美國(guó)哈氏合金公司
　　
　?。℉aynesInternational,Inc.）公司前身的HaynesSliteWork（哈茨鈷鉻鎢工廠哈氏合金
　　
　?。┯?921年創(chuàng)立于美國(guó)印地安那州Kokomo，距今已有91年歷史，在九十余年經(jīng)歷的生產(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*。Haynes公司注重產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)。主要從事高質(zhì)量的耐腐蝕和耐高溫鎳-鈷合金的開發(fā)和生產(chǎn)。同時(shí)，公司的專家技術(shù)人員在范圍內(nèi)提供進(jìn)一步的客戶服務(wù)和。Haynes公司的服務(wù)中心及分支機(jī)構(gòu)能為客戶及時(shí)提供板材、棒材、管材、管材、鍛件、法蘭和連接件等。
　　
　　哈氏合金
　　
　?。℉asloyalloy）哈氏合金是鎳基合金的一種，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(wú)法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于石油、哈氏合金
　　
　　化工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。哈氏合金（Hasloyalloy）一．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(wú)法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合。哈氏合號(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(guò)程如下：B系列：B→B-2（00Ni70Mo28）→B-3C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zui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
　　
　　材料的化學(xué)成分NiCrMoFeCSiCoMnPSWVCuNb+TaN10665（B-2）基≤1.026.0~30≤2.0≤0.02≤0.10≤1.0≤1.0≤0.04≤0.03N10276（C-276）基14.5~16.515.0~17.04.0~7.0≤0.01≤0.08≤2.5≤1.0≤0.04≤0.033.0~4.5≤0.035N06007（G-3）基21.0~23.56.0~8.018.0~21≤0.015≤1.0≤5.0≤1.0≤0.04≤0.03≤1.51.5~2.5≤0.50三、
　　
　　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*，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。
　　
　　材料的力學(xué)性能
　　
　　常用哈氏合金
　　
　　1：HasloyB-2alloy（哈氏B-2合金）
　　
　　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。哈氏合金
　　
　　*，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*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(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)，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(duì)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(guò)程中）、設(shè)備制造過(guò)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?，F(xiàn)今，我國(guó)和世界各國(guó)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(píng)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(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)用高溫鹽酸法對(duì)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(guò)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(zhǎng)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。
　　
　　物理性能
　　
　　密度：9.2g/cm3,熔點(diǎn)：1330~1380℃，磁導(dǎo)率：（℃，RT）≤1.001
　　
　　化學(xué)成分
　　
　　元素NiCrFeCMnSiCuMoCoPSzui小余量0.41.626.0zui大1.02.00.011.00.080.530.01.00.020.010
　　
　　制造與熱處理
　　
　　加熱
　　
　　對(duì)于哈氏B-2合金來(lái)說(shuō)，在加熱前和加熱過(guò)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，哈氏合金鑄件
　　
　　則會(huì)變脆，這些污染物的來(lái)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(guò)0.1%，城市空氣含硫量不超過(guò)0.25g/m3,燃料油的含硫量不超過(guò)0.5%即為合格。對(duì)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zui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。
　　
