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哈氏合金管特材性能及介紹 和不銹鋼的區(qū)別
原標題:哈氏合金管的特點及介紹 不銹鋼和不銹鋼的區(qū)別
國內外鎳基高溫合金材料總和
介紹哈氏合金管特殊材料的性能 不銹鋼和不銹鋼的區(qū)別
哈氏合金有很多人不能做任何材料,其實我們在很多日用品中都接觸過哈氏合金。比如我們用的刀都加了哈氏合金。今天我們來看看哈氏合金和不銹鋼的區(qū)別。
什么是哈氏合金?
哈氏合金屬于鎳基合金;屬于比較難加工的材料; 建議使用整體刀具來提高刀具的剛度。若刀具采用硬質合金,效率較低。若選用韌性好的金屬陶瓷刀具,可提高效率。鎳基或鈷基高溫合金可用于精加工CBN刀具。
合金廣泛應用于化工和石化領域, 在含氯化物有機物的元件和催化系統(tǒng)中。該材料特別適用于海水腐蝕環(huán)境中的惡無機酸和有機酸(如甲酸和乙酸)。
哈氏合金和不銹鋼的區(qū)別
事實上,差異很容易理解。兩者之間仍然存在差異。首先,讓我們來看看哈氏合金。鎳基合金通常被理解為基于鎳的合金,即鎳的比例最高,通常超過50%,如蒙乃爾合金和哈氏合金B(yǎng),C不銹鋼本質上是一種鋼,所以鐵的比例最高。例如304L,鎳占9%,但鐵含量超過70%,是不銹鋼。
鎳基合金是指650~1000℃合金強度高,耐氧化腐蝕性強。分為鎳耐熱合金、鎳耐腐蝕合金、鎳耐磨合金、鎳精密合金、鎳形記憶合金等。高溫合金分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。鎳基高溫合金稱為鎳基合金。
今日,讓我們來了解一下哈氏合金的相關知識:
哈氏合金(Hastelloy alloy)
一、引言
目前哈氏合金主要分為鎳基合金B(yǎng)、C、G三個系列,主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等不能使用的強腐蝕泛應用于石油、化工、環(huán)保等領域。其品牌號和典型使用場合如下表所示。
為了提高哈氏合金的耐腐蝕性和冷熱加工性能,哈氏合金先后進行了三次重大改進, 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)
目前第二代材料應用最廣泛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)正處于推廣階段。由于冶金技術的進步,近年來出現(xiàn)了多個品牌~6%Mo所謂超級不銹鋼
二、典型的哈氏合金化學成分
三、力學性能
哈氏合金機械性能突出,強度高,韌性高,加工難度大,應變硬化傾向強。由于冶金技術的進步,近年來出現(xiàn)了多個品牌~6%Mo所謂超級不銹鋼
二、典型的哈氏合金化學成分
三、力學性能
哈氏合金機械性能突出,強度高,韌性高,加工難度大,應變硬化傾向強。當變形率達到15%時,約為18-8不銹鋼的兩倍。隨著變形率的增加,哈氏合金仍有中溫敏化區(qū)。哈氏合金在高溫下容易吸收有害元素,降低其機械性能和耐腐蝕性。
四、常用哈氏合金
1:Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)
一、耐腐蝕性
哈氏B-碳含量和硅含量極低Ni-Mo合金,它減少了碳化物等相的沉淀,從而保證了即使在焊接狀態(tài)下也具有良好的耐腐蝕性。 哈氏B-2合金在各種還原介質中具有優(yōu)異的耐腐蝕性,能承受任何溫度和鹽酸濃度的耐腐蝕性。當非氧化硫酸、磷酸、高溫醋酸、甲酸等有機酸、溴酸和氯化氫具有優(yōu)異的耐腐蝕性時,也能抵抗鹵素催化劑的腐蝕。因此,哈氏B-2合金通常用于鹽酸蒸餾和濃縮等各種苛刻的石化工藝;乙苯烷基化和低壓堿合成醋酸。但在哈氏B-在合金多年的工業(yè)應用中發(fā)現(xiàn):
