特种材料知识简介(哈氏合金

1 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 哈氏合金哈氏合金 Hastelloy alloy 一 引言一 引言 哈氏合金是镍基合金的一种 目前主要分为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 它主要用于铁基三个系列 它主要用于铁基 Cr Ni 或或 Cr Ni Mo 不锈钢 非金属材料等不锈钢 非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合无法使用的强腐蚀性介质场合 在国外已广 在国外已广 泛应用于石油 化工 环保等诸多领域 其牌号和典型使用场合如下表所示 泛应用于石油 化工 环保等诸多领域 其牌号和典型使用场合如下表所示 哈氏合金牌号哈氏合金牌号 主要合金 元素 合金牌号 N10001 B N10665 B 2 N10675 B 3 N10629 B 4 N10276 C 276 N06022 C 22 N06455 C 4 N06059 C 59 N06007 G N06985 G 3 N06030 G 30 Ni MoNi Cr MoNi Cr Fe Mo 典型使用 场合 盐酸等还原性介质 氧化 还原性兼有的混 合介质 磷酸 硫酸 硫酸盐等 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 进 其发展过程如下 其发展过程如下 B 系列系列 B B 2 00Ni70Mo28 B 3 C 系列系列 C C 276 00Cr16Mo16W4 C 4 00Cr16Mo16 C 22 00Cr22Mo13W3 C 2000 00Cr20Mo16 G 系列系列 G G 3 00Cr22Ni48Mo7Cu G 30 00Cr30Ni48Mo7Cu 目前使用最广泛的是第二代材料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 和和 N06985 G 3 第三代材料 第三代材料 N10675 B 3 N10629 B 4 N06059 C 59 处于推广阶段 由于冶金技术的进步 近年来出现了多个牌号的含处于推广阶段 由于冶金技术的进步 近年来出现了多个牌号的含 6 Mo 的所谓的所谓 超超 级不锈钢级不锈钢 替代了 替代了 G 系列合金 使得系列合金 使得 G 系列合金的生产和使用迅速下降 系列合金的生产和使用迅速下降 二 典型哈氏合金化学成分二 典型哈氏合金化学成分 材料的化学成分材料的化学成分 NiCrMoFeCSiCoMnPSWVCuNb 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 56 0 8 018 0 21 0 015 1 0 5 0 1 0 0 04 0 03 1 5 1 5 2 5 0 50 2 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 三 力学性能三 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 约为时 约为 18 8 不锈钢不锈钢 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 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 材料的力学性能材料的力学性能 N10276 C 276 ASTM B575 1999 N06007 G 3 ASTM B582 1997 63 5 0 51 63 5 760 760 690 621 100 100 100 100 350 350 283 241 40 40 40 40 b Mpa 0 2 Mpa 硬度 HRB 5 合金牌号 N10665 B 2 板材标准厚度 mm ASTM B333 1998 4 76 4 76 63 5 四 常用哈氏合金四 常用哈氏合金 1 Hastelloy B 2 alloy 哈氏哈氏 B 2 合金合金 一 耐蚀性能一 耐蚀性能 哈氏哈氏 B 2 合金是一种有极低含碳量和含硅量的合金是一种有极低含碳量和含硅量的 Ni Mo 合金 它减少了在焊缝及热合金 它减少了在焊缝及热 影响区碳化物和其他相的析出 从而确保即使在焊接状态下也有良好的耐蚀性能 影响区碳化物和其他相的析出 从而确保即使在焊接状态下也有良好的耐蚀性能 众所周知 哈氏众所周知 哈氏 B 2 合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能 能耐常压合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能 能耐常压 下任何温度 任何浓度盐酸的腐蚀 