隙腐蝕

　　合金 間隙腐蝕產(chǎn)生溫度

　　°F °C

　　典型316 27 2.5

　　AL-6XN 113 45

　　Inconel625 113 45

　　C-276 140 60

　　C-276合金含量高Ni和Mo對氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂也有很強(qiáng)的抵抗力，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)。

　　氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)

　　試驗(yàn)溶液 彎曲U型樣品試驗(yàn)時間（Hours）和試驗(yàn)結(jié)果

　　典型316 AL-6XN Inconel 625 C-276

　　42%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)

　　哈氏合金管

　　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, 彈性模量：205Gpa(21℃)

　　三、機(jī)械性能

　　典型的C-如下表所示，276合金的拉伸試驗(yàn)結(jié)果為1150℃水急冷退火。

　　力學(xué)性能試驗(yàn)值

　　溫 度 (℃) 屈服強(qiáng)度σ0.2 (Mpa) 抗拉強(qiáng)度σb (Mpa) 延伸率δ5 （%）

　　-196 565 965 45

　　-101 480 895 50

　　21 415 790 50

　　93 380 725 50

　　204 345 710 50

　　316 315 675 55

　　427 290 655 60

　　538 270 640 60

　　對C-冷變形加工276合金會增加其強(qiáng)度。沖擊試驗(yàn)時，V10采用形槽沖擊樣品mm厚板(板應(yīng)退火)，如果樣品是焊接樣品，則在相同的溫度范圍內(nèi)，由于焊縫，會表現(xiàn)出一定的靈活性。沖擊試驗(yàn)時，V10采用形槽沖擊樣品mm厚板（板應(yīng)退火），如果樣品是焊接樣品，則在相同的溫度范圍內(nèi)，由于焊縫，會表現(xiàn)出一定的靈活性。板沖擊試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

　　試驗(yàn)溫度（℃） V形槽試樣沖擊功（J）

　　-196 245

　　21 325

　　200 325

　　C-276合金與普通奧氏體不銹鋼具有相似的成型性能。但由于其強(qiáng)度大于普通奧氏體不銹鋼，在冷成型過程中應(yīng)力較大。此外，該材料的加工硬化速度遠(yuǎn)快于普通不銹鋼，因此在廣泛的冷成型過程中，應(yīng)采用中途退火處理。

　　四、焊接及熱處理

　　C-276合金的焊接性能與普通奧氏體不銹鋼相似C-焊接前必須采取措施，盡量減少焊縫和熱影響區(qū)的耐腐蝕性，如鎢極氣體保護(hù)焊接（GTAW）、金屬極氣體保護(hù)焊（GMAW）、埋弧焊或其他焊接方法可以最大限度地降低焊縫和熱影響區(qū)的耐腐蝕性。但不適用于氧炔焊等可能增加材料焊縫和熱影響區(qū)碳含量或硅含量的焊接方法。

　　可參考焊接接頭形式的選擇ASME與壓力容器標(biāo)準(zhǔn)相比C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗(yàn)。

　　焊接坡口最好采用機(jī)械加工方法，但機(jī)械加工會帶來加工硬化，所以焊接前需要對加工坡口進(jìn)行拋光。

　　焊接時應(yīng)采用適當(dāng)?shù)臒彷斎胨俣?，以防止熱裂紋。

　　在絕大多數(shù)腐蝕環(huán)境下，C-可采用焊接件的形式。但在非常惡劣的環(huán)境中，C-為了獲得最佳的耐腐蝕性，熱處理，以獲得最佳的耐腐蝕性。

　　C-焊接276合金可選用自己的焊接材料或填料金屬。如要求在C-在276焊縫中添加一些成分，如其他鎳基合金或不銹鋼。當(dāng)這些焊縫暴露在腐蝕環(huán)境中時，焊條或焊絲需要與母金屬具有相同的耐腐蝕性。

　　哈氏C-固溶熱處理276合金材料包括兩個過程:(1)1040℃~1150℃加熱；(2)兩分鐘內(nèi)迅速冷卻至黑色(400)℃處理后的材料具有良好的耐腐蝕性。所以只對哈氏C-276合金消應(yīng)力熱處理無效。在熱處理過程中，應(yīng)清理合金表面的油污等可能產(chǎn)生碳的污垢。

　　C-焊接或熱處理時，276合金表面會產(chǎn)生氧化物，使合金中的氧化物Cr降低含量，影響耐腐蝕性，應(yīng)清潔表面?？捎貌讳P鋼絲刷或砂輪浸泡在適當(dāng)比例的硝酸和氫氟酸混合物中酸洗，最后用清水沖洗。

　　哈氏合金開發(fā)過程

　　哈氏合金來自Hastelloy，從哈氏B合金開始，應(yīng)用于飛機(jī)火箭噴嘴；隨后，哈氏C合金在化工、石化、核能工業(yè)和制藥行業(yè)得到應(yīng)用和推廣；隨后，隨著噴氣飛機(jī)行業(yè)的快速增長，哈氏X合金具有優(yōu)異的耐高溫性。

　　由于早期的哈氏合金B(yǎng),哈氏合金C,焊接后需要固溶，否則焊接熱影響區(qū)的耐腐蝕性會大大降低；因此，上述合金已逐步改進(jìn)或不再使用；

　　影響上述材料焊接性能的關(guān)鍵原因是C,Si由于精煉技術(shù)的出現(xiàn)和改進(jìn)，哈氏合金焊接問題得到了改善，因此，哈氏B系列和哈氏C系列合金正在推廣和使用。不幸的是，許多哈氏合金的生產(chǎn)和推廣單位取代了后來改進(jìn)的哈氏合金，這并沒有減少C,Si相反，含量回到了以前的高度Si,高C含量；推廣特殊鋼材還有很長的路要走。

　　4.哈氏B系列耐還原介質(zhì)合金在哈氏B品牌的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)重點(diǎn)極低C,Si內(nèi)容提高了焊接區(qū)域的性能，進(jìn)一步提高了合金思維，采用了純鋼水思維，使哈氏合金B(yǎng)系列出現(xiàn)B-2,哈氏B-3,哈氏B-哈氏B-2合金在一定程度上解決了焊接區(qū)域性能問題；B-3解決了哈氏B-2容易析出Ni-Mo沉淀硬化的缺點(diǎn)大大提高了熱加工和冷加工的性能。

　　5.恢復(fù)環(huán)境應(yīng)用材料哈氏B系列改進(jìn)工藝；哈氏C系列合金在氧化還原復(fù)合環(huán)境中也在不斷改善，包括哈氏C系列合金C276合金較低C,Si焊接區(qū)域的性能有一定程度的提高，但仍不滿意，加工性能沒有提高；哈氏C22材料完全解決了焊接區(qū)域的耐腐蝕性和加工性能問題，主要是基于材料成本不增加，所以哈氏C22材料是哈氏C系列中性價比最高的材料，未來會有更多的應(yīng)用；新開發(fā)的哈氏C合金中加入了2000種材料Cu,這擴(kuò)大了哈氏C合金在還原環(huán)境中的腐蝕能力，為新工藝試生產(chǎn)提供了更安全的使用和更高的設(shè)備壽命要求。

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