?。?)哈氏B-對晶間腐蝕性能影響較大的兩個敏化區(qū):1200~1300℃550~900的高溫區(qū)℃的中溫區(qū);
?。?)哈氏B-由于枝晶偏析,金屬間相和碳化物沿晶界沉淀在合金焊縫金屬和熱影響區(qū),使其對晶間腐蝕更敏感;
(3)哈氏B-2合金溫度穩(wěn)定性差。當哈氏B-當合金中的鐵含量降至2%以下時,合金對β相(即Ni4Mo相,一種有序的金屬間化合物)變化敏感。當哈氏B-當合金中的鐵含量降至2%以下時,合金對β相(即Ni4Mo相,一種有序的金屬間化合物)變化敏感。650~750合金℃在溫度范圍內停留時間稍長,β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敏感,甚至導致哈氏B-在原材料生產(如熱軋)和設備制造過程中(如哈氏)合金B(yǎng)-焊接合金設備焊接后的整體熱處理B-2合金設備在服務環(huán)境中開裂。如今,中國和世界各國指定的哈氏B-常壓沸騰鹽酸法是合金抗晶間腐蝕性能的標準試驗方法,評價方法為失重法。因為哈氏B-2合金是一種耐鹽酸腐蝕的合金,因此常壓沸騰鹽酸法檢測哈氏B-2合金晶間腐蝕傾向相當不敏感。國內科研機構采用高溫鹽酸法B-2合金研究發(fā)現(xiàn):哈氏:B-合金的耐腐蝕性不僅取決于其化學成分,還取決于其熱處理的控制過程。當熱加工工藝控制不當時,哈氏B-2合金不僅晶粒生長,而且淀水也很高Mo的σ此時,哈氏B-粗晶粒板與正常板的晶界浸蝕深度相差約為2倍。
二、物理性能
哈氏B-合金的物理性能如下表所示。密度:9.2g/cm3, 熔點:1330~1380℃,磁導率:(℃,RT)≤1.001
三、化學成分
四、機械性能
哈氏B-合金的一般機械性能如下表所示 最小機械性能值(參考)室溫DIN/ASTM標準)
高溫下最小機械性能值:圖
五、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保持表面清潔并遠離污染物是非常重要的。如果哈氏B-在含硫、磷、鉛或其它低熔點金屬污染物的環(huán)境中加熱合金會變脆。如果哈氏B-2合金在含硫、磷、鉛或其他低熔點金屬污染物的環(huán)境中加熱會變脆。這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、溫度指示漆、油脂、液體和煙氣。這種煙氣必須含硫量低;比如天然氣和液化石油氣的硫含量不超過0.1%,城市空氣的硫含量不超過0.25g/m三、燃料油硫含量不超過0.5%合格。 加熱爐的氣體環(huán)境要求為中性環(huán)境或輕還原環(huán)境,不能在氧化還原之間波動。爐內火焰不能直接影響哈氏族B-2合金。同時,材料應以最快的加熱速度加熱到所需的溫度,即加熱爐的溫度應上升到所需的溫度,然后放入爐中加熱。
2:熱加工 哈氏B-900~1160合金℃熱加工應在范圍內進行,加工后應用水淬火。熱加工后應退火,以保證最佳耐腐蝕性。
3:冷加工 冷加工加工B-合金必須固溶。成型設備應仔細考慮,因為其加工硬化率遠高于奧氏體不銹鋼。若實施冷成型工藝,則必須進行等級退火。 冷加工變形超過15%時,使用前應固溶。
4:熱處理 固溶熱處理溫度應控制在1060~1080℃水冷淬火或材料厚度為1.5mm為了獲得最佳的耐腐蝕性,可以快速冷卻。在任何加熱操作過程中,操作過程中提前清潔。哈氏合金材料或設備部件在熱處理中應注意以下問題:不銹鋼加固環(huán)應用于防止設備部件熱處理變形;嚴格控制裝載溫度、加熱和冷卻時間;裝載前,預處理熱處理件,防止熱裂紋;熱處理后,熱處理件應為100%PT;熱處理過程中發(fā)生熱裂紋,經(jīng)打磨消除后需要補焊的,應采用專用補焊工藝。