在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸 各种浓度下任何温度 任何浓度盐酸的腐蚀 在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸 各种浓度 磷酸 高温醋酸 甲酸等有机酸 溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能 同时 磷酸 高温醋酸 甲酸等有机酸 溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能 同时 它也耐卤族催化剂的腐蚀 因此 哈氏它也耐卤族催化剂的腐蚀 因此 哈氏 B 2 合金通常应用于多种苛刻的石油 化工过合金通常应用于多种苛刻的石油 化工过 程 如盐酸的蒸馏 浓缩 乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中 程 如盐酸的蒸馏 浓缩 乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中 但在哈氏但在哈氏 B 2 合金多年的工业应用中发现 合金多年的工业应用中发现 1 哈氏 哈氏 B 2 合金存在对抗晶间腐蚀合金存在对抗晶间腐蚀 性能有相当大影响的两个敏化区 性能有相当大影响的两个敏化区 1200 1300 的高温区和的高温区和 550 900 的中温区 的中温区 2 哈氏哈氏 B 2 合金的焊缝金属及热影响区由于枝晶偏析 金属间相和碳化物沿晶界析出 合金的焊缝金属及热影响区由于枝晶偏析 金属间相和碳化物沿晶界析出 使其对晶间腐蚀敏感性较大 使其对晶间腐蚀敏感性较大 3 哈氏 哈氏 B 2 合金的中温热稳定性较差 当哈氏合金的中温热稳定性较差 当哈氏 B 2 合合 金中的铁元素含量降至金中的铁元素含量降至 2 以下时 该合金对以下时 该合金对 相 即相 即 Ni4Mo 相 一种有序的金属间相 一种有序的金属间 化合物 的转变敏感 当合金在化合物 的转变敏感 当合金在 650 750 温度范围内停留时间稍长 温度范围内停留时间稍长 相瞬间生成 相瞬间生成 相的存在降低了哈氏相的存在降低了哈氏 B 2 合金的韧性 使其对应力腐蚀变得敏感 甚至会造成哈氏合金的韧性 使其对应力腐蚀变得敏感 甚至会造成哈氏 B 2 合金在原材料生产合金在原材料生产 如热轧过程中如热轧过程中 设备制造过程中 如哈氏 设备制造过程中 如哈氏 B 2 合金设备焊后整合金设备焊后整 3 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 体热处理 及哈氏体热处理 及哈氏 B 2 合金设备在服役环境中开裂 现今 我国和世界各国指定的有合金设备在服役环境中开裂 现今 我国和世界各国指定的有 关哈氏关哈氏 B 2 合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法均为常压沸腾盐酸法 评定方法为失合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法均为常压沸腾盐酸法 评定方法为失 重法 由于哈氏重法 由于哈氏 B 2 合金是抗盐酸腐蚀的合金 因此 常压沸腾盐酸法检验哈氏合金是抗盐酸腐蚀的合金 因此 常压沸腾盐酸法检验哈氏 B 2 合金的晶间腐蚀倾向相当不敏感 国内科研机构用高温盐酸法对哈氏合金的晶间腐蚀倾向相当不敏感 国内科研机构用高温盐酸法对哈氏 B 2 合金进行研合金进行研 究发现 哈氏究发现 哈氏 B 2 合金的耐蚀性能不仅取决于其化学成分 还取决于其热加工的控制合金的耐蚀性能不仅取决于其化学成分 还取决于其热加工的控制 过程 当热加工工艺控制不当时 哈氏过程 当热加工工艺控制不当时 哈氏 B 2 合金不仅晶粒长大 而且晶间会析出现高合金不仅晶粒长大 而且晶间会析出现高 Mo 的的 相 此时 哈氏相 此时 哈氏 B 2 合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降 在高温盐酸试验中 合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降 在高温盐酸试验中 粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右 粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右 二 物理性能二 物理性能 哈氏哈氏 B 2 合金的物理性能如下表所示 合金的物理性能如下表所示 密度 密度 9 2g cm3 熔点 熔点 1330 1380 磁导率 磁导率 RT 1 001 物理性能物理性能 温度 比热 J kg k 热传导系数 W m k 电阻率 cm 弹性模量 Gpa 室温至 T 的热 膨胀系数 10 6 K 0373137218 2037711 1137217 10038912 213821310 3 