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                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

                00Mo28Ni65Fe5(Hastelloy B)


                 0Mo28Ni65Fe5 、NS 321、Hastelloy B 合金的化学成分列入表3-4-1中


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                一、组织特点


                NS 321、Hastelloy B 合金固溶处理态为过饱和固溶体,在中温时效态会有金属间相,如Ni4Mo(β),Ni3Mo(γ),碳化物如Mo6C、M2C等在基体上和沿晶界析出,会对此合金的性能产生不利的影响。


                二、耐腐蚀性能


                 1. 全面腐蚀


                  0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金在所有大气条件下(包括海洋和工业¤大气)都具有较好的耐蚀性。表3-4-2列出了在大气中放置12年和23年后的试验结果。在海洋大气中,其腐蚀速率卐仅为工业气氛中的1/7,但其点蚀深度要比在工业气氛中深一些。


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                  在天然水和高纯水中,0Mo28Ni65Fe5 、Hastelloy B 合金耐蚀性能极佳。例如,在河水,井水等天然水中,腐蚀速率一般≤0.025mm/a.在海水中,当※处于静止或流速较慢的状态时,0Mo28Ni65Fe5 合金的耐全面腐蚀性能较纯镍稍低,但耐点蚀和缝◥隙腐蚀性要优于纯镍。


                  在各种酸介质中的耐蚀性见图3-4-12~图3-4-16 及表3-4-3~表3-4-19。


                  ①. 在硫酸中 


                   在不充空气的和非氧化性的硫酸中,耐蚀性是非常好的,可应用的浓度、温度范围相当宽。例如,在100℃以下所有浓度的硫酸中⊙,0Mo28Ni65Fe5 合金的腐蚀速率小于0.125mm/a;在115℃以下的任何浓度硫酸中≤5mm/a;在沸腾温度以下的硫酸中,0Mo28Ni65Fe5合金的耐硫酸腐蚀的浓度可达60%;浓度再高,由于硫酸本身的〖高氧化性,0Mo28Ni65Fe5 合金要受到严重腐蚀。在稀硫酸中,0Mo28Ni65Fe5合金的耐蚀性随充人空气而降ㄨ低,且当硫酸浓度在5%~10%时最为明显。图3-4-12 和表3-4-3系一些︻试验结果。


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                   在生产醇类过程中,也常常遇到】浓度为45%~65%,温度115~120℃的硫酸。采用其他材料,例如不锈钢、镍基或铜基合金,在静止和低流速条件下,腐蚀速率可≤0.5mm/a.但在○高流速、高温条件↑下,腐蚀速↓率要超过2.5mm/a.然而,0Mo28Ni65Fe5合金在45%~65% 硫酸,115℃的工厂试验条件下的结果表明,其腐蚀速率仅为1mm/a。


                   硫酸也常常用于石油产品的精炼以去除树脂、沥青或类胶物质。0Mo28Ni65Fe5合金在此〗种条件下的耐蚀性也是非常好的,见表 3-4-4,用 0Mo28Ni65Fe5 合金铸造的泵、阀等部件是适用的。


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                   向硫酸中加入氧化性盐(硝酸盐、铬酸盐、高锰酸盐等)和其他氧化性离子(Fe3+、Ca2+等),会显著提¤高0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蚀速率,且温度越高越严⌒ 重。因此,0Mo28Ni65Fe5合金一般不允许在这些条件下使用,除非氧化性盐和氧化性离子的浓度很低,不足以影响0Mo28Ni65Fe5合金的耐蚀性。表3-4-5系硫酸中含铜时对0Mo28Ni65Fe5合金耐蚀性的影■响。显然,在含铜的硫酸中或铜有可能进入硫酸的条件下,选用0Mo28Ni65Fe5 合金是不适宜的。此外,0Mo28Ni65Fe5 合金与碳、石墨等接触也会由于产生电偶腐蚀而使它迅ㄨ速破坏,表3-4-6示出了试验结果。由于石墨也是耐硫酸性能很好的非金属材料,因此,当0Mo28Ni65Fe5 合金与石墨同≡时使用时,要注意防止这种电偶腐蚀的产生。


