哈氏合金(Hastelloy alloy)

　　一、引言

　　目前哈氏合金主要分为镍基合金B、C、G铁基主要用于三个系列Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等不能使用的强腐蚀泛应用于石油、化工、环保等领域。其品牌号和典型使用场合如下表所示。

　　为了提高哈氏合金的耐腐蚀性和冷热加工性能，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)

　　目前第二代材料应用最广泛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)正处于推广阶段。由于冶金技术的进步，近年来出现了多个品牌~6%Mo所谓超级不锈钢

　　二、典型的哈氏合金化学成分

　　三、力学性能

　　哈氏合金机械性能突出，强度高，韧性高，加工难度大，应变硬化倾向强。由于冶金技术的进步，近年来出现了多个品牌~6%Mo所谓超级不锈钢

　　二、典型的哈氏合金化学成分

　　三、力学性能

　　哈氏合金机械性能突出，强度高，韧性高，加工难度大，应变硬化倾向强。当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。随着变形率的增加，哈氏合金仍有中温敏化区。哈氏合金在高温下容易吸收有害元素，降低其机械性能和耐腐蚀性。

　　四、常用哈氏合金

　　1：Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)

　　一、耐腐蚀性

　　哈氏B-碳含量和硅含量极低Ni-Mo合金，它减少了碳化物等相的沉淀，从而保证了即使在焊接状态下也具有良好的耐腐蚀性。 哈氏B-2合金在各种还原介质中具有优异的耐腐蚀性，能承受任何温度和盐酸浓度的耐腐蚀性。当非氧化硫酸、磷酸、高温醋酸、甲酸等有机酸、溴酸和氯化氢具有优异的耐腐蚀性时，也能抵抗卤素催化剂的腐蚀。因此，哈氏B-2合金通常用于盐酸蒸馏和浓缩等各种苛刻的石化工艺；乙苯烷基化和低压碱合成醋酸。但在哈氏B-在合金多年的工业应用中发现：

　　（1）哈氏B-对晶间腐蚀性能影响较大的两个敏化区：1200~1300℃550~900的高温区℃的中温区；

　　（2）哈氏B-由于枝晶偏析，金属间相和碳化物沿晶界沉淀在合金焊缝金属和热影响区，使其对晶间腐蚀更敏感；

　　（3）哈氏B-2合金温度稳定性差。当哈氏B-当合金中的铁含量降至2%以下时，合金对β相（即Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物)变化敏感。当哈氏B-当合金中的铁含量降至2%以下时，合金对β相（即Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物)变化敏感。650~750合金℃在温度范围内停留时间稍长，β瞬间生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韧性使其对应力腐蚀敏感，甚至导致哈氏B-在原材料生产(如热轧)和设备制造过程中(如哈氏)合金B-焊接合金设备焊接后的整体热处理B-2合金设备在服务环境中开裂。如今，中国和世界各国指定的哈氏B-常压沸腾盐酸法是合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法，评价方法为失重法。因为哈氏B-2合金是一种耐盐酸腐蚀的合金，因此常压沸腾盐酸法检测哈氏B-2合金晶间腐蚀倾向相当不敏感。国内科研机构采用高温盐酸法B-2合金研究发现：哈氏：B-合金的耐腐蚀性不仅取决于其化学成分，还取决于其热处理的控制过程。当热加工工艺控制不当时，哈氏B-2合金不仅晶粒生长，而且淀水也很高Mo的σ此时，哈氏B-粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约为2倍。

　　二、物理性能

　　哈氏B-合金的物理性能如下表所示。密度：9.2g/cm3, 熔点：1330~1380℃，磁导率：(℃，RT)≤1.001

　　三、化学成分

　　四、机械性能

　　哈氏B-合金的一般机械性能如下表所示 最小机械性能值(参考)室温DIN/ASTM标准）

　　高温下最小机械性能值：图

　　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保持表面清洁并远离污染物是非常重要的。如果哈氏B-在含硫、磷、铅或其它低熔点金属污染物的环境中加热合金会变脆。如果哈氏B-2合金在含硫、磷、铅或其他低熔点金属污染物的环境中加热会变脆。这些污染物的来源主要包括标记笔痕迹、温度指示漆、油脂、液体和烟气。这种烟气必须含硫量低；比如天然气和液化石油气的硫含量不超过0.1%，城市空气的硫含量不超过0.25g/m三、燃料油硫含量不超过0.5%合格。 加热炉的气体环境要求为中性环境或轻还原环境，不能在氧化还原之间波动。炉内火焰不能直接影响哈氏族B-2合金。同时，材料应以最快的加热速度加热到所需的温度，即加热炉的温度应上升到所需的温度，然后放入炉中加热。