　　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(guò)后應(yīng)該以水淬火。為了確保有的耐蝕性能，熱加工過(guò)后應(yīng)該退火。
　　
　　冷加工
　　
　　冷加工的哈氏B-2合金必須經(jīng)過(guò)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(guò)15%時(shí)，使用前要固溶處理。
　　
　　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的耐蝕性能。在任何加熱操作過(guò)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(wèn)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(duì)裝爐溫度、加熱和冷卻時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制；裝爐前，對(duì)熱處理件進(jìn)行預(yù)處理，防止產(chǎn)生熱裂紋；熱處理后，對(duì)熱處理件*PT；在熱處理過(guò)程中如產(chǎn)生熱裂紋，經(jīng)過(guò)打磨消除后需補(bǔ)焊者，要采用專門的補(bǔ)焊工藝。
　　
　　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(duì)氧化性介質(zhì)比較敏感，因此酸洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較多的含氮元素的氣體。
　　
　　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(duì)它的加工硬化要有清醒的認(rèn)識(shí)，例如：相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對(duì)于表面的硬化層要采用較大的進(jìn)刀量，并使*處于連續(xù)的工作狀態(tài)。
　　
　　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(guò)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：HasloyC-276合金（哈氏C-276合金）
　　
　　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zui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(lái)、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(guò)試驗(yàn)才可以選材。哈氏C-276合金中沒(méi)有足夠的Cr來(lái)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(duì)化工過(guò)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。下表是四種合金在不同環(huán)境下的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)情況。（所有焊接試樣采用自熔鎢極氬弧焊）
　　
　　四種金屬在不同環(huán)境下的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)
　　
　　試驗(yàn)環(huán)境（沸騰）腐蝕率（毫米/）典型316AL-6XNInconel625C-276哈氏合金鑄件
　　
　　基本金屬試樣焊接試樣基本金屬試樣焊接試樣基本金屬試樣基本金屬試樣焊接試樣20%醋酸0.0030.0030.00360.00180.00760.0130.00645%蟻酸0.2770.2620.1160.1420.130.070.04910%草酸1.020.9910.2770.2740.150.290.25920%磷酸0.1770.1550.0070.0060.0010.0010.000610%氨基磺酸1.621.580.7510.3810.120.070.06110%硫酸9.449.442.142.340.640.350.50310%*1.061.060.6090.3440.100.070.055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zui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(duì)比試驗(yàn)情況。“綠色死亡”溶液中的腐蝕對(duì)比試驗(yàn)“綠色死亡”溶液（沸騰）腐蝕率（mm/a）典型316C-2767%硫酸破壞0.673%鹽酸1%CuCl21%FeCl3由上表可見，C-276合金對(duì)混合的具有氯離子的酸、鹽溶液有很好的耐蝕性能。哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將C-276合金的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力大大提高。C-276合金在海水環(huán)境中被認(rèn)為是惰性的，所以C-276被廣泛地應(yīng)用在海洋、鹽水和高氯環(huán)境中，甚至在強(qiáng)酸低PH值情況下。下表是四種金屬在6%FeCl3（按ASTM標(biāo)準(zhǔn)G-48執(zhí)行）溶液中發(fā)生縫隙腐蝕的對(duì)比情況。
　　
　　縫隙腐蝕發(fā)生情況
　　
　　合金縫隙腐蝕發(fā)生溫度°F°C典型316272.5AL-6XN11345Inconel62511345C-27614060C-276合金中高含量的Ni和Mo使其對(duì)氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂也有很強(qiáng)的抵抗能力，下表是四種金屬在不同含氯離子溶液中的應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況。
　　
　　氯離子應(yīng)力腐蝕斷裂試驗(yàn)情況
　　
