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(Haynes International,Inc.)

公司前身的Haynes Stellite Work (哈茨鈷鉻鎢工廠)于1921年創立于美國印地安那州 Kokomo,距今已有92年歷史,在九十余年經歷的生產和研究中不斷創新與發明,從而在高合金領域穩居世界首位。

Haynes國際公司注重產品的生產和開發。主要從事高質量的耐腐和耐高溫鎳-鈷合金的開發和生產。公司的專家技術人員在全球范圍內提供進一步的客戶服務和技術支持。Haynes公司的服務中心及分支機構能為客戶及時提供板材、棒材、管材、鍛件、法蘭和連接件等。

定義

哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美國哈氏合金國際公司所生產的鎳基耐蝕合金的商業牌號的統稱。包括鎳鉬系哈斯特洛伊(Hastelloy)B-2,鎳鉻鉬系哈斯特洛伊(Hastelloy)C-4等。

哈氏合金牌號包括以下幾個牌號:

HASTELLOY B-2 鎳鉬合金,在還原性環境中有優異的耐腐蝕性HASTELLOY B-3 B-2的升級版,對任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的耐腐蝕性。

HASTELLOY C-4 較好的熱穩定性,650-1040攝氏度有較好的韌性和耐腐蝕性能。

HASTELLOY C-22 在氧化介質中耐均勻腐蝕能力比C-4和C-276好,耐局部腐蝕能力優異HASTELLOY C-276 對氧化性和中等還原性腐蝕有較好的抵抗能力,優異的抗應力腐蝕能力。HASTELLOY C-2000 性能最全面的耐蝕合金,在氧化和還原環境中均具有優秀的耐均勻腐蝕能力。

HASTELLOY G-35 G-30的升級產品,耐腐蝕和熱穩定性更佳優異HASTELLOY G-30 高鉻含量鎳基合金,在磷酸及其他強氧化性混合酸介質中表現優異。

HASTELLOY X 綜合高強度,抗氧化和易加工的特點以上每個牌號都有具體的化學成分,機械性能,各有所長,不能一概而論說哈氏合金有什么特性。

應用領域、熱交換器、波紋管補償器、化工設備、煙氣脫硫脫硝、造紙工業、航天應用、酸性環境。

2、有出色的耐點蝕、縫隙腐蝕和應力開裂腐蝕性能。

國內備貨現狀:管材、板材,焊材,鍛件而且國內也成長了一批加工廠,可加工配件等產品。

哈氏合金如Hastelloy C276、Hastelloy B-2等以及Monel 400、純鎳、Inconel600、NS337等耐蝕合金;

材料執行ASTM標準,權威第三方:國家鋼鐵材料測試中心提供成分與性能檢測報告。

一、哈氏合金C276成分與性能報告(北京融品科技有限公司質量證明書)

執行標準:鎳合金鍛件標準規范ASTM B564(UNSN 10276);耐蝕合金鍛件YB/T5264-1993 檢測權威第三方:國家鋼鐵材料測試中心

爐號:RP-WLQ25 批次:081120-A

產品材質: Hastelloy C276 產品狀態: 鍛件+固溶

哈氏C276化學成分 %wt

1、哈氏合金來自Hastelloy,始于哈氏B合金,應用于航空器的火箭噴嘴;隨后的哈氏C合金在化工工業,石油化工,核能源工業及制藥行業得到應用與推廣;緊接著的哈氏X合金表現出了極好的耐高溫性能,伴隨著噴氣式飛機工業的急速增長。

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處理,否則,焊接熱影響區的耐腐蝕性能會大大降低;所以上述合金已經逐漸被改進或不再使用;

3、影響上述材料焊接性能的關鍵原因在于C,Si含量,由于精煉技術的出現與提高,哈氏合金焊接方面的問題得以改善,于是出現很多正在推廣使用的改進型的哈氏B系列,哈氏C系列合金等,非常遺憾的是很多哈氏合金的生產與推廣單位反而將前期的哈氏合金取代后來改進的哈氏合金,不僅不降低C,Si含量,反而回到以前高Si,高C含量上;特殊鋼事業的推廣任重道遠。