　　2：热加工 哈氏B-900~1160合金℃热加工应在范围内进行，加工后应用水淬火。热加工后应退火，以保证最佳耐腐蚀性。

　　3：冷加工 冷加工加工B-合金必须固溶。成型设备应仔细考虑，因为其加工硬化率远高于奥氏体不锈钢。若实施冷成型工艺，则必须进行等级退火。 冷加工变形超过15%时，使用前应固溶。

　　4：热处理 固溶热处理温度应控制在1060~1080℃水冷淬火或材料厚度为1.5mm为了获得最佳的耐腐蚀性，可以快速冷却。在任何加热操作过程中，操作过程中提前清洁。哈氏合金材料或设备部件在热处理中应注意以下问题：不锈钢加固环应用于防止设备部件热处理变形；严格控制装载温度、加热和冷却时间；装载前，预处理热处理件，防止热裂纹；热处理后，热处理件应为100%PT；热处理过程中发生热裂纹，经打磨消除后需要补焊的，应采用专用补焊工艺。

　　5：除垢 哈氏B-磨削合金表面的氧化物和焊缝附近的污渍。 由于哈氏B-2合金对氧化介质敏感，因此在酸洗过程中会产生更多的氮气。

　　6：机加工 哈氏B-2合金应在退火状态下进行机械加工，并对其加工硬化有清晰的认识。例如，与标准奥氏体不锈钢相比，表面切割速度慢，表面硬化层进料量大，刀具应连续工作。

　　7：焊接 哈氏B-合金焊缝金属和热影响区容易沉淀β相而导致贫Mo，因此，哈氏容易产生晶间腐蚀B-2合金焊接工艺应谨慎制定，严格控制。一般焊接工艺如下：焊料的选择ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制层间温度不大于1200℃；焊丝直径φ2.4、φ3.2.焊接电流90~150A。同时，焊丝、焊接件坡口及相邻部位应进行去污脱脂。 哈氏B-2合金的热传导系数远小于钢。如果选择单V坡口，坡口角度应为70°左右，热输入量低。 焊后热处理可消除残余应力，提高抗应力腐蚀断裂性能。

　　2： Hastelloy C-276合金(哈氏C-276合金)

　　一、耐腐蚀性

　　哈氏C-276合金属于镍钼铬铁钨镍基合金。它是现代金属材料中最耐腐蚀的。耐湿氯、各种氧化氯、氯化盐溶液、硫酸和氧化盐在低温和中温盐酸中具有良好的耐腐蚀性。因此，近30年来，广泛应用于化工、石化、烟气脱硫、纸浆、造纸、环保等恶劣腐蚀环境。 哈氏C-276合金的各种腐蚀数据都是典型的，但不能作为标准，特别是在未知的环境中，必须经过测试才能选择材料C-276合金不够Cr热浓硝酸等耐强氧化环境的腐蚀。该合金的产生主要针对化工环境，特别是在混合酸的情况下，如烟气脱硫系统的出口管。下表是四种合金在不同环境下的腐蚀对比 自熔钨极氩弧焊用于试验焊接样品。

　　四种金属在不同环境下的腐蚀对比试验

　　哈氏C-在这种环境下，276合金可用作燃煤系统的烟气脱硫部件C-276是最耐腐蚀的材料。下表是C-276合金和典型的316腐蚀对比试验在烟气模拟系统绿色死亡溶液中。

