哈氏合金|Hastelloy

哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金,主要分成镍-铬合金与镍铬钼合金两大类。哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性,多用于航空事业,化学领域等。哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美国哈氏合金国际公司所生产的镍基耐蚀合金的商业牌号的统称。

产品分类 / 用途

0Cr16Ni60Mo16W4 (Hastelloy C)


(0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C合金 系20世纪30年代问世的Hastelloy C系列中第一个Ni-Cr-Mo(W)型耐蚀合金。


一、化学成分和组织特点


(0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C合金的化学成分见下表


常用 镍-铬-钼 耐蚀合金的化学成分.jpg


  此合金主要耐湿氯、各种氧化性氯化物(如氯化铁、氯化铜、氧化汞等)、氯化盐溶液(如氯化钙、氯化镁、氯化铅等)、硫酸与氧化性盐的混合物、亚硫酸、沸腾温度的各种浓度有机酸的腐蚀,以及耐氯化物和海水的点蚀等。


 根据Ni-Cr-Mo三元合金相图,此合金仅在≥1150℃时才具有均匀的单相固溶体组织。而当温度低于1150℃,特别是在700~1050℃时,此合金中便有大量碳化物(M6C、M2C、M23C6)和金属间相(o、μ、P)等析出,不仅导致合金的耐蚀性下降,而且还会产生严重的脆化倾向。


二、耐腐蚀性能


 1. 在海水中


 0Cr16Ni60Mo16W4合金浸入海水中,经10年的试验结果表明,其腐蚀速率≤0.025mm/a,而且没有点蚀产生。


 2. 在硫酸中


(0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金在室温下各种浓度的H2SO4中,其耐蚀性良好(≤0.025mm/a),而且充人空气对其耐蚀性无影响。图3-5-7系0Cr16Ni60Mo16W4合金在H2SO4中试验的结果。显然,在70℃以下的任何浓度H2SO4中,0Cr1Ni60Mo16W4合金均耐蚀。在发烟硫酸中的试验表明,0Cr16Ni60Mo16W4在一些条件下也耐蚀,见表3-5-7。


图 5-7.jpg


表 5-7.jpg



 3. 在盐酸中


(0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金耐盐酸腐蚀的性能虽然低于镍钼合金,但在各种浓度室温盐酸中,腐蚀速率不高于0.10mm/a;在65℃的盐酸中,腐蚀速率也≤0.5mm/a; 当盐酸中充入空气时,耐蚀性只在室温以上的盐酸中才稍有降低。此合金对氧的敏感性远远低于镍钼合金,当酸中有FeCl3、CaCl2等氧化性盐时,此合金的耐全面腐蚀性能稍有降低。图3-5-8系0Cr16Ni60Mo16W4 合金在盐酸中进行腐蚀试验的结果。在不同气氛下的盐酸中,0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蚀情况见表3-5-8。


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 4. 在氢氟酸中


 (0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金在HF酸中,随温度升高,其耐蚀性下降。HF酸的恒沸点浓度约为36%,沸点为112℃.更高浓度的HF酸只有通过无水HF溶于水才能获得。表3-5-9系0Cr16Ni60Mo16W4合金在不同浓度、温度和不同试验条件下的结果。在室温HF酸中,此合金的腐蚀速率不超过0.25mm/a,随温度升高和充入空气0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蚀速率会有所增加。


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  5. 在磷酸中


  磷酸的腐蚀性与磷酸的制取方法关系密切。一般湿法磷酸较普通磷酸具有更大的腐蚀性。这是因为湿法磷酸含有游离的F-、Cl-离子和SO2-4。图3-5-9和表3-5-10系0Cr16Ni60Mo16W4合金在各种H3PO4中的试验结果。由图表可知,除高温H3PO4外,0Cr16Ni60Mo16W4合金在许多条件下耐蚀性是良好的。试验还表明,即使在沸腾温度下的55%H3PO4+0.8%HF的条件下,0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蚀速率也不超过0.75mm/a。表3-5-11系在含HF的磷酸和湿法磷酸中的试验结果。显然,0Cr16Ni60Mo16W4合金在这些条件下具有相当好的耐蚀性。特别是在湿法磷酸生产过程中,耐蚀性极佳。


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  6. 在亚硫酸中


  亚硫酸的氧化性要高于H2SO4.因此,Cr≥15%的0Cr16Ni60Mo16W4合金在该介质中,在任何浓度和温度下都是耐蚀的。


  7. 在硝酸中


  虽然0Cr16Ni60Mo16W4合金能够耐室温下所有浓度的HNO3或较高温度下、低浓度的HNO3,但是,由于许多不锈钢可耐此种酸的腐蚀而且价格远比0Cr16Ni60Mo16W4低廉,因此,在耐HNO3 材料中一般不选用0Cr16Ni60Mo16W4(除非在耐HNO3的同时,还要求耐一般不锈钢和低牌号的合金无法解决的腐蚀介质)。


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 8. 在含硝酸的混酸中


 HNO3+HF酸是冶金厂酸洗工艺和核燃料处理工艺中经常遇到的介质。Ni-Cr-Mo合金,包括0Cr16Ni60Mo16W4的耐蚀性随温度和介质浓度,特别是混酸中HNO3浓度的增加而提高。表3-5-12系一些试验结果。HNO3+HCl酸的腐蚀性很强,特别是王水(HCl :HNO3=3 :1),当高于室温时,任何一种Ni-Cr-Mo合金都无法耐蚀,见表3-5-13。