5:除垢 哈氏B-磨削合金表面的氧化物和焊縫附近的污漬。 由于哈氏B-2合金對氧化介質敏感,因此在酸洗過程中會產生更多的氮氣。
6:機加工 哈氏B-2合金應在退火狀態(tài)下進行機械加工,并對其加工硬化有清晰的認識。例如,與標準奧氏體不銹鋼相比,表面切割速度慢,表面硬化層進料量大,刀具應連續(xù)工作。
7:焊接 哈氏B-合金焊縫金屬和熱影響區(qū)容易沉淀β相而導致貧Mo,因此,哈氏容易產生晶間腐蝕B-2合金焊接工藝應謹慎制定,嚴格控制。一般焊接工藝如下:焊料的選擇ERNi-Mo7;焊接方法GTAW;控制層間溫度不大于1200℃;焊絲直徑φ2.4、φ3.2.焊接電流90~150A。同時,焊絲、焊接件坡口及相鄰部位應進行去污脫脂。 哈氏B-2合金的熱傳導系數(shù)遠小于鋼。如果選擇單V坡口,坡口角度應為70°左右,熱輸入量低。 焊后熱處理可消除殘余應力,提高抗應力腐蝕斷裂性能。
2: Hastelloy C-276合金(哈氏C-276合金)
一、耐腐蝕性
哈氏C-276合金屬于鎳鉬鉻鐵鎢鎳基合金。它是現(xiàn)代金屬材料中最耐腐蝕的。耐濕氯、各種氧化氯、氯化鹽溶液、硫酸和氧化鹽在低溫和中溫鹽酸中具有良好的耐腐蝕性。因此,近30年來,廣泛應用于化工、石化、煙氣脫硫、紙漿、造紙、環(huán)保等惡劣腐蝕環(huán)境。 哈氏C-276合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)都是典型的,但不能作為標準,特別是在未知的環(huán)境中,必須經(jīng)過測試才能選擇材料C-276合金不夠Cr熱濃硝酸等耐強氧化環(huán)境的腐蝕。該合金的產生主要針對化工環(huán)境,特別是在混合酸的情況下,如煙氣脫硫系統(tǒng)的出口管。下表是四種合金在不同環(huán)境下的腐蝕對比 自熔鎢極氬弧焊用于試驗焊接樣品。
四種金屬在不同環(huán)境下的腐蝕對比試驗
哈氏C-在這種環(huán)境下,276合金可用作燃煤系統(tǒng)的煙氣脫硫部件C-276是最耐腐蝕的材料。下表是C-276合金和典型的316腐蝕對比試驗在煙氣模擬系統(tǒng)綠色死亡溶液中。
綠色死亡溶液在腐蝕對比試驗中
從上表可以看出,C-合金對氯離子酸鹽溶液具有良好的耐腐蝕性。 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點蝕性和間隙腐蝕性大大提高。C-因此,276合金在海水環(huán)境中被認為是惰性的C-276廣泛應用于海洋、鹽水和高氯環(huán)境,甚至強酸和低氯環(huán)境PH在Cl3(按ASTM標準G-48執(zhí)行)溶液中間隙腐蝕的比較。 間隙腐蝕
1%CuCl2 1?Cl3 從上表可以看出,C-合金對氯離子酸鹽溶液具有良好的耐腐蝕性。 哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點蝕性和間隙腐蝕性大大提高。C-因此,276合金在海水環(huán)境中被認為是惰性的C-276廣泛應用于海洋、鹽水和高氯環(huán)境,甚至強酸和低氯環(huán)境PH在Cl3(按ASTM標準G-48執(zhí)行)溶液中間隙腐蝕的比較。
間隙腐蝕
間隙腐蝕產生溫度 合金 °F
°C 典型316 27 2.5 AL-6XN 113 45 Inconel625 113 45 C-276 140 60 C-276合金含量高Ni和Mo它還具有很強的抗氯離子應力腐蝕斷裂性。下表是四種金屬在不同氯離子溶液中的應力腐蝕斷裂試驗。
氯離子應力腐蝕斷裂試驗
二、物理性能
C-如下表所示: 密度:8.90g/cm3, 比熱:425J/kg/k, 彈性模量:205Gpa(21℃)
熱傳導率
線膨脹系數(shù)