　　绿色死亡溶液在腐蚀对比试验中

　　从上表可以看出，C-合金对氯离子酸盐溶液具有良好的耐腐蚀性。 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入将C-276合金的耐点蚀性和间隙腐蚀性大大提高。C-因此，276合金在海水环境中被认为是惰性的C-276广泛应用于海洋、盐水和高氯环境，甚至强酸和低氯环境PH在Cl3(按ASTM标准G-48执行)溶液中间隙腐蚀的比较。 间隙腐蚀

　　1%CuCl2 1?Cl3 从上表可以看出，C-合金对氯离子酸盐溶液具有良好的耐腐蚀性。 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入将C-276合金的耐点蚀性和间隙腐蚀性大大提高。C-因此，276合金在海水环境中被认为是惰性的C-276广泛应用于海洋、盐水和高氯环境，甚至强酸和低氯环境PH在Cl3(按ASTM标准G-48执行)溶液中间隙腐蚀的比较。

　　间隙腐蚀

　　间隙腐蚀产生温度 合金 °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对氯离子应力腐蚀断裂也有很强的抵抗力，下表是四种金属在不同含氯离子溶液中的应力腐蚀断裂试验。

　　氯离子应力腐蚀断裂试验

　　二、物理性能

　　C-如下表所示： 密度：8.90g/cm3, 比热：425J/kg/k, 弹性模量：205Gpa(21℃)

　　热传导率

　　线膨胀系数

　　三、机械性能

　　典型的C-如下表所示，276合金的拉伸试验结果为1150℃以水急冷退火

　　力学性能试验值

　　对C-冷变形加工276合金会增加其强度。冲击试验时，V10采用形槽冲击样品mm厚板(板应退火)，如果样品是焊接样品，则在相同的温度范围内，由于焊缝，会表现出一定的灵活性。冲击试验时，V10采用形槽冲击样品mm厚板（板应退火），如果样品是焊接样品，则在相同的温度范围内，由于焊缝，会表现出一定的灵活性。板冲击试验结果如下表所示。

　　C-276合金与普通奥氏体不锈钢具有相似的成形性能。但由于其强度大于普通奥氏体不锈钢，在冷成型过程中应力较大。此外，该材料的加工硬化速度远快于普通不锈钢，因此在广泛的冷成型过程中，应采用中途退火处理。

　　四、焊接及热处理

　　C-276合金的焊接性能与普通奥氏体不锈钢相似C-焊接前必须采取措施，尽量减少焊缝和热影响区的耐腐蚀性，如钨极气体保护焊接（GTAW）、金属极气体保护焊（GMAW）、埋弧焊或其他焊接方法可以最大限度地降低焊缝和热影响区的耐腐蚀性。但对于氧炔焊等可能增加材料焊缝和热影响区碳含量或硅含量的焊接方法

　　适合使用。 可参考焊接接头形式的选择ASME与压力容器标准相比C-276焊接接头的成功经验。 焊接坡口最好采用机械加工方法，但机械加工会带来加工硬化，所以焊接前需要对加工坡口进行抛光。 焊接时应采用适当的热输入速度，以防止热裂纹。 在绝大多数腐蚀环境下，C-可采用焊接件的形式。但在非常恶劣的环境中，C-为了获得最佳的耐腐蚀性，热处理，以获得最佳的耐腐蚀性。 C-焊接276合金可选用自己的焊接材料或填料金属。如要求在C-在276焊缝中添加一些成分，如其他镍基合金或不锈钢。当这些焊缝暴露在腐蚀环境中时，焊条或焊丝需要与母金属具有相同的耐腐蚀性。 哈氏C-固溶热处理276合金材料包括两个工艺；

　　（1）在1040℃~1150℃加热；

　　(2)两分钟内迅速冷却至黑色(400)℃处理后的材料具有良好的耐腐蚀性。所以只对哈氏C-276合金消应力热处理无效。在热处理过程中，应清理合金表面的油污等可能产生碳的污垢。 C-焊接或热处理时，276合金表面会产生氧化物，使合金中的氧化物Cr降低含量，影响耐腐蚀性，应清洁表面。可用不锈钢丝刷或砂轮浸泡在适当比例的硝酸和氢氟酸混合物中酸洗，最后用清水冲洗。

