哈氏合金的選用

張汝松，李志國，劉昌峰

(山東山大華特環(huán)保工程有限公司，山東濟(jì)南 250061)

哈氏合金的選用

張汝松，李志國，劉昌峰

(山東山大華特環(huán)保工程有限公司，山東濟(jì)南 250061)

哈氏合金是強(qiáng)度高、耐腐蝕性優(yōu)良的金屬材料，在近百年的生產(chǎn)和研究中不斷創(chuàng)新與發(fā)明，在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。合理地選用該材料，可以提高裝置的壽命。該文介紹了哈氏合金的發(fā)展歷史幾種哈氏合金的發(fā)展由來逐步解決的有關(guān)問題，特別是不斷出現(xiàn)的新的哈氏合金的特性，各種類型合金、成分及性能。詳細(xì)介紹了常用合金的化學(xué)、機(jī)械性能和耐腐蝕性能;并介紹了哈氏合金的焊接方法。介紹了哈氏合金在化工、環(huán)保、設(shè)備制造等領(lǐng)域的應(yīng)用及注意事項，并對哈氏合金的使用提供了建議，特別是在石化等行業(yè)對耐蝕性要求特別高的領(lǐng)域哈氏合金的選用。

哈氏合金 類型 選用 焊接

雖然哈氏合金的價格通常會讓很多用戶望而卻步，但它有著其他材料所無法比擬的綜合耐腐蝕性能，在一些情況下，不銹鋼無法勝任，而哈氏合金制造的設(shè)備在使用十年之后腐蝕不到1 mm。因此，哈氏合金在工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 哈氏合金種類

哈氏合金的名稱源于Hastelloy?，是美國哈氏合金國際公司(Haynes International，INC.)前身的Haynes Stellite Work(哈茨鈷鉻鎢工廠)于1921年創(chuàng)立于美國印地安那州 Kokomo。在近百年的生產(chǎn)和研究中不斷創(chuàng)新與發(fā)明，從而在高合金領(lǐng)域穩(wěn)居世界首位。

哈氏合金是鎳基合金中的Ni-Mo系、Ni-Cr-Mo系及Ni-Si系耐蝕耐熱合金。它的密度:9.2 g/cm3，熔點(diǎn):1 330～1 380℃，磁導(dǎo)率:(℃，RT)≤1.001。哈氏合金種類有 Hastelloy A、Hastelloy B、Hastelloy C、Hastelloy D、Hastelloy F、Hastelloy G、Hastelloy N、Hastelloy X 及 Hastelloy W等牌號［1］。文獻(xiàn)［2］中介紹的Hastelloy X主要成分(%) 是 C ≤0.115，Cr≤22.0，Mo ≤9.0，F(xiàn)e ≤20及Ni余。

2 常用哈氏合金

目前工業(yè)中哈氏合金的應(yīng)用主要分為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(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場合。

2.1 哈氏C系列合金(Hastelloy? C-series)