　　試驗(yàn)溶液彎曲U形試樣試驗(yàn)時(shí)間（Hours）和試驗(yàn)結(jié)果典型316AL-6XNInconel625C-27642%MgCl2（沸騰）失?。?4小時(shí)）兼有（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）33%LiCl（沸騰）失敗（100小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）哈氏合金管
　　
　　抵抗（1000小時(shí)）26%NaCl（沸騰）失?。?00小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）抵抗（1000小時(shí)）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。力學(xué)性能試驗(yàn)值溫度（℃）屈服強(qiáng)度σ0.2（Mpa）抗拉強(qiáng)度σb（Mpa）延伸率δ5（%）--101480895502141579050933807255020434571050316315675554272906556053827064060對(duì)C-276合金進(jìn)行冷變形加工會(huì)使其強(qiáng)度增加。在對(duì)其進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí)，V形槽沖擊試樣采用10mm厚的板材（板材要經(jīng)過(guò)退火處理），如果試樣是采用焊接的試樣，則在同樣的溫度范圍，它會(huì)顯示出一定的柔韌性，這是因?yàn)楹缚p的原因。板材沖擊試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。
　　
　　試驗(yàn)溫度（℃）V形槽試樣沖擊功（J）
　　
　　-19624521325200325C-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(guò)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(guò)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(duì)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z(mì)ui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z(mì)ui小的焊接方法。但對(duì)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(duì)C-276焊接接頭的成功經(jīng)驗(yàn)。焊接坡口采用機(jī)械加工的方法，但是機(jī)械加工會(huì)帶來(lái)加工硬化，所以對(duì)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９螩-276合金材料固溶熱處理包括兩個(gè)過(guò)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(duì)哈氏C-276合金進(jìn)行消應(yīng)力熱處理是無(wú)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(guò)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(duì)其進(jìn)行表面清理?？梢允褂貌讳P鋼絲刷或砂輪，接下來(lái)浸入適當(dāng)比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗，zui后用清水沖洗干凈。
　　
　　哈氏合金發(fā)展過(guò)程
　　
　　1、哈氏合金來(lái)自Hasloy，始于哈氏B合金，應(yīng)用于航空器的火箭噴嘴；隨后的哈氏C合金在化工工業(yè)，石油化工，核能源工業(yè)及制藥行業(yè)得到應(yīng)用與推廣；緊接著的哈氏X合金表現(xiàn)出了*的耐高溫性能，伴隨著噴氣式飛機(jī)工業(yè)的急速增長(zhǎng)。2、由于早期的哈氏合金B(yǎng),哈氏合金C,以及哈氏合金X合金需要焊接后固溶處理，否則，焊接熱影響區(qū)的耐腐蝕性能會(huì)大大降低；所以上述合金已經(jīng)逐漸被改進(jìn)或不再使用；3、影響上述材料焊接性能的關(guān)鍵原因在于C,Si含量，由于精煉技術(shù)的出現(xiàn)與提高，哈氏合金焊接方面的問(wèn)題得以改善，于是出現(xiàn)很多現(xiàn)在正在推廣使用的改進(jìn)型的哈氏B系列，哈氏C系列合金等，非常遺憾的是很多哈氏合金的生產(chǎn)與推廣單位反而將前期的哈氏合金取代后來(lái)改進(jìn)的哈氏合金，不僅不降低C,Si含量，反而回到以前高Si,高C含量上；特殊鋼事業(yè)的推廣任重道遠(yuǎn)。4、耐還原性介質(zhì)的哈氏B系列合金在哈氏B牌號(hào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的側(cè)重點(diǎn)包括極低的C,Si含量改善焊接區(qū)域的性能，進(jìn)一步合金化思路，純凈化鋼水思路的應(yīng)用等，這樣哈氏合金B(yǎng)系列出現(xiàn)哈氏B-2,哈氏B-3,哈氏B-4合金；其中哈氏B-2合金一定程度上解決了焊接區(qū)域性能問(wèn)題；哈氏B-3解決了哈氏B-2容易析出Ni-Mo沉淀硬化的缺點(diǎn)，*的改善了熱加工與冷加工性能。5、還原性環(huán)境應(yīng)用材料哈氏B系列改進(jìn)過(guò)程中；在氧化還原復(fù)合環(huán)境中的哈氏C系列合金也在持續(xù)改進(jìn)，其中哈氏C276合金由于更低的C,Si含量而一定程度上改進(jìn)了焊接區(qū)域性能問(wèn)題，但是仍舊不太滿意，加上加工性能沒(méi)能加大改善；而哈氏C22材料較*解決了焊接區(qū)域的耐腐蝕問(wèn)題，加工性能問(wèn)題，更主要是在材料成本不提高的基礎(chǔ)上解決的，所以哈氏C22材料是哈氏C系列中的材料，以后必將更大批量的應(yīng)用；而新近開發(fā)的哈氏C2000材料在合金中加入了Cu,這拓展了哈氏C合金在還原性環(huán)境中的腐蝕能力，為更安全的使用，為更高的設(shè)備壽命要求，新工藝試制場(chǎng)合提供了可能。