4、耐還原性介質的哈氏B系列合金在哈氏B牌號的基礎上進行改進,改進的側重點包括極低的C,Si含量改善焊接區域的性能,進一步合金化思路,純凈化鋼水思路的應用等,這樣哈氏合金B系列出現哈氏B-2,哈氏B-3,哈氏B-4合金;其中哈氏B-2合金一定程度上解決了焊接區域性能問題;哈氏B-3解決了哈氏B-2容易析出Ni-Mo沉淀硬化的缺點,極大的改善了熱加工與冷加工性能。

5、還原性環境應用材料哈氏B系列改進過程中;在氧化還原復合環境中的哈氏C系列合金也在持續改進,其中哈氏C276合金由于更低的C,Si含量而一定程度上改進了焊接區域性能問題,但是仍舊不太滿意,加上加工性能沒能加大改善;而哈氏C22材料較徹底解決了焊接區域的耐腐蝕問題,加工性能問題,更主要是在材料成本不提高的基礎上解決的,所以哈氏C22材料是哈氏C系列中性價比最高的材料,以后必將更大批量的應用;而新近開發的哈氏C2000材料在合金中加入了Cu,這拓展了哈氏C合金在還原性環境中的腐蝕能力,為更安全的使用,為更高的設備壽命要求,新工藝試制場合提供了可能。

哈氏合金是超低碳型,Ni、Mo、Cr系列鎳基、耐蝕、耐高溫材料哈氏合金(Hastelloy),因它具有極好的耐高溫性能,抗氧化性,焊縫影響區耐腐蝕性,具有很好的長期熱穩定性及可加工性,在農業化工、核設施、生物制藥等苛刻工業環境中被應用。它在濕氧、亞硫酸、醋酸、甲酸和強氧化鹽的介質中,也具有優異的耐蝕性、耐均勻腐蝕性及耐晶間腐蝕性,因此在化學工業也被廣泛應用,合哈氏金的導電率和導熱系數要比低碳鋼低得多,而電阻率和膨脹率都比低碳鋼高得多,熔池流動性差,潤濕性差,穿透力小,熔深淺。

哈氏合金(Hastelloyalloy)

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,其發展過程如下:

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)。

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

哈氏合金

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碳化物和其他相的析出,從而確保即使在焊接狀態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中具有優良的耐腐蝕性能,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、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工藝過程中。

但在哈氏B-2合金多年的工業應用中發現:(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:1200~1300℃的高溫區和550~900℃的中溫區;(2)哈氏B-2合金的焊縫金屬及熱影響區由于枝晶偏析,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β相(即Ni4Mo相,一種有序的金屬間化合物)的轉變敏感。當合金在650~750℃溫度范圍內停留時間稍長,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(如熱軋過程中)、設備制造過程中(如哈氏B-2合金設備焊后整體熱處理)及哈氏B-2合金設備在服役環境中開裂�，F今,我國和世界各國指定的有關哈氏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。國內科研機構用高溫鹽酸法對哈氏B-2合金進行研究發現: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-2合金不僅晶粒長大,而且晶間會析出現高Mo的σ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:8.9g/cm3,熔點:1330~1380℃,磁導率:(℃,RT)≤1.001

三、化學成分

化學成分

元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPS

最小余量0.41.626.0

最大1.02.00.011.00.080.530.01.00.020.010

四、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表面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境下加熱,則會變脆,這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、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。

對加熱爐的氣體環境要求是中性環境或輕還原性環境,并且不可以在氧化性和還原性之間波動。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達到的溫度,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合金必須經過固溶處理,由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率,所以成形設備要細心考慮。如果執行了冷成形工藝,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1060~1080℃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,材料的表面清潔均要有預先的防范。哈氏合金材料或設備部件在進行熱處理時要注意以下一些問題:為了防止設備部件熱處理變形,應采用不銹鋼加強環;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,防止產生熱裂紋;熱處理后,對熱處理件100%PT;在熱處理過程中如產生熱裂紋,經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合金表面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合金對氧化性介質比較敏感,因此酸洗過程中會產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表面切削速度,對于表面的硬化層要采用較大的進刀量,并使刀具處于連續的工作狀態。

7、焊接

哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區由于易析出β相而導致貧Mo,從而易于產生晶間腐蝕,因此,哈氏B-2合金的焊接工藝應謹慎制定,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℃;焊絲直徑φ2.4、φ3.2;焊接電流90~150A。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。通過焊后熱處理可以消除殘余應力并改善抗應力腐蝕斷裂性能。

2:HastelloyC-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-鎢系鎳基合金。它是現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、在苛刻的腐蝕環境中,如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環保等工業領域有著相當廣泛的應用。

