鎳基哈氏合金類型和哈氏合金等級(jí)分類與牌號(hào)成份與應(yīng)用

 根據(jù)哈氏合金材料的化學(xué)成分,，哈氏合金有多種等級(jí),。常見的哈氏合金金屬等級(jí)是：
B 型哈氏合金材料
C 型哈氏合金材料
哈氏合金 G 型
哈氏合金 X 和
哈氏合金 N
B 型合金
 哈氏合金 B 型高溫合金的鎳和鉬含量很高,。B 級(jí)哈氏合金以承受極其惡劣的環(huán)境而聞名,。一些 B 型哈氏合金材料是：
B-2 合金 （UNS N10665）：B-2 哈氏合金材料含有 65% 的鎳和 30% 的鉬。它還含有少量的碳,、鐵,、硅、鉻,、鈷,、錳和硫。B 級(jí)合金對(duì)鹽酸具有優(yōu)異的耐腐蝕性,，但對(duì)氧化劑的耐腐蝕性較差,。
B-3 合金 （UNS N10675）：與 B-2 合金相比,，這種合金具有出色的抗點(diǎn)蝕性的熱穩(wěn)定性。B-3 合金的化學(xué)成分中含有 65% 的鎳和 30% 的鉬,，并含有微量的鉻,、鈷和錳。
C 型合金
該等級(jí)的哈氏合金含有高百分比的鎳,、鉻和鉬。鉻提高了高溫性能和對(duì)還原環(huán)境的抵抗力,。哈氏合金 C 級(jí)適用于冷加工和熱加工,。C 級(jí)哈氏合金金屬是使用廣泛的哈氏合金材料。常見的 C 型哈氏合金材料有：
C-4 哈氏合金 （UNS N06455）：C-4 型哈氏合金含有 60% 的鎳,、18% 的鉻,、16% 的鉬,、3% 的鐵、2% 的鈷，以及剩余的硅,、碳、硫,、鈦等,。它具有很高的延展性和耐腐蝕性。
 合金C-22 哈氏合金 （UNS N06022）：C-22 哈氏合金由 58% 的鎳,、20% 的鉻,、13% 的鉬、3.5% 的鎢,、2.5% 的鈷和微量的其他元素組成,。C-22 哈氏合金以其可焊性而廣為人知，是制藥反應(yīng)容器和脫硫系統(tǒng)常用的合金,。
哈氏合金 C-276 （UNS N10276）：該等級(jí)的哈氏合金可用于石化行業(yè),。它含有 59% 的鎳、16% 的鉬,、15% 的鉻,、4% 的鎢和微量的其他元素。對(duì)氧化劑,、點(diǎn)蝕,、應(yīng)力腐蝕開裂和晶間腐蝕具有很高的耐腐蝕性。
C-2000 哈氏合金：它對(duì)氧化介質(zhì)具有出色的抵抗力,，可用于化學(xué)工藝設(shè)備應(yīng)用,。
G 型合金
適合使用 TIG、SAW,、SMOW 和 G 型焊接哈氏合金材料含有鎢作為合金元素之一,。該組的主要合金有：
哈氏合金 G-3 （UNS N06985）：這種高溫合金以鎳,、鉻、鎢,、鐵,、鉬和鈷為主要成分。
G-30 哈氏合金 （UNS N06030）：它由 43% 的鎳,、30% 的鉻,、15% 的鐵、5% 的鈷,、4% 的鎢,、1.5% 的錳和微量的其他元素組成。
X 型合金
 哈氏合金 X 合金 （UNS N06002）：它具有優(yōu)異的抗氧化性,、高溫強(qiáng)度和抗 SCC 性,。化學(xué)性質(zhì)上,，哈氏合金 X 含有 44% 的鎳,、23% 的鉻、20% 的鐵,、10% 的鉬,、1% 的錳和硅，以及微量的其他元素,。它們可以進(jìn)行冷加工和焊接,。這種類型的哈氏合金材料用于工業(yè)爐和燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用。
哈氏合金 N （UNS N10003）
哈氏合金 N 含有 71% 的鎳,、16% 的鉬,、7% 的鉻、5% 的鐵,、1% 的硅和微量的其他元素,。由于其更高的溫度抗氧化性能，哈氏合金 N 用于化學(xué)加工設(shè)備等工業(yè)應(yīng)用,。
其他哈氏合金等級(jí)是：
哈氏合金 D-205
哈氏合金 G50 （UNS N06950）
哈氏合金 S （UNS N06635）
哈氏合金 W （UNS N10004）
哈氏合金 G-2 （UNS N06975）