三、機械性能
典型的C-如下表所示,276合金的拉伸試驗結果為1150℃以水急冷退火
力學性能試驗值
對C-冷變形加工276合金會增加其強度。沖擊試驗時,V10采用形槽沖擊樣品mm厚板(板應退火),如果樣品是焊接樣品,則在相同的溫度范圍內,由于焊縫,會表現(xiàn)出一定的靈活性。沖擊試驗時,V10采用形槽沖擊樣品mm厚板(板應退火),如果樣品是焊接樣品,則在相同的溫度范圍內,由于焊縫,會表現(xiàn)出一定的靈活性。板沖擊試驗結果如下表所示。
C-276合金與普通奧氏體不銹鋼具有相似的成形性能。但由于其強度大于普通奧氏體不銹鋼,在冷成型過程中應力較大。此外,該材料的加工硬化速度遠快于普通不銹鋼,因此在廣泛的冷成型過程中,應采用中途退火處理。
四、焊接及熱處理
C-276合金的焊接性能與普通奧氏體不銹鋼相似C-焊接前必須采取措施,盡量減少焊縫和熱影響區(qū)的耐腐蝕性,如鎢極氣體保護焊接(GTAW)、金屬極氣體保護焊(GMAW)、埋弧焊或其他焊接方法可以最大限度地降低焊縫和熱影響區(qū)的耐腐蝕性。但不適用于氧炔焊等可能增加材料焊縫和熱影響區(qū)碳含量或硅含量的焊接方法。 可參考焊接接頭形式的選擇ASME與壓力容器標準相比C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗。 焊接坡口最好采用機械加工方法,但機械加工會帶來加工硬化,所以焊接前需要對加工坡口進行拋光。 焊接時應采用適當?shù)臒彷斎胨俣?,以防止熱裂紋。 在絕大多數(shù)腐蝕環(huán)境下,C-可采用焊接件的形式。但在非常惡劣的環(huán)境中,C-為了獲得最佳的耐腐蝕性,熱處理,以獲得最佳的耐腐蝕性。 C-焊接276合金可選用自己的焊接材料或填料金屬。如要求在C-在276焊縫中添加一些成分,如其他鎳基合金或不銹鋼。當這些焊縫暴露在腐蝕環(huán)境中時,焊條或焊絲需要與母金屬具有相同的耐腐蝕性。 哈氏C-固溶熱處理276合金材料包括兩個工藝;
?。?)在1040℃~1150℃加熱;
(2)兩分鐘內迅速冷卻至黑色(400)℃處理后的材料具有良好的耐腐蝕性。所以只對哈氏C-276合金消應力熱處理無效。在熱處理過程中,應清理合金表面的油污等可能產生碳的污垢。 C-焊接或熱處理時,276合金表面會產生氧化物,使合金中的氧化物Cr降低含量,影響耐腐蝕性,應清潔表面??捎貌讳P鋼絲刷或砂輪浸泡在適當比例的硝酸和氫氟酸混合物中酸洗,最后用清水沖洗。
3:Hastelloy C-22 Alloy(哈氏C-22合金)
一、耐腐蝕和產品形式
哈氏C-22合金是一種Ni-Cr-Mo合金對點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕斷裂有很強的抵抗力。Ni、Cr、Mo與W的共同作用使哈氏C-22合金在氧化還原環(huán)境范圍內具有優(yōu)異的耐腐蝕性。 哈氏C-22合金在大多數(shù)惡劣環(huán)境下具有突出的耐腐蝕性,對焊接或鍛造過程中晶間碳化物的沉淀和多相產生具有抵抗力。
哈氏C-22合金廣泛應用于漂白系統(tǒng)、垃圾焚燒爐、化工廠、制藥廠和煙氣脫硫系統(tǒng)、紙漿和造紙行業(yè)的放射性垃圾儲存。 哈氏C-合金強度高,延展性好,焊接性好,成型性好ASME和ASTM標準中有一致的詳細描述。板材、帶材、管材、棒材、鍛件等。
二、化學成分
三、物理性能
典型的化學成分C-22合金退火狀態(tài)下的物理性能
四、焊接性能
哈氏C-22合金具有良好的焊接性能。通過鎢極氣體保護焊、金屬極氣體保護焊、埋弧焊等方法易于焊接。填料金屬需要匹配的化學成分。 五、機械性能 哈氏C-22合金具有良好的熱加工性能。如下表所示,試驗板的厚度范圍為4.76mm到50.8mm.