　　3：Hastelloy C-22 Alloy（哈氏C-22合金）

　　一、耐腐蚀和产品形式

　　哈氏C-22合金是一种Ni-Cr-Mo合金对点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀断裂有很强的抵抗力。Ni、Cr、Mo与W的共同作用使哈氏C-22合金在氧化还原环境范围内具有优异的耐腐蚀性。 哈氏C-22合金在大多数恶劣环境下具有突出的耐腐蚀性，对焊接或锻造过程中晶间碳化物的沉淀和多相产生具有抵抗力。

　　哈氏C-22合金广泛应用于漂白系统、垃圾焚烧炉、化工厂、制药厂和烟气脱硫系统、纸浆和造纸行业的放射性垃圾储存。 哈氏C-合金强度高，延展性好，焊接性好，成型性好ASME和ASTM标准中有一致的详细描述。板材、带材、管材、棒材、锻件等。

　　二、化学成分

　　三、物理性能

　　典型的化学成分C-22合金退火状态下的物理性能

　　四、焊接性能

　　哈氏C-22合金具有良好的焊接性能。通过钨极气体保护焊、金属极气体保护焊、埋弧焊等方法易于焊接。填料金属需要匹配的化学成分。 五、机械性能 哈氏C-22合金具有良好的热加工性能。如下表所示，试验板的厚度范围为4.76mm到50.8mm.

　　图*最小 **最大

　　4：Hastelloy C-59 Alloy(哈氏C-59合金)

　　一、引言

　　C-59是一种超低碳Ni-Cr-Mo耐腐蚀性好，机械强度高。其性质如下：

　　1.在氧化还原条件下具有广泛的耐腐蚀性；

　　2.对点蚀和缝隙腐蚀具有良好的抵抗力，对氯应力腐蚀断裂具有免疫特性。

　　3.对硝酸、磷酸、硫酸、盐酸、硫酸等无机酸具有良好的耐腐蚀性；

　　4.对含杂质的无机酸也有良好的耐腐蚀性；

　　5、对40℃以下任何浓度的盐酸都具有良好的耐腐蚀性；

　　6许可在-196-450℃两者用于压力容器；

　　7、被NACE标准MR-01-75 Ⅶ等级许可证用于酸气环境。 (NACE是美印国家电子顾问委员会)

　　二、化学成分

　　C-59合金化学成分表如下所示。

　　化学成分

　　三、耐腐蚀性和应用

　　C-59合金含碳量和硅含量极低Ni-Cr-Mo合金加工和焊接过程中，合金不倾向于产生中间相，因此合金可以在化学过程中氧化和还原介质。

　　化学成分

　　三、耐腐蚀性和应用

　　C-59合金含碳量和硅含量极低Ni-Cr-Mo合金加工和焊接过程中，合金不倾向于产生中间相，因此合金可以在化学过程中氧化和还原介质。 因为含量高Ni、Cr、Mo的含量，C-59对氯离子具有良好的耐腐蚀性。氧化环境标准腐蚀试验证实：C-59合金比其他合金多Ni-Cr-Mo合金性能更先进。C-59合金在还原环境中具有良好的耐腐蚀性，如沸腾硫酸溶液中的腐蚀率为10%Ni-Cr-Mo盐酸环境中约1/3的合金也具有良好的耐腐蚀性。 下表为不同的腐蚀试验。

　　C-276和C-59试验对比

　　不同溶液中腐蚀试验的三种不同合金

　　下表是三种合金CPT和CCCT试验情况

　　试验溶液：7Vol.%H2SO4 3Vol.%HCl 1%CuCl2 1?Cl3-6H2O(绿色死亡溶液)， 时效24小时后，时效5℃递增。

　　应用：C-化工、石化、能源、环保等合金。

　　含氯有机工艺设备，特别是卤酸催化剂的存在；

　　2.造纸行业溶解漂白系统设备；

　　焚烧炉、烟气脱硫系统、预热器、阀门、叶轮等部件；

　　4.酸气处理系统设备及部件；

　　5.醋酸和醋酐反应器；

　　六、硫酸冷凝器。

　　四、物理性能

　　密度：8.6g/cm3 熔点范围：1310-1360℃ 磁导率：20℃，(RT)≤1.001 高温下物理性能

　　五、力学性能 下表是C-59合金固溶处理状态的力学性能表。 室温下最小机械性能

　　*根据德国国家标准，机械值VdTüV数据505 下表基于德国国家标准VdTüV数据505，高温下的机械性能值。

　　①板厚30-50mm之间的材料，屈服强度值减去20MPa ②只针对棒材

　　最大许用应力(图)