20040613 413820810 8 30042314 613920311 1 40043116 013919711 4 50044417 314119111 6 60045618 714618411 8 700176 三 三 化学成分化学成分 化学成分化学成分 元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPS 最小0 41 626 0 最大 余量 1 02 00 011 00 080 530 01 00 020 010 4 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 四 机械性能四 机械性能 哈氏哈氏 B 2 合金的一般机械性能如下列两表所示合金的一般机械性能如下列两表所示 室温下的最小力学性能值 参考室温下的最小力学性能值 参考 DIN ASTM 标准 标准 产品形式 尺寸 mm 0 2 屈服 强度 Mpa 1 0 屈服 强度 Mpa 抗拉强度 Mpa 延伸率 A5 布氏硬度 HB 晶粒尺寸 m 冷轧板带 5127 热轧板5 65 340380755250 214 棒325370745 管340360755 ASTM 标准 350 760 40 241同上 高温下的最小力学性能值高温下的最小力学性能值 0 2 屈服强度 Mpa 1 0 屈服强度 Mpa 产品形式 100200300400100200300400 板 管 315285270255355325310295 棒300275255240340315300285 五 五 造与热处理造与热处理 1 加热 加热 对于哈氏对于哈氏 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 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 城市空气 含硫量不超过含硫量不超过 0 25g m3 燃料油的含硫量不超过燃料油的含硫量不超过 0 5 即为合格 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 材料放入炉中加热 2 热加工 热加工 5 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 哈氏哈氏 B 2 合金可以在合金可以在 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 了确保有最好的耐蚀性能 热加工过后应该退火 3 冷加工 冷加工 冷加工的哈氏冷加工的哈氏 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 间退火 冷加工变形量超过冷加工变形量超过 15 时 使用前要固溶处理 时 使用前要固溶处理 4 热处理 热处理 固溶热处理温度要控制在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 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 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 采用专门的补焊工艺 5 除垢 除垢 哈氏哈氏 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 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 素的气体 6 机加工 机加工 哈氏哈氏 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 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 的进刀量 并使刀具处于连续的工作状态 7 焊接 焊接 哈氏哈氏 B 2 合金焊缝金属及热影响区由于易析出合金焊缝金属及热影响区由于易析出 相而导致贫相而导致贫 Mo 从而易于产生 从而易于产生 晶间腐蚀 因此 哈氏晶间腐蚀 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 焊材选用下 焊材选用 ERNi Mo7 焊接方法 焊接方法 GTAW 控制层间温度不大于 控制层间温度不大于 120 焊丝直径 焊丝直径 2 4 3 2 焊接电流 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 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 进行去污脱脂处理 哈氏哈氏 B 2 合金热传导系数比钢小得多 如选用单合金热传导系数比钢小得多 如选用单 V 型坡口 则坡口角度要在型坡口 则坡口角度要在 70 左右 采用较低的热输入量 左右 