哈氏合金管的介紹及焊接
一．哈氏合金目前主要分為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)場合。?
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)。
二、典型哈氏合金化學(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)變硬化傾向極強(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。?
四、常用哈氏合金?
1：Hastelloy?B-2?alloy(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。??
眾所周知，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，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(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。
現(xiàn)今，我國和世界各國指定的有關(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?
密度：9.2g/cm3,?熔點(diǎn)：1330~1380℃，磁導(dǎo)率：(℃，RT)≤1.001?
三、化學(xué)成分
五、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(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。為了確保有最好的耐蝕性能，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(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)；對裝爐溫度、加熱和冷卻時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制；裝爐前，對熱處理件進(jìn)行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件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，對它的加工硬化要有清醒的認(rèn)識(shí)，例如：相對于標(biāo)準(zhǔn)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(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。(所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊)
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”溶液中的腐蝕對比試驗(yàn)情況。
二、物理性能?
密度：8.90g/cm3,?比熱：425J/kg/k,?彈性模量：205Gpa(21℃)?
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。?
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(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?
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，所以要對其進(jìn)行表面清理。可以使用不銹鋼絲刷或砂輪，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。