　　焊接管件的焊接系数为0.85

　　六、V形槽冲击功

　　室温下的平均值：≥225J/cm2 -196℃下：≥200 J/cm2

　　七、晶体结构

　　C-59合金为面心立方晶体结构。

　　八、制造和热处理

　　C-59合金可以通过普通生产工艺轻松加工。

　　八、制造和热处理

　　C-59合金可以通过普通生产工艺轻松加工。

　　1、加热 C-59合金在热处理前和热处理过程中不得与任何污染物接触。 在含有S、P、Pb在其他低熔点金属环境中加热会发生C-59合金性能下降。污染物的来源主要包括标记笔痕迹、温度指示漆、粉笔、润滑脂、燃料等。 加热炉燃料硫含量必须低，天然气硫含量必须低于0.1%(质量)，燃料油硫含量不得超过0.5%。 炉气环境应轻微氧化，不能在氧化还原之间波动。不允许火焰直接影响合金材料。

　　2、热加工 C-合金可在950-1180之间℃两者之间进行热处理。用水冷却。 热加工后退火可保证材料具有良好的耐腐蚀性。

　　3、冷加工 退火的C-59合金可用于冷加工，C-59合金加工硬化率高，成型设备要求高。 在进行冷变形加工时，工序间必须退火。

　　4、热处理 固溶热处理温度应为1100-118℃，最好在1120℃处理。 水冷是保证材料最佳耐腐蚀性的基本要点。在任何热操作过程中都必须清洁材料表面。

　　5、除垢 C-59合金焊缝附近的氧化物比其他不锈钢紧得多，可以用细砂轮打磨。 酸洗前，用细砂轮或不锈钢丝刷打磨材料表面的氧化物和污渍。

　　6、机加工 机加工C-59合金应处于固溶状态。与低合金奥氏体不锈钢相比，表面切割速度低，刀量大，忽略了高硬度表面。同时，刀具应连续运行。

　　九、焊接镍基合金时，应遵守以下操作规程：

　　1、工作场地 C-59合金焊接场应独立，最好与碳钢加工场分开，无气流干扰。

　　2、着装 焊接着装采用皮革手套和工作服。

　　3.加工工具和机械 镍基合金专用工具制造加工机械，如剪板机、卷板机、压制机械等。工作台应覆盖毛毡、纸板和塑料，以防止C-59合金表面在加工过程中被压入污染物，导致最终腐蚀。

　　4、清理 丙酮用于基材金属的焊缝区域和填料金属。

　　5、坡口准备 C-59合金焊接坡口的成型可采用车削、磨削或刨削等机械方法；等离子体也可以切割，但切割后的坡口应打磨干净，坡口附近不得过热。

　　6.坡角焊接后，应立即用不锈钢丝刷去除氧化部分。 镍基合金与特种不锈钢的一般区别在于其导热系数低，热膨胀率高。焊脚大(1-3 mm)，坡口角度为60-70°主要是因为C-59合金熔化金属粘度高，焊后收缩倾向大。

　　7、引弧 引弧只能在即将焊接的焊缝区域进行，不能在已完成的焊接件上进行，以免降低耐腐蚀性。

　　8、焊接工艺 C-59合金可采用多种常规焊接工艺焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG，手工金属焊接、等离子弧焊等。但焊接前需要清洗。

　　9.焊接参数及相关影响因素 焊接时应仔细选择热输入量，一般采用较低的热输入量，层间温度不超过150℃。同时采用较薄的焊道焊接工艺。

　　焊接后，应立即用不锈钢丝刷去除氧化部分。