哈氏C-276合金的各種腐蝕數據是有其典型性的,但是不能用作規范,尤其是在不明環境中,必須要經過試驗才可以選材。哈氏C-276合金中沒有足夠的Cr來耐強氧化性環境的腐蝕,如熱的濃硝酸。這種合金的產生主要是針對化工過程環境,尤其是存在混酸的情況下,如煙氣脫硫系統的出料管等。下表是四種合金在不同環境下的腐蝕對比試驗情況。(所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊)

試驗環境(沸騰)腐蝕率(毫米/)

典型316AL-6XNInconel625C-276

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0.0030.0030.00360.00180.00760.0130.006

45%蟻酸0.2770.2620.1160.1420.130.070.049

10%草酸1.020.9910.2770.2740.150.290.259

20%磷酸0.1770.1550.0070.0060.0010.0010.0006

10%氨基磺酸1.621.580.7510.3810.120.070.061

10%硫酸9.449.442.142.340.640.350.503

10%碳酸氫鈉1.061.060.6090.3440.100.070.055

哈氏C-276合金可以用作燃煤系統的煙氣脫硫部件,在這種環境下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"綠色死亡"溶液中的腐蝕對比試驗情況。

"綠色死亡"溶液中的腐蝕對比試驗

"綠色死亡"溶液(沸騰)腐蝕率(mm/a)

典型316C-276

7%硫酸破壞0.67

3%鹽酸

1%CuCl2

1%FeCl3

由上表可見,C-276合金對混合的具有氯離子的酸、鹽溶液有很好的耐蝕性能。

哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將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執行)溶液中發生縫隙腐蝕的對比情況。

縫隙腐蝕發生情況

合金縫隙腐蝕發生溫度

°F°C

典型316272.5

AL-6XN11345

Inconel62511345

C-27614060

C-276合金中高含量的Ni和Mo使其對氯離子應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)和試驗結果

典型316AL-6XNInconel625C-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)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℃)

哈氏合金

三、機械性能

典型的C-276合金的拉力試驗結果如下表所示,其材料是在1150℃退火,并以水急冷。

力學性能試驗值

溫度(℃)屈服強度σ0.2(Mpa)抗拉強度σb(Mpa)延伸率δ5(%)

-19656596545

-10148089550

2141579050

9338072550

20434571050

31631567555

42729065560

53827064060

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(板材要經過退火處理),如果試樣是采用焊接的試樣,則在同樣的溫度范圍,它會顯示出一定的柔韌性,這是因為焊縫的原因。板材沖擊試驗結果如下表所示。

試驗溫度(℃)V形槽試樣沖擊功(J)

-196245

21325

200325

C-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熱影響區含碳量或含硅量的焊接方法是不適合采用的。

關于焊接接頭形式的選擇,可以參照ASME鍋爐與壓力容器規范對C-276焊接接頭的成功經驗。

焊接坡口最好采用機械加工的方法,但是機械加工會帶來加工硬化,所以對機械加工的坡口處進行焊接前打磨是必要的。

焊接時要采用適宜的熱輸入速度,以防止熱裂紋的產生。

在絕大多數腐蝕環境下,C-276都能以焊接件的形式應用。但在十分苛刻的環境中,C-276材料及焊接件要進行固溶熱處理以獲得最好的抗腐蝕性能。

C-276合金的焊接可以選擇自身作焊接材料或填料金屬。如要求在C-276的焊縫中添加某些成分,象其它鎳基合金或不銹鋼,并且這些焊縫將暴露在腐蝕環境中時,那么,焊接所用的焊條或焊絲則要求有和母材金屬耐腐蝕相當的性能。

哈氏C-276合金材料固溶熱處理包括兩個過程:(1)在1040℃~1150℃加熱;(2)在兩分鐘之內快速冷卻至黑色狀態(400℃左右),這樣處理后的材料有很好的耐蝕性能。因此僅對哈氏C-276合金進行消應力熱處理是無效的。在熱處理之前要清理合金表面的油污等可能在熱處理過程中產生碳元素的一切污垢。

C-276合金表面在焊接或熱處理時會產生氧化物,使合金中的Cr含量降低,影響耐蝕性能,所以要對其進行表面清理�？梢允褂貌讳P鋼絲刷或砂輪,接下來浸入適當比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗,最后用清水沖洗干凈。