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                  ②. 在盐酸中


                   在未充入空气的盐酸中,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金在常压下任何浓度、任何温度下都是耐蚀的。Ni-Mo耐蚀合金包括0Mo28Ni65Fe5 在内是耐盐酸性能最好的一类合金。作为耐盐酸的金属材料,目前也只有金属钼、锆、钨、钽的耐蚀性能超过Ni-Mo耐蚀合金。


                   图3-4-13和表3-4-7系0Mo28Ni65Fe5合金在盐酸中的试验结果。从这→些结果可以看出,0Mo28Ni65Fe5合金的耐蚀性受盐♂酸中有无空气存在的▂影响很大;当酸中有空气存在时,对0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蚀性的不良影响以盐酸浓度5%~10%时最为明显。表3-4-8系在气※相中充氮和充氧十氮时的试验结果,同样可看出氧的不良影响。某些有机和无机含水氯化物】处理过程中会有盐酸产生。在一些氯化碳氢化物条件下,热蒸汽的冷凝可以产生较高浓度的盐酸,0Mo28Ni65Fe5 合金在这些条件下的试验结果见表3-4-9。


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                   当盐酸中有氧化々性盐,例如铜、铁、汞盐时,0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蚀性要下降,而且酸的温度越高越明显。在10%盐酸中,不同温度所允许的FeCl3的浓度限为:室温1290ppm; 65℃ 330ppm; 沸腾温度26ppm.


                  ③. 在氢氟酸中 


                  在氢氟酸中进行有限的试验表明,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可耐≤100℃,不含空气的HF酸的腐蚀。但在恒♀沸点浓度38%~40%HF、沸腾为115℃的氢氟酸中会使0Mo28Ni65Fe5合金受到腐蚀,结果见表3-4-10。高于恒沸点浓度的HF酸,可通过◤无水HF溶□于水而得到。对于浓度≥70%的HF酸,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的耐蚀性反而较耐低浓度HF酸的性能要好。0Mo28N165Fe5合金在HF酸再生条件下的腐蚀情况见表3-4-11,显然,此合金的耐蚀性良好。


                表 4-10.jpg


                  ④. 在磷酸中 


                   0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金耐H3PO4腐蚀,一些试验结果见图3-4-14及表3-4-12和表3-4-13.由图表可知除充入空气时和加压高温下,0Mo28Ni65Fe5耐蚀性稍有降低外,其耐H3OP4性∮能是良好的。但是,0Mo28Ni65Fe5 合金不耐湿法H3PO4的腐蚀,因为,酸中含有氢氟酸、氢氟硅酸、残余的硫酸以及铁盐和铝盐,此种酸在本质上呈氧化性,使0Mo28Ni65Fe5合金的腐蚀速率可高达25mm/a以上。


                图 4-14.jpg


                表 4-12.jpg


                   ⑤. 在醋酸中


                   在苛刻的腐蚀◣条件下,即在未充空气的沸腾温度下,在10%~50%浓度的醋酸中,0Mo28Ni65Fe5合金的腐蚀速率不超过0.125~0.150mm/a。当然,醋酸中有空气存在,同样加速此合金的腐蚀。但是在纯的高浓度醋酸或者冰醋酸中,充人空气对0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蚀性影▲响则很小。向醋酸中加入NaCl时,将有少量HC1酸形成。虽然稍提高0Mo28Ni65Fe5合金的腐蚀速率,但由于0Mo28Ni65Fe5合金的耐盐酸性能良好,故影响』并不显著。表3-4-14系0Mo28Ni65Fe5 合金在醋酸中的耐蚀性。

                  