采用较低的热输入量 6 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 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 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 合金合金 哈氏哈氏 C 276 合金合金 一 耐蚀性能一 耐蚀性能 哈氏哈氏 C 276 合金属于镍合金属于镍 钼钼 铬铬 铁铁 钨系镍基合金钨系镍基合金 它是现代金属材料中最耐蚀的一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 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 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 合金中没有足够的合金中没有足够的 Cr 来耐强氧来耐强氧 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 蚀对比蚀对比 试验情况 试验情况 所有焊接试样采用自熔钨极氩弧焊所有焊接试样采用自熔钨极氩弧焊 四种金属在不同环境下的腐蚀对比试验四种金属在不同环境下的腐蚀对比试验 腐蚀率 毫米 典型 316AL 6XNInconel625C 276 试验环境 沸腾 基本 金属试样 焊接 试 样 基本 金属 试样 焊接 试 样 基本 金属 试样 基本 金属 试样 焊接 试 样 20 醋酸0 0030 0030 00360 00180 00760 0130 006 45 蚁酸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 碳酸氢钠1 061 060 6090 3440 100 070 055 哈氏哈氏 C 276 合金可以用作燃煤系统的烟气脱硫部件 在这种环境下合金可以用作燃煤系统的烟气脱硫部件 在这种环境下 C 276 是最耐是最耐 蚀的材料 下表是蚀的材料 下表是 C 276 合金和典型合金和典型 316 在烟气模拟系统在烟气模拟系统 绿色死亡绿色死亡 溶液中的腐蚀溶液中的腐蚀 对比试验情况 对比试验情况 7 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 绿色死亡绿色死亡 溶液中的腐蚀对比试验溶液中的腐蚀对比试验 腐蚀率 mm a 绿色死亡 溶液 沸腾 典型 316C 276 7 硫酸 3 盐酸 1 CuCl2 1 FeCl3 破坏0 67 由上表可见 由上表可见 C 276 合金对混合的具有氯离子的酸 盐溶液有很好的耐蚀性能 合金对混合的具有氯离子的酸 盐溶液有很好的耐蚀性能 哈氏哈氏 C 276 合金中合金中 Cr Mo W 的加入将的加入将 C 276 合金的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力合金的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力 大大提高 大大提高 C 276 合金在海水环境中被认为是惰性的 所以合金在海水环境中被认为是惰性的 所以 C 276 被广泛地应用在海被广泛地应用在海 洋 盐水和高氯环境中 甚至在强酸低洋 盐水和高氯环境中 甚至在强酸低 PH 值情况下 下表是四种金属在值情况下 下表是四种金属在 6 FeCl3 按按 ASTM 标准标准 G 48 执行执行 溶液中发生缝隙腐蚀的对比情况 溶液中发生缝隙腐蚀的对比情况 缝隙腐蚀发生情况缝隙腐蚀发生情况 缝隙腐蚀发生温度 合金 F C 典型 316272 5 AL 6XN11345 Inconel62511345 C 27614060 C 276 合金中高含量的合金中高含量的 Ni 和和 Mo 使其对氯离子应力腐蚀断裂使其对氯离子应力腐蚀断裂也也有很强的抵抗能力 有很强的抵抗能力 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情况 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情况 氯离子应力腐蚀断裂试验情况氯离子应力腐蚀断裂试验情况 弯曲 U 形试样试验时间 Hours 和试验结果 试验溶液 典型 316AL 6XNInconel 625C 276 42 MgCl2 沸腾 失败 24 小时 兼有 1000 小时 抵抗 1000 小时 抵抗 1000 小时 33 LiCl 沸腾 失败 100 小时 抵抗 1000 小时 抵抗 1000 小时 抵抗 1000 小时 26 NaCl 沸腾 失败 300 小时 抵抗 1000 小时 抵抗 1000 小时 抵抗 1000 小时 8 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 