哈氏合金(Hastelloyalloy)

一,、引言

哈氏合金是鎳基合金的一種，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,、非金屬材料等無法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合,，在國外已廣泛應(yīng)用于石油、化工,、環(huán)保等諸多領(lǐng)域,。其牌號(hào)和典型使用場(chǎng)合如下表所示,。

哈氏合金牌號(hào)

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)。第三代材料N10675(B-3),、N10629(B-4),、N06059(C-59)處于推廣階段。由于冶金技術(shù)的進(jìn)步,，近年來出現(xiàn)了多個(gè)牌號(hào)的含~6%Mo的所謂“超級(jí)不銹鋼",，替代了G系列合金,，使得G系列合金的生產(chǎn)和使用迅速下降,。

二、典型哈氏合金化學(xué)成分

材料的化學(xué)成分

三,、力學(xué)性能

    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。

材料的力學(xué)性能

四,、常用哈氏合金

1：Hastelloy B-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,。

 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)(如熱軋過程中)、設(shè)備制造過程中（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)境中開裂?，F(xiàn)今,，我國和世界各國的有關(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

哈氏B-2合金的物理性能如下表所示,。

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

物理性能

三,、化學(xué)成分

化學(xué)成分

   四、機(jī)械性能

哈氏B-2合金的一般機(jī)械性能如下列兩表所示

室溫下的最小力學(xué)性能值（參考DIN/ASTM標(biāo)準(zhǔn)）

高溫下的最小力學(xué)性能值

五,、造與熱處理

1：加熱

對(duì)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(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(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,，加工過后應(yīng)該以水淬火,。為了確保有好耐蝕性能，熱加工過后應(yīng)該退火,。

3：冷加工

冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)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(shè)備要細(xì)心考慮,。如果執(zhí)行了冷成形工藝,，那么有必要進(jìn)行級(jí)間退火。

冷加工變形量超過15%時(shí),，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(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(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,；在熱處理過程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過打磨消除后需補(bǔ)焊者,，要采用專門的補(bǔ)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(diǎn)都要以精細(xì)的砂輪等打磨干凈。

由于哈氏B-2合金對(duì)氧化性介質(zhì)比較敏感,，因此酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體,。

6：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),。

7：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： Hastelloy C-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、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)過試驗(yàn)才可以選材,。哈氏C-276合金中沒有足夠的Cr來耐強(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)

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,。

“綠色死亡"溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)

由上表可見，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,。

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。

縫隙腐蝕發(fā)生情況

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,。

氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況

二、物理性能

C-276合金的物理性能如下表所示：

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

熱傳導(dǎo)率

線膨脹系數(shù)

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

對(duì)C-276合金進(jìn)行冷變形加工會(huì)使其強(qiáng)度增加,。在對(duì)其進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，V形槽沖擊試樣采用10mm厚的板材（板材要經(jīng)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(huì)顯示出一定的柔韌性,，這是因?yàn)楹缚p的原因,。板材沖擊試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

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(qiáng)度要大,，所以，在冷成形加工過程中會(huì)有更大應(yīng)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(duì)C-276焊接之前,，必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降最小，如鎢極氣體保護(hù)焊（GTAW）,、金屬極氣體保護(hù)焊（GMAW）,、埋弧焊或其他一些可以使焊縫及熱影響區(qū)抗腐蝕性能下降最小的焊接方法。但對(duì)于諸如氧炔焊等有可能增加材料焊縫及熱影響區(qū)含碳量或含硅量的焊接方法是不適合采用的,。