圖*最小 **最大
4:Hastelloy C-59 Alloy(哈氏C-59合金)
一、引言
C-59是一種超低碳Ni-Cr-Mo耐腐蝕性好,機械強度高。其性質如下:
1.在氧化還原條件下具有廣泛的耐腐蝕性;
2.對點蝕和縫隙腐蝕具有良好的抵抗力,對氯應力腐蝕斷裂具有免疫特性。
3.對硝酸、磷酸、硫酸、鹽酸、硫酸等無機酸具有良好的耐腐蝕性;
4.對含雜質的無機酸也有良好的耐腐蝕性;
5、對40℃以下任何濃度的鹽酸都具有良好的耐腐蝕性;
6許可在-196-450℃兩者用于壓力容器;
7、被NACE標準MR-01-75 Ⅶ等級許可證用于酸氣環(huán)境。 (NACE是美印國家電子顧問委員會)
二、化學成分
C-59合金化學成分表如下所示。
化學成分
三、耐腐蝕性和應用
C-59合金含碳量和硅含量極低Ni-Cr-Mo合金加工和焊接過程中,合金不傾向于產生中間相,因此合金可以在化學過程中氧化和還原介質。
化學成分
三、耐腐蝕性和應用
C-59合金含碳量和硅含量極低Ni-Cr-Mo合金加工和焊接過程中,合金不傾向于產生中間相,因此合金可以在化學過程中氧化和還原介質。 因為含量高Ni、Cr、Mo的含量,C-59對氯離子具有良好的耐腐蝕性。氧化環(huán)境標準腐蝕試驗證實:C-59合金比其他合金多Ni-Cr-Mo合金性能更先進。C-59合金在還原環(huán)境中具有良好的耐腐蝕性,如沸騰硫酸溶液中的腐蝕率為10%Ni-Cr-Mo鹽酸環(huán)境中約1/3的合金也具有良好的耐腐蝕性。 下表為不同的腐蝕試驗。
C-276和C-59試驗對比
不同溶液中腐蝕試驗的三種不同合金
下表是三種合金CPT和CCCT試驗情況
試驗溶液:7Vol.%H2SO4 3Vol.%HCl 1%CuCl2 1?Cl3-6H2O(綠色死亡溶液), 時效24小時后,時效5℃遞增。
應用:C-化工、石化、能源、環(huán)保等合金。
含氯有機工藝設備,特別是鹵酸催化劑的存在;
2.造紙行業(yè)溶解漂白系統(tǒng)設備;
焚燒爐、煙氣脫硫系統(tǒng)、預熱器、閥門、葉輪等部件;
4.酸氣處理系統(tǒng)設備及部件;
5.醋酸和醋酐反應器;
六、硫酸冷凝器。
四、物理性能
密度:8.6g/cm3 熔點范圍:1310-1360℃ 磁導率:20℃,(RT)≤1.001 高溫下物理性能
五、力學性能 下表是C-59合金固溶處理狀態(tài)的力學性能表。 室溫下最小機械性能
*根據(jù)德國國家標準,機械值VdTüV數(shù)據(jù)505 下表基于德國國家標準VdTüV數(shù)據(jù)505,高溫下的機械性能值。
?、侔搴?0-50mm之間的材料,屈服強度值減去20MPa ②只針對棒材
最大許用應力(圖)
焊接管件的焊接系數(shù)為0.85
六、V形槽沖擊功
室溫下的平均值:≥225J/cm2 -196℃下:≥200 J/cm2
七、晶體結構
C-59合金為面心立方晶體結構。
八、制造和熱處理