                表 4-14.jpg

                  ⑥. 在甲酸中


                  此种算对 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蚀较醋酸严重。通入空气和酸中有氧化剂存在同样加速 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蚀。在甲酸中的试验结果见图3-4-15。在其他有机酸中:试验结果见表 3-4-15。


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                  ⑦. 在碱▓和盐中 


                    试验表明,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金在浓度≤70%NaOH、温度≤120℃条件下,其腐蚀速率仅为0.050mm/a;在沸点为165℃的60%NaOH和沸点为191℃的70%NaOH中,其腐蚀速率≤0.50mm/a;在100~180℃,浓度为60%的Na2S溶液中,腐蚀速率为0.55mm/a。


                    在一些中性和碱性非氧化性盐▽中,0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蚀性良好。在非氧化性酸性盐中(氯化物、硫酸盐和氟化物盐)的试验结果见表3-4-16,显然,0Mo28Ni65Fe5 合金也是耐蚀的。但是,在氧化性酸性盐中,例如氯化铁、氯化铜、硫酸铁、硫酸铜等溶液㊣中,0Mo28Ni65Fe5仅在非常稀的溶液中才耐蚀;浓度稍高,便会受到严重腐蚀,一些试验结果见表3-4-17。


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                  ⑧. 在卤素元素及其氢化物气体中 


                  氟、氯、溴等卤素元素中,在氯化氢、氟化氢等高◥温气体中,0Mo28Ni65Fe5合金的试验结果见表3-4-18和图3-4-16。由表可知,在干氯、干溴和高温碘气体中,0Mo28Ni65Fe5合金是极耐蚀的,但在湿态下则腐蚀严重,不能选用。试验表明,在CCl4 和 CoCl2 高温气体中,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的耐蚀性相对好,而且即使介质中含有水分,此合金也同样耐腐蚀,见表 3-4-19。


                表 4-19.jpg


                  0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金由于钼含量高,且钼的氟化物易挥发,因此在高温氟气中,0Mo28Ni65Fe5是不耐蚀的。例如,在600℃,氟气∩流量为75~100ml/min条件下,0Mo28Ni65Fe5合金厚0.95mm的试样,经95h试验后受到了严重腐蚀。然而,在高温HF气中,0Mo28Ni65Fe5合金则是耐蚀的(在500~600℃ HF气中,经36小时试验,其腐蚀速率仅为0.050mm/a).


                  ⑨. 在氧(空气)、硫、气体中


                  由于0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金不含铬,而且钼的氧化膜(例如,在此合金表面◥形成NiMoO4)在750℃条件下极易脱落。因而,0Mo28Ni65Fe5的高温抗氧化性很☆差,也由于此合金不含铬且镍含量高,因而在含硫和硫化物的高温气体中耐蚀性不良。


                 2. 晶间腐蚀


                 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金虽然固溶态耐蚀,特别是耐盐酸、硫酸等的性能◆很好,但是一旦经过焊接,再在盐酸、硫酸中使用,则在焊缝处易出现刀口腐蚀,在热影响区出现晶间腐蚀。图3-4-17 和图3-4-18 系一些试验结果。由图可知,0Mo28Ni65Fe5 合金有两个敏化区:1200~1300℃的高温敏化区和600~900℃的中温∑敏化区。经过两个敏化区时,0Mo28Ni65Fe5合金产生晶间腐蚀,不仅使耐蚀性显著下降,而且还伴随有硬度增加。0Mo28Ni65Fe5合金√的晶间腐蚀不同于一般的奥氏体不锈钢,即使是固溶处理且迅速冷却也无法防止它的产生。表3-4-20系一些试验结果。