二 物理性能二 物理性能 C 276 合金的物理性能如下表所示 合金的物理性能如下表所示 密度 密度 8 908 90g cm3 比热 比热 425J kg k 弹性模量 弹性模量 205Gpa 21 热传导率热传导率 温度热传导率 W m K 1687 3 738 7 2110 2 9311 0 20413 0 31615 1 42717 0 53819 0 线膨胀系数线膨胀系数 线膨胀系数 从 21 到线膨胀系数 10 6 9311 2 20412 0 31612 8 42713 2 53813 4 三 机械性能三 机械性能 典型的典型的 C 276 合金的拉力试验结果如下表所示 其材料是在合金的拉力试验结果如下表所示 其材料是在 1150 退火 并以水退火 并以水 急冷 急冷 力学性能试验值力学性能试验值 9 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 温 度 屈服强度 0 2 Mpa 抗拉强度 b Mpa 延伸率 5 19656596545 10148089550 2141579050 9338072550 20434571050 31631567555 42729065560 53827064060 对对 C 276 合金进行冷变形加工会使其强度增加 合金进行冷变形加工会使其强度增加 在对其进行冲击试验时 在对其进行冲击试验时 V 形槽形槽 冲击试样采用冲击试样采用 10mm 厚的板材 板材要经过退火处理 厚的板材 板材要经过退火处理 如果试样是采用焊接的试样 如果试样是采用焊接的试样 则在同样的温度范围 它会显示出一定的柔韧性 这是因为焊缝的原因 板材冲击试则在同样的温度范围 它会显示出一定的柔韧性 这是因为焊缝的原因 板材冲击试 验结果如下表所示 验结果如下表所示 试验温度 V 形槽试样冲击功 J 196245 21325 200325 C 276 合金和普通奥氏体不锈钢有相似的成形性能 但由于其比普通奥氏体不锈合金和普通奥氏体不锈钢有相似的成形性能 但由于其比普通奥氏体不锈 钢的强度要大 所以 在冷成形加工过程中会有更大应力 此外 这种材料的加工硬钢的强度要大 所以 在冷成形加工过程中会有更大应力 此外 这种材料的加工硬 化速度比普通不锈钢快得多 因此在有广泛冷成形加工过程中 要采取中途退火处理 化速度比普通不锈钢快得多 因此在有广泛冷成形加工过程中 要采取中途退火处理 四 焊接及热处理四 焊接及热处理 C 276 合金的焊接性能和普通奥氏体不锈钢相似 在使用一种焊接方法对合金的焊接性能和普通奥氏体不锈钢相似 在使用一种焊接方法对 C 276 焊焊 接之前 必须要采取措施以使焊缝及热影响区的抗腐蚀性能下降最小 如钨极气体保接之前 必须要采取措施以使焊缝及热影响区的抗腐蚀性能下降最小 如钨极气体保 护焊 护焊 GTAW 金属极气体保护焊 金属极气体保护焊 GMAW 埋弧焊或其他一些可以使焊缝及热影 埋弧焊或其他一些可以使焊缝及热影 响区抗腐蚀性能下降最小的焊接方法 但对于诸如氧炔焊等有可能增加材料焊缝及热响区抗腐蚀性能下降最小的焊接方法 但对于诸如氧炔焊等有可能增加材料焊缝及热 影响区含碳量或含硅量的焊接方法是不适合采用的 影响区含碳量或含硅量的焊接方法是不适合采用的 关于焊接接头形式的选择 可以参照关于焊接接头形式的选择 可以参照 ASME 锅炉与压力容器规范对锅炉与压力容器规范对 C 276 焊接接焊接接 10 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 头的成功经验 头的成功经验 焊接坡口最好采用机械加工的方法 但是机械加工会带来加工硬化 所以对机械焊接坡口最好采用机械加工的方法 但是机械加工会带来加工硬化 所以对机械 加工的坡口处进行焊接前打磨是必要的 加工的坡口处进行焊接前打磨是必要的 焊接时要采用适宜的热输入速度 以防止热裂纹的产生 焊接时要采用适宜的热输入速度 以防止热裂纹的产生 在绝大多数腐蚀环境下 在绝大多数腐蚀环境下 C 276 都能以焊接件的形式应用 但在十分苛刻的环境中 都能以焊接件的形式应用 但在十分苛刻的环境中 C 276 材料及焊接件要进行固溶热处理以获得最好的抗腐蚀性能 材料及焊接件要进行固溶热处理以获得最好的抗腐蚀性能 C 276 合金的焊接可以选择自身作焊接材料或填料金属 如要求在合金的焊接可以选择自身作焊接材料或填料金属 如要求在 C 276 的焊缝中的焊缝中 添加某些成分 象其它镍基合金或不锈钢 并且这些焊缝将暴露在腐蚀环境中时 那添加某些成分 象其它镍基合金或不锈钢 并且这些焊缝将暴露在腐蚀环境中时 那 么 焊接所用的焊条或焊丝则要求有和母材金属耐腐蚀相当的性能 么 焊接所用的焊条或焊丝则要求有和母材金属耐腐蚀相当的性能 哈氏哈氏 C 276 合金材料固溶热处理包括两个过程 合金材料固溶热处理包括两个过程 1 在 在 1040 1150 加热 加热 2 在两分钟之内快速冷却至黑色状态 