關(guān)于焊接接頭形式的選擇,，可以參照ASME鍋爐與壓力容器規(guī)范對(duì)C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗(yàn)。

焊接坡口最好采用機(jī)械加工的方法,，但是機(jī)械加工會(huì)帶來加工硬化,，所以對(duì)機(jī)械加工的坡口處進(jìn)行焊接前打磨是必要的,。

焊接時(shí)要采用適宜的熱輸入速度，以防止熱裂紋的產(chǎn)生,。

在絕大多數(shù)腐蝕環(huán)境下,，C-276都能以焊接件的形式應(yīng)用。但在十分苛刻的環(huán)境中,，C-276材料及焊接件要進(jìn)行固溶熱處理以獲得好的抗腐蝕性能,。

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(huán)境中時(shí)，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(dāng)?shù)男阅堋?/p>

哈氏C-276合金材料固溶熱處理包括兩個(gè)過程：（1）在1040℃~1150℃加熱,；（2）在兩分鐘之內(nèi)快速冷卻至黑色狀態(tài)（400℃左右），這樣處理后的材料有很好的耐蝕性能,。因此僅對(duì)哈氏C-276合金進(jìn)行消應(yīng)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(chǎn)生碳元素的一切污垢。

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

鎳合金廣泛用于許多行業(yè)。下面列出了各種合金的一些典型應(yīng)用：
1. 航空航天
航空航天業(yè)是鎳基合金的最大用戶之一,，因?yàn)楦咝阅芎娇蘸教煸O(shè)備通常具有較高的工作溫度,。渦輪葉片和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件通常由  Inconel® 等合金制成。
2. 化學(xué)加工
化學(xué)加工行業(yè)通常需要對(duì)腐蝕性環(huán)境具有高度抵抗力的材料,。鎳合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性,，尤其是與鉻和鎳等元素合金化時(shí)，高鐵含量合金的耐腐蝕性會(huì)降低,。典型應(yīng)用包括儲(chǔ)罐,、管道和混合設(shè)備。
3. 石油和天然氣
石油和天然氣行業(yè)很復(fù)雜,，涉及從石油開采到燃料、塑料和其他復(fù)雜材料加工的方方面面,。因此,，材料通常需要承受高溫、高壓和腐蝕性環(huán)境。鎳合金非常適合這些情況,。典型應(yīng)用包括泵,、管道、壓力容器和熱交換器,。
4. 醫(yī)療設(shè)備
醫(yī)療設(shè)備（如手術(shù)器械）通常必須在強(qiáng)溶劑或高溫下進(jìn)行消毒,。鎳合金是這種服務(wù)環(huán)境的理想選擇。鎳鈦合金®等形狀記憶合金也用于支架,，因?yàn)樗鼈兛梢栽谒轄顟B(tài)下植入并在就位后膨脹,。鎳合金也用于骨科植入物。
5. 電氣和電子應(yīng)用
像蒙乃爾合金®這樣的鎳合金與銅形成合金,，具有良好的導(dǎo)電性,，并具有耐腐蝕性的額外優(yōu)勢(shì)。由于這些原因,，這些合金非常適合在腐蝕性環(huán)境中進(jìn)行電接觸,。一些鎳合金， 如 Ni-Fe 合金,，具有低矯頑力,，這使其成為變壓器或內(nèi)存存儲(chǔ)設(shè)備等軟磁應(yīng)用的理想選擇。
6. 船舶應(yīng)用
海洋環(huán)境可能具有強(qiáng)的腐蝕性,。沒有多少合金可以承受長(zhǎng)時(shí)間暴露在鹽水和鹽霧中,。鎳合金，尤其是與銅合金化時(shí),，對(duì)海洋環(huán)境具有很強(qiáng)的抵抗力,。典型應(yīng)用包括螺旋槳、艙底泵和閥門,。
7. 精密儀器
一些精密儀器需