                图 4-18.jpg


                  研究表明,0Mo28Ni65Fe5 合金的晶间腐蚀与合金中析出相的成分、结●构之间有着密切的关系。在≥1250℃高温区,合金中的析出相有含量较高的M6C、M2C等碳化物以及。相:在550~900℃的中温区,则有Ni-Mo金属间相(高于850℃ 为Ni3Mo型,较低温度则为Ni4Mo型)和M6C、M2C等碳化物。这些金属间相和碳化物均含有较高的钼,它们沿晶界的沉淀可引起铝的严重贫化,从而导致0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的晶间腐蚀。同时,由于析出相的强化作用,合金的强ξ度、硬度亦有所提高。


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                  为了解决0Mo28Ni65Fe5合金的晶间腐蚀问题,曾研制出超低碳和低硅、低铁的新合金 00Mo28Ni68 和 含钒(1.4%~2.2%)的新合金 00Mo28Ni68V (Corronel 220,am814).除00Mo28Ni68(Hastelloy B2)获得大量应用外,前述1990年以来控制或调整合金中铁、铬量而开发的 Hastelloy B3、B4和B10等引起了人们的广☉泛关注。


                三、力学性能


                  0Mo28Ni65Fe5 合金的室温和高温瞬时力学性能见表3-4-21和表3-4-22。


                表 4-21.jpg


                四、物理性能


                  此合金物理常数见表3-4-23。0Mo28Ni65Fc5合金除作为耐蚀材料外,还可作为电子管阴极材料,它具有中等激活性能和较高的发射能力。


                表 4-23.jpg


                五、焊接性能

                 

                  0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可◥焊性好,与一般奥氏体不锈钢相近,可以采用工业上通用的方法,例如TIG、MIG、手工电弧焊、电阻焊等进行焊接。但是能够导致焊接过程中增碳的焊接方法则不宜采用。焊接用的填丝其成分可与母材相同。由于此合▓金热膨胀系数、电阻温度系数较普通碳钢低,且导热系数仅为普通碳钢的1/4,因此,当与碳钢进行异材焊接时要予以考虑。


                六、冷热加工及成型性能


                  0Mo28Ni65Fe5 系变形合金》,有较好的冷热加工和成型性能。此合金的热加工以1000~1200℃为宜。经固溶处理后,0Mo28Ni65Fe5合金具有良好的冷加工塑性和冷成型性。当进行冷轧时,每个冷轧过程总压◢下量可高达80%。随冷轧变形量的增加,此合金的硬度增▅加,它们之间的关系见图3-4-19。此合金的冷成型较一般Cr-Ni奥氏体不锈钢需更多次的中间退火,以使此合金的塑性得以回复。冷成型后均需ζ要热处理。



                图 4-19.jpg


                七、热处理工艺


                  无论是变形材还是铸件,对于0Mo28Ni65Fe5合金的使用状态一般是固溶态。因为此时合金具有最佳的耐蚀性、强韧性的良好配合。当然,冷加工或♂冷成型的中间退火也可在低于固溶温度ξ下进行,一般0Mo28Ni65Fe5合金适宜ζ 的固溶处理温度为1150~1170℃,加热保温后进行快冷(水冷或快速空冷);中间退火温度可在1000~1100℃下进行。此合金的再结晶温度为950~1100℃。图3-4-20系0Mo28Ni65Fe5合金的冷轧变形量、硬度和』中间退火温度的关系。图3-4-21系此合金退火温度和硬度的关系。为了保证此合金焊后在盐酸、硫酸等苛刻介质中的耐蚀性,建议焊后再进行一次固溶处理。


                图 4-20.jpg


                八、应用


                 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可生产板〓材、管材(焊管)、丝材、带材、锻件和铸件。主要用途是耐盐酸腐蚀。同时,耐湿HC1气体,耐硫酸、磷酸的性能也是很好︾的。因此,0Mo28Ni65Fe5 合金多用于制造耐上述介质的容器及其衬里、管道、塔槽、泵、阀等。此外,0Mo28Ni65Fe5 合金的超薄带和极细丝制造电子管的阴极材料也取得满意结果。