在两分钟之内快速冷却至黑色状态 400 左右 左右 这样处理后的材料有很好的耐 这样处理后的材料有很好的耐 蚀性能 因此仅对哈氏蚀性能 因此仅对哈氏 C 276 合金进行消应力热处理是无效的 在热处理之前要清理合金进行消应力热处理是无效的 在热处理之前要清理 合金表面的油污等可能在热处理过程中产生碳元素的一切污垢 合金表面的油污等可能在热处理过程中产生碳元素的一切污垢 C 276 合金表面在焊接或热处理时会产生氧化物 使合金中的合金表面在焊接或热处理时会产生氧化物 使合金中的 Cr 含量降低 影响含量降低 影响 耐蚀性能 所以要对其进行表面清理 可以使用不锈钢丝刷或砂轮 接下来浸入适当耐蚀性能 所以要对其进行表面清理 可以使用不锈钢丝刷或砂轮 接下来浸入适当 比例硝酸和氢氟酸的混合液中酸洗 最后用清水冲洗干净 比例硝酸和氢氟酸的混合液中酸洗 最后用清水冲洗干净 11 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 3 Hastelloy C 22 Alloy 哈氏哈氏 C 22 合金合金 一 耐蚀性能和产品形式一 耐蚀性能和产品形式 哈氏哈氏 C 22 合金是一种合金是一种 Ni Cr Mo 合金 它对点蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀和应力腐合金 它对点蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀和应力腐 蚀断裂均有极强的抵抗力 蚀断裂均有极强的抵抗力 Ni Cr Mo 和和 W 的共同作用 使哈氏的共同作用 使哈氏 C 22 合金在较大合金在较大 的氧化和还原性环境范围内具有优异的耐蚀性能 的氧化和还原性环境范围内具有优异的耐蚀性能 下表所示可见 哈氏下表所示可见 哈氏 C 22 合金在大多数苛刻的环境中有突出的耐蚀性能 它对焊合金在大多数苛刻的环境中有突出的耐蚀性能 它对焊 接操作或锻造操作中晶间碳化物的析出和多元相的产生有抵抗性能 接操作或锻造操作中晶间碳化物的析出和多元相的产生有抵抗性能 沸腾溶液中的腐蚀试验数据沸腾溶液中的腐蚀试验数据 试验溶液试样状态合金腐蚀率 mm a C 220 36 C 2760 33HCl 1 普通板 6250 92 C 220 329 C 2760 293HCl 1 焊接态 GTAW 625 C 220 003 C 2760 010H3PO4 20 普通板 6250 010 C 220 003 C 2760 005H3PO4 20 焊接态 GTAW 625 C 220 351 C 2760 353H2SO4 10 普通板 6250 642 C 220 351 C 2760 503H2SO4 10 焊接态 GTAW 625 12 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD C 220 015 C 276 FeCl3 6 普通板 625 C 220 015 C 276 FeCl3 6 焊接态 GTAW 625 下表是以下表是以 ASTM 标准进行的腐蚀试验数据标准进行的腐蚀试验数据 ASTM 测试方法试样状态合金腐蚀率 mm a C 221 63 C 2765 59G28 PracticeA普通板 6250 58 C 221 63 C 276 G28 PracticeA焊接态 GTAW 625 C 220 42 C 2761 14G28 PracticeB普通板 625 89 C 220 36 C 276 G28 PracticeB焊接态 GTAW 625 C 221 72 C 27623 1G28 PracticeC普通板 625 C 221 77 C 27623 4G28 PracticeC焊接态 GTAW 625 C 223 47 C 276 G28 PracticeD普通板 625 C 222 85 G28 PracticeD焊接态 GTAW C 276 13 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 625 G28 PracticeA 沸腾沸腾 Fe2 SO4 3 50 H2SO4 24 小时小时 G28 PracticeB 沸腾沸腾 23 H2SO4 1 2 HCl 1 FeCl3 1 CuCl2 24 小时小时 G28 PracticeC 沸腾沸腾 65 HNO3 5 48 小时暴露在空气中小时暴露在空气中 G28 PracticeD 沸腾沸腾 10 HNO3 3 HF 2 2 小时暴露在空气中小时暴露在空气中 哈氏哈氏 C 22 合金被广泛地应用于烟气脱硫系统 纸浆和造纸工业中的漂白系统 垃合金被广泛地应用于烟气脱硫系统 纸浆和造纸工业中的漂白系统 垃 圾焚化炉 化工厂 制药厂和放射性垃圾储存等工业领域 圾焚化炉 化工厂 制药厂和放射性垃圾储存等工业领域 哈氏哈氏 C 22 合金强度高 并且有良好的延展性 