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 9. 在铬酸中


 铬酸虽然是强氧化性酸,但其离子化倾向并不大。因此,(0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金在中等温度的任何浓度下是耐蚀性的。表3-5-14 列出了一些试验结果。


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 10. 在一些有机酸及其混合物中


 (0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金在甲酸、醋酸等有机酸及其混合物中的耐蚀性见表 3-5-15 ~ 表3-5-20 。显然,在所试验的条件下 (0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金具有非常好和比较好的耐腐蚀性能。


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 11. 在卤素气体中


  除氟气外,0Cr16Ni60Mo16W4合金耐干的氯、溴、碘的腐蚀。当有水分存在时,例如在湿氯中,仅能用于≤40℃.在湿氯中的试验结果见表3-5-21.显然,在大多数情况下,Ni-Cr-Mo(W)合金具有非常优异的耐蚀性。因而,耐干、湿氯气的腐蚀是高钼含量的Ni-Cr-Mo(W)耐蚀合金的一个重要特性。表3-5-22是在含氯气的水溶液中Ni-Cr-Mo合金耐蚀性的试验结果。


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 12. 在HF气体中


  0Cr16Ni60Mo16W4合金耐高温 HF气腐蚀的性能优良,它可允许在≤750℃的HF气中使用,而且氧的存在对0Cr16Ni60Mo16W4 合金并无明显影响。国内一些试验结果见图3-5-11和图3-5-12。


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 13. 晶间腐蚀


 0Cr16Ni60Mo16W4 合金经过600~1150℃敏化处理或焊接,在一些介质,例如盐酸、铬酸、碳酸中会产生晶间腐蚀。图3-5-13系在10%沸腾盐酸中的试验结果。由图可知,此合金敏化区范围较宽。在此区域内加热,Cr16Ni60Mo16W4合金不仅产生晶间腐蚀,耐蚀性下降,而且还伴随着严重的脆化倾向。试验表明,随腐蚀介质的不同,此合金的敏化温度亦异。


 研究表明,0Cr16Ni60Mo16W4合金产生晶间腐蚀的原因是由于合金在600~1150℃加热时,有大量碳化物(M6C、M2C、M23C6)和金属间相(o、Ni7Mo6、μ、P相)沉淀。这些析出相中有的富铬,有的高铬,有的既高钼、又富铬,它们沿晶界沉淀,导致其周围铬、钼元素贫化。在一些介质作用下,由于贫化区受到优先腐蚀而产生晶间腐蚀。当然,在一些氧化性介质中,0Cr16Ni60Mo16W4合金中碳化物和富钼相本身的选择性溶解也是一个原因。


 为了防止0Cr16Ni60Mo16W4合金的晶间腐蚀,采取的措施有选用适宜的热处理(见本节热处理工艺)和用低碳、低硅的第二代合金00Cr15Ni60Mo16W4(Hastelloy C-276)及低碳、低硅、降铁、加钛和不含钨的第三代合金000Cr16Ni63Mo16Ti (Hastelloy C-4)。


 14. 点蚀


 0Cr16Ni60Mo16W4和其他高铬、高钼的Ni-Cr-Mo型耐蚀合金是最耐点蚀的一类合金。无论是在NaCl、FeCl3等介质中,还是在易产生点蚀的其他介质中,0Cr16Ni60Mo16W4均具有很好的性能。


三、力学性能


  表 3-5-23系 (0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金的室温和高温瞬时力学性能。


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四、物理性能


 (0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金的物理常数见表 3-5-24。


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五、焊接性能


  (0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金焊接性能良好,它可采用各种通用焊接方法,例如TIG、MIG、电弧焊、电阻焊等焊接而无特殊困难。焊接时所用填丝和焊芯一般与母材相同。


六、冷热加工及成型性能


(0Cr16Ni60Mo16W4)Hastelloy C 合金冷加工并无特殊困难。但是,其热加工则是镍基耐蚀合金中较困难的一种。这并不是由于其热塑性低,而是由于变形抗力大,加工工艺控制要求严格所致。图3-5-14和图3-5-15系国内对0Cr16Ni60Mo16W4合金的热塑性进行试验所取得的结果。显然,电渣重熔冶炼可明显提高此合金的热塑性。合金锻态的热塑性高于铸态。合金的热加工及热成型温度以1000~1200℃为宜。


图 5-14.jpg


七、热处理工艺


 适宜的热处理是使0Cr16Ni60Mo16W4合金获得良好的耐蚀性,特别是耐晶间腐蚀性能不可缺少的环节。试验表明,为了使0Cr16Ni60Mo16W4合金具有良好的耐蚀性和塑、韧性,在约1218℃加热后急冷是需要的,这既包括焊后,也包括热成型后。但对于铸件,则建议在1177℃加热后急冷或空冷。


八、应用


  0Cr16Ni60Mo16W4合金可制成板、棒、带、丝材,焊管和铸件。由于高温变形抗力大,一般不生产无缝管材。此合金由于在各种氯化物,如湿氯、氧化性氯化物(FeCl3,CuCl2等)、氯化物盐(NaCl、CaCl2、MgCl2等),以及含各种氧化性盐的硫酸、亚硫酸、磷酸,各种有机酸、高温氟化氢等介质中的良好的耐全面腐蚀和局部腐蚀性能,因此可制造耐这些介质腐蚀的各种容器、管道、阀门、塔、槽等。