C系列合金是低碳硅型Ni-Mo-Cr合金，鉻能在合金表面形成致密的氧化膜(鈍化)，提供抗氧化環(huán)境能力，鉬能提供抗還原環(huán)境能力。C系列合金可以在氧化和還原狀態(tài)下，具有出色的耐點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂性能。C系列合金是應(yīng)用最廣泛的合金，尤其是超低碳型鎳基哈氏合金 Hastelloy C-276(國內(nèi)牌號 NS334［3］)，是一種含鎢的鎳-鉻-鉬鍛造的合金。它以極低的硅、碳含量，特殊的物理、力學(xué)和耐腐蝕性能，在200～1 090℃能耐各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，被認(rèn)為是“萬能的抗腐蝕合金”，在化學(xué)、石油工業(yè)等較為苛刻的工作環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用，解決了一般不銹鋼和其他金屬、非金屬材料無法解決的腐蝕問題［4］。Hastelloy C-2000合金是目前市場上最萬能的Ni-Cr-Mo合金。它在氧化性酸和還原性酸中都具有比其他C系列合金更好的抗均勻/局部腐蝕能力，對氫氟酸和含氟介質(zhì)有無與倫比的抵抗能力。類似于C-276合金極佳的成型、焊接性能。C-276雖然獲得巨大的成功，但它焊接區(qū)域的性能仍然不理想，Hastelloy C-22的出現(xiàn)不僅解決這個問題而且在大多數(shù)情況下都達(dá)到了更好的耐腐蝕性能。目前最新的Ni-Cr-Mo合金即Hastelloy C-22HS合金，具有優(yōu)異的抗腐蝕性和加倍的強(qiáng)度。抗腐蝕性能和Hastelloy C-22合金類似，可以通過適當(dāng)?shù)臒崽幚韥碓黾訌?qiáng)度。由于Hastelloy C-22HS可以通過熱處理來達(dá)到2倍的強(qiáng)度。它可以用來制作軸或者攪拌裝置。由于材料的強(qiáng)度高，可以減少材料用量來減少總體成本。

表1 哈氏C系列合金發(fā)展歷史Table 1 History Of Hastelloy C-Series

2.2 哈氏B系列合金(Hastelloy?B-series)

B系列合金為Ni-Mo合金，它是針對完全還原的環(huán)境，具有最優(yōu)越的抗腐蝕性能。對鹽酸、氯化氫氣體、硫酸、醋酸等有良好的耐腐蝕性能。當(dāng)溶液中有氧化性離子(鐵、銅離子)時，將會加速材料的腐蝕。B系列合金由于它性能的特殊性，應(yīng)用相對比較集中，其中最主要的就是醋酸生產(chǎn)(羰基合成法)，還有一些硫酸回收系統(tǒng)中也用到該系列合金。

表2 哈氏B系列合金發(fā)展歷史Table 2 History Of Hastelloy B-Series

2.3 哈氏G系列合金(Hastelloy? G-series)

G系列合金為Ni-Cr-Fe合金(G-35合金除外)。Hastelloy G系列合金對強(qiáng)氧化性的環(huán)境有著極佳的抵抗能力。高的鉻含量使該系列的合金在抗氧化性方面非常出眾，加上少量的銅含量，增強(qiáng)了抗硫酸及氫氟酸的能力。尤其是含有雜質(zhì)的磷酸，被廣泛用于磷酸以及其他混合酸的環(huán)境。Hastelloy G-35合金對強(qiáng)堿溶液有很好的抵抗能力，包括質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，溫度為140℃苛性鈉。當(dāng)堿性環(huán)境中含高濃度的氯化物而純鎳無法適應(yīng)的時候，它是最好的候選材料。Hastelloy G-35合金對強(qiáng)氧化性的混合酸有極好的抵抗能力，如硝酸與氫氟酸的混合酸，這是它成為制作鋼廠酸洗罐和酸洗設(shè)備夾具的最佳材料。

表3 哈氏G系列合金發(fā)展歷史Table 3 History Of Hastelloy G-Series

3 哈氏合金選用

哈氏合金的延展性和韌性好于不銹鋼，但其材料的強(qiáng)度比不銹鋼大1.5倍，且耐腐蝕性好，故設(shè)計選用時可取較小的腐蝕裕度。常見哈氏合金的機(jī)械性能見表4。哈氏合金的車削加工有一定的難度，與不銹鋼相比其加工時間更長。哈氏合金的最大許用應(yīng)力可參照ASME第Ⅱ篇D部分，目前我國多應(yīng)用美國的ASME、ASTM和日本JIS材料標(biāo)準(zhǔn)［5］。常見供貨商提供的哈氏合金材料有:板材或線材、帶材、卷材、棒材、管材(焊管、無縫管)、鍛件、法蘭和連接件等。