焊接性和成形性能 因此在合金强度高 并且有良好的延展性 焊接性和成形性能 因此在 ASME 和和 ASTM 标准中都有一致的详细叙述 其材料产品形式有板材 带材 管材 棒材和标准中都有一致的详细叙述 其材料产品形式有板材 带材 管材 棒材和 锻件等 锻件等 ASME 和和 ASTM 有关哈氏有关哈氏 C 22 合金材料的标准合金材料的标准 说明 产品形式 ASTMASME 板材 带材B575SB575 B619SB619 管材 有缝 B626SB626 管材 无缝 B622SB622 二 化学成分二 化学成分 化学元素UNS 标准范围 重量百分比 C0 015max S0 02 max Si0 08 max Cr20 0 22 5 Mo12 5 14 5 V0 35 max Co2 50 max W2 50 3 50 Fe2 00 6 00 Ni余量 14 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 三 物理性能三 物理性能 具有典型化学成分的具有典型化学成分的 C 22 合金退火状态下的物理性能 合金退火状态下的物理性能 项目数值单位 22 时的密度8 62g cm3 熔化温度范围1354 1388 53 时的热传导系数9 4W m K 20 217 的热膨胀系数12 44 m m 22 时的比热422J kg 22 时的弹性模量207GPa 四 焊接性能四 焊接性能 哈氏哈氏 C 22 合金的焊接性能非常好 它可以很容易地以钨极气体保护焊 金属极气合金的焊接性能非常好 它可以很容易地以钨极气体保护焊 金属极气 体保护焊 埋弧焊等方法焊接 填料金属要求有与之相匹配的化学成分 体保护焊 埋弧焊等方法焊接 填料金属要求有与之相匹配的化学成分 五 机械性能五 机械性能 哈氏哈氏 C 22 合金具有良好的热加工性能 其退火状态室温下的机械性能如下表所示 合金具有良好的热加工性能 其退火状态室温下的机械性能如下表所示 测试板材厚度范围测试板材厚度范围 4 76mm 到到 50 8mm 项目典型板材ASTM B575 屈服强度 0 2 变形 345MPa310 MPa 抗拉强度724MPa690 MPa 延伸率 51mm 67 45 硬度87HRB100 HRB 最小最小 最大最大 15 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 16 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 4 Hastelloy C 59 Alloy 哈氏哈氏 C 59 合金合金 一 引言一 引言 C 59 是一种超低碳是一种超低碳 Ni Cr Mo 合金 具有优异的耐蚀性能和高机械强度 其性质合金 具有优异的耐蚀性能和高机械强度 其性质 有如下几条 有如下几条 1 在氧化性和还原性条件下有广泛的耐蚀性能 在氧化性和还原性条件下有广泛的耐蚀性能 2 对点蚀和缝隙腐蚀有良好的抵抗力 同时对氯致应力腐蚀断裂有免疫特性 对点蚀和缝隙腐蚀有良好的抵抗力 同时对氯致应力腐蚀断裂有免疫特性 3 对无机酸如硝酸 磷酸 硫酸 盐酸和硫酸盐酸混合酸有良好的耐蚀性能 对无机酸如硝酸 磷酸 硫酸 盐酸和硫酸盐酸混合酸有良好的耐蚀性能 4 对含有杂质的无机酸同样有良好的耐蚀性能 对含有杂质的无机酸同样有良好的耐蚀性能 5 对 对 40 以下任何浓度的盐酸有良好的耐蚀性能 以下任何浓度的盐酸有良好的耐蚀性能 6 被许可在 被许可在 196 450 之间使用于压力容器上 之间使用于压力容器上 7 7 被 被 NACE 标准标准 MR 01 75 级许可使用在酸气环境下 级许可使用在酸气环境下 NACE 是美国和印度的国家电子顾问委员会是美国和印度的国家电子顾问委员会 二 化学成分二 化学成分 C 59 合金的化学成分表如下所示 合金的化学成分表如下所示 化学成分化学成分 NiCrFeCMnSiMoCoAlPS Min22 015 00 1 Max 余量 24 01 50 0100 50 0116 50 30 40 0150 005 三 耐蚀性能和应用三 耐蚀性能和应用 C 59 合金是一种有极低含碳量和含硅量的合金是一种有极低含碳量和含硅量的 Ni Cr Mo 合金 在热加工和焊接过程合金 在热加工和焊接过程 中不倾向于产生中间相 所以此合金可以应用于化工过程中的氧化性和还原性介质 中不倾向于产生中间相 所以此合金可以应用于化工过程中的氧化性和还原性介质 由于有较高的含由于有较高的含 Ni Cr Mo 的含量 的含量 C 59 对氯离子有良好的耐蚀性能 在涉及对氯离子有良好的耐蚀性能 在涉及 氧化性环境的标准腐蚀试验中已经证实 氧化性环境的标准腐蚀试验中已经证实 C 59 合金有比其它合金有比其它 Ni Cr Mo 合金更高级的合金更高级的 性能 性能 C 59 合金在还原性环境中有良好的耐蚀性能 例如 合金在还原性环境中有良好的耐蚀性能 例如 10 