C-59合金可以通過普通生產工藝輕松加工。
八、制造和熱處理
C-59合金可以通過普通生產工藝輕松加工。
1、加熱 C-59合金在熱處理前和熱處理過程中不得與任何污染物接觸。 在含有S、P、Pb在其他低熔點金屬環(huán)境中加熱會發(fā)生C-59合金性能下降。污染物的來源主要包括標記筆痕跡、溫度指示漆、粉筆、潤滑脂、燃料等。 加熱爐燃料硫含量必須低,天然氣硫含量必須低于0.1%(質量),燃料油硫含量不得超過0.5%。 爐氣環(huán)境應輕微氧化,不能在氧化還原之間波動。不允許火焰直接影響合金材料。
2、熱加工 C-合金可在950-1180之間℃兩者之間進行熱處理。用水冷卻。 熱加工后退火可保證材料具有良好的耐腐蝕性。
3、冷加工 退火的C-59合金可用于冷加工,C-59合金加工硬化率高,成型設備要求高。 在進行冷變形加工時,工序間必須退火。
4、熱處理 固溶熱處理溫度應為1100-118℃,最好在1120℃處理。 水冷是保證材料最佳耐腐蝕性的基本要點。在任何熱操作過程中都必須清潔材料表面。
5、除垢 C-59合金焊縫附近的氧化物比其他不銹鋼緊得多,可以用細砂輪打磨。 酸洗前,用細砂輪或不銹鋼絲刷打磨材料表面的氧化物和污漬。
6、機加工 機加工C-59合金應處于固溶狀態(tài)。與低合金奧氏體不銹鋼相比,表面切割速度低,刀量大,忽略了高硬度表面。同時,刀具應連續(xù)運行。
九、焊接鎳基合金時,應遵守以下操作規(guī)程:
1、工作場地 C-59合金焊接場應獨立,最好與碳鋼加工場分開,無氣流干擾。
2、著裝 焊接著裝采用皮革手套和工作服。
3.加工工具和機械 鎳基合金專用工具制造加工機械,如剪板機、卷板機、壓制機械等。工作臺應覆蓋毛氈、紙板和塑料,以防止C-59合金表面在加工過程中被壓入污染物,導致最終腐蝕。
4、清理 丙酮用于基材金屬的焊縫區(qū)域和填料金屬。
5、坡口準備 C-59合金焊接坡口的成型可采用車削、磨削或刨削等機械方法;等離子體也可以切割,但切割后的坡口應打磨干凈,坡口附近不得過熱。
6.坡角焊接后,應立即用不銹鋼絲刷去除氧化部分。 鎳基合金與特種不銹鋼的一般區(qū)別在于其導熱系數(shù)低,熱膨脹率高。焊腳大(1-3 mm),坡口角度為60-70°主要是因為C-59合金熔化金屬粘度高,焊后收縮傾向大。
7、引弧 引弧只能在即將焊接的焊縫區(qū)域進行,不能在已完成的焊接件上進行,以免降低耐腐蝕性。
8、焊接工藝 C-59合金可采用多種常規(guī)焊接工藝焊接,如:TIG/GTAW,MIG/MAG,手工金屬焊接、等離子弧焊等。但焊接前需要清洗。
9.焊接參數(shù)及相關影響因素 焊接時應仔細選擇熱輸入量,一般采用較低的熱輸入量,層間溫度不超過150℃。同時采用較薄的焊道焊接工藝。
焊接后,應立即用不銹鋼絲刷去除氧化部分。
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