國內(nèi)在相當(dāng)多的行業(yè)中已經(jīng)應(yīng)用了哈氏合金系列，如化工行業(yè)(PTA，醋酸/酐，丙烯酸等);環(huán)境工程行業(yè)(污水處理、垃圾滲透液處理);紙漿和造紙;板式換熱器行業(yè)等。還有很多行業(yè)雖然在國外已經(jīng)應(yīng)用了哈氏合金，而國內(nèi)仍在試驗階段，如制藥行業(yè)等。

哈氏合金通常具有良好的可焊性，無特殊要求，可進(jìn)行異種金屬的焊接。適合采用任何傳統(tǒng)焊接工藝焊接，如鎢電極惰性氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、手工亞弧焊、金屬極惰性氣體保護(hù)焊、熔化極惰性氣體保護(hù)焊。焊接操作應(yīng)在規(guī)定的低熱量輸入下進(jìn)行，層間溫度不超過120℃，并采用窄焊道技術(shù)，注意正確選擇電焊絲和電焊條的直徑。熱量的輸入按下面的公式計算:

其中:U:弧電壓，V;I:焊接電流，A;V:焊接速度，cm/min。

表4 常用哈氏合金的機(jī)械性能Table 4 Used the mechanical properties of Hastelloy

表5 常用哈氏合金的腐蝕速度Table 5 The corrosion rate of Hastelloy common mm/a

若沒有特別要求或規(guī)定，酸洗通常是焊接中的最后一道工序，一般情況下酸洗由專業(yè)工廠完成。若工件質(zhì)量要求極高，焊完后，當(dāng)材料仍處于高溫時就應(yīng)立即用不銹鋼刷刷去氧化物，這樣通常能得到理想的表面狀態(tài)，也能徹底地清除氧化物。焊接部位的檢查可采用非破壞性檢驗，可采用射線檢測和滲透檢測，不能采用磁粉檢測和超聲波檢測［6］。

4 結(jié)語

哈氏合金是強(qiáng)度高、腐蝕性優(yōu)秀的金屬材料，合理地選用該材料，可以提高裝置的壽命。而且其一直在不斷發(fā)展，衍生出新的合金材料，推動工業(yè)的發(fā)展。我們可以針對各種行業(yè)的特殊環(huán)境進(jìn)行選用。

［1］陳恭珉.哈氏合金及其應(yīng)用［J］.上海化工，2004，(10):55-56.

［2］(日)鑄物便覽.改訂3版，1990.

［3］王致宏.哈氏合金設(shè)備的設(shè)計與施工［J］.化肥設(shè)計，2003，(41):26-28.

［4］樂精華.耐蝕閥門用哈氏合金［J］.閥門，2003(1):34-36.

［5］蒂森克虜伯不銹鋼公司:Nicrofer? 5716 hMoW 合金C-276.

［6］中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊第二卷［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001:

Selection of Hastelloy Steel

Zhang Rusong，Li Zhiguo，Liu Changfeng
(Shandong Dahuate Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Jinan，Shandong 250061)

Hastelloy，which is a high － strength steel material with excellent corrosion resistance，has been widely and increasingly applied in industries along with its continuous innovation and development in about one hundred years＇production and research.Appropriate selection of this material can extend the service life of the process units.Here described are the development history of Hastelloy，the development of several Hastelloys and problems solved in the development as well as properties， types， compositions and performances of Hastelloy steels， corrosion resistance performances， chemical and mechanical performances and welding techniques.The applications of Hastelloy steel in chemical production，environmental protection and equipment manufacturing industries and associated precautions are discussed.The steel can be selected for highly corrosive services in petrochemical industry and other special services.

Hastelloy，type，selection welding

TG135+1

B

1007－015X(2012)01－0033－03

2011－09－ 19;修改稿收到日期:2011－12－19。

張汝松(1970－)，工程師，1996年畢業(yè)于南京化工大學(xué)，化學(xué)工程專業(yè)，本科，長期從事化工、環(huán)保技術(shù)工作。

(編輯 王菁輝)