沸腾硫酸溶液中的腐沸腾硫酸溶液中的腐 蚀率是其它蚀率是其它 Ni Cr Mo 合金的合金的 1 3 左右 在盐酸环境下同样有很好的耐蚀性能 左右 在盐酸环境下同样有很好的耐蚀性能 下面两表是不同腐蚀试验情况 下面两表是不同腐蚀试验情况 17 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD C 276 和和 C 59 试验对比试验对比 腐蚀率 mm a 试验介质 C 276C 59 ASTM G28A 沸腾 24 小时5 0 6 00 625 ASTM G28B 沸腾 24 小时1 50 1 三种不同合金在不同溶液中腐蚀试验三种不同合金在不同溶液中腐蚀试验 腐蚀率 mm a 试验介质 Inconel625C 276C 59 10 H2SO4沸腾 3 7 天1 0 1 20 5750 15 20 H2SO4 15000ppm Cl NaCl 3 7 天 80 0 030 080 03 50 H2SO4 15000ppm Cl NaCl 3 7 天 50 0 650 420 38 98 5 H2SO4 3 7 天 150 200 0 28 0 15 下表是三种合金的下表是三种合金的 CPT 和和 CCCT 试验情况试验情况 合金CPTCCCT Inconel625100 85 95 C 276115 120 105 C 59 130 110 试验溶液 试验溶液 7Vol H2SO4 3Vol HCl 1 CuCl2 1 FeCl3 6H2O 绿色死亡溶液绿色死亡溶液 时效时效 24 小时后 以小时后 以 5 递增 递增 应用 应用 C 59 合金在化工 石油化工 能源和环保工程等 合金在化工 石油化工 能源和环保工程等 1 含氯有机过程设备 尤其是在有卤族酸性催化剂存在的情况下 含氯有机过程设备 尤其是在有卤族酸性催化剂存在的情况下 2 纸浆和造纸工业中的溶解和漂白系统设备 纸浆和造纸工业中的溶解和漂白系统设备 3 焚化炉和烟气脱硫系统的预热器 阀门 叶轮等元件 焚化炉和烟气脱硫系统的预热器 阀门 叶轮等元件 4 酸气处理系统设备和元件 酸气处理系统设备和元件 5 醋酸和醋酐反应器 醋酸和醋酐反应器 6 硫酸冷凝器 硫酸冷凝器 18 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 四 物理性能四 物理性能 密度 密度 8 6g cm3 熔点范围 熔点范围 1310 1360 磁导率 磁导率 20 RT 1 001 高温下的物理性能高温下的物理性能 温度 比热 J kg k 热传导系数 W m k 电阻率 cm 弹性模量 GPa 室温到 T 的热 膨胀系数 10 6 k 2041410 4126210 10042512 112720711 9 20043413 712920012 2 30044315 413119612 5 40045117 013319012 7 50045918 613418512 9 60046420 413317813 1 五 力学性能五 力学性能 下表是下表是 C 59 合金固溶处理状态的力学性能表 合金固溶处理状态的力学性能表 室温下的最小力学性能室温下的最小力学性能 产品形式 尺寸 mm 0 2 屈服强度 Mpa 1 0 屈服强度 Mpa 抗拉强度 Mpa 延伸率 5 薄板和带材 0 5 6 4 板 5 0 30 棒 100 34038069040 力学值依据德国国家标准力学值依据德国国家标准 VdT V 数据数据 505 下表是依据德国国家标准下表是依据德国国家标准 VdT V 数据数据 505 在高温下的力学性能值 在高温下的力学性能值 19 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPECIAL METAL EQUIPMENT CO LTD 0 2 屈服强度 1 0 屈服强度 抗拉强度 温度 MPaksiMPaksiMPaksi 延伸率 5 93 43 4895 91 100 290 330650 620 200 250 290615 585 204 36 4289 85 300 220 260580 550 316 31 3784 80 400 190 230545 515 427 26 3277 74 450175 215525 495 50 对于板厚度在对于板厚度在 30 50mm 之间的材料 其屈服强度值要减去之间的材料 其屈服强度值要减去 20MPa 只针对棒材只针对棒材 最大许用应力最大许用应力 锻件 棒 板 带 材料温度 MPaksi 3825 0 9325 0 100172 14924 7 200161 20423 3 26022 0 300147 31620 9 34320 4 37119 8 39919 4 400134 焊接管件的焊缝系数取焊接管件的焊缝系数取 0 85 20 南京斯迈柯特种金属装备有限公司南京斯迈柯特种金属装备有限公司 NANJING SME SPE