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哈氏合金是工业应用中一类非常重要的耐蚀耐热合金,其名称源于商标Hastelloy®,它是美国哈氏合金国际公司(Haynes International,INC.)前身的 Haynes Stellite Work于1921年于美国印地安那州的科科莫创立。在近百年的生产和研究中不断创新与发明,从而奠定了其在高合金领域世界首位之席。

虽然在选材时一提到哈氏合金的价格通常会让很多用户望而却步,但它有着其他材料所无法比拟的综合耐腐蚀性能,在一些情况下,不锈钢无法胜任,而哈氏合金制造的设备在使用十年之后腐蚀不到1mm,甚至在某些高温使用环境领域,哈氏合金仍保持着稳定的性能。因此,哈氏合金广泛应用于热交换器、波纹管补偿器、化工设备、烟气脱硫脱硝、造纸工业、航天应用等领域。那么哈氏合金的分类、成分及性能、在工业生产中的应用如何,本文将对上述问题进行阐述。

1.哈氏合金的种类

哈氏合金是镍基合金中的 Ni-Mo系、Ni-Cr-Mo系及Ni-Si系耐蚀耐热合金。它的熔点:1330~1380 ℃,磁导率:(℃,RT)≤ 1.001。哈氏合金种类有A、B、C、D、F、G、N、W、X等系列。国际上生产Hastelloy系列合金的公司主要有美国HaynesInternational Inc(是Hastelloy系列合金的研发公司)、Special Metal和德国蒂森克虏伯公司。目前,抗腐蚀的哈氏合金主要为C系列,B系列,G系列及D系列合金,它们主要用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合。下面简要对这几个系列的哈氏合金进行介绍。

2.哈氏合金的成分及性能

表1、2、3列出了部分哈氏合金的化学成分、常温下的机械性能,以及各系列哈氏合金的特性及应用。现对化工装置使用的主要为B类、C类、G类、D类哈氏合金做较为详细的概述。

1)哈氏B合金

B系列合金为 Ni-Mo 合金,有B、B2、B3系列,它是针对完全还原的环境具有最优越的抗腐蚀性能。哈氏B系列合金简要发展历史如表4所示。

哈氏B系列合金虽然在还原性环境中表现优异,但对氧化性介质(铁,铜离子)却非常敏感。5.0×10-5的铁离子已经足已让B系列合金抗腐蚀能力有明显下降。B系列合金由于它性能的特殊性,应用相对比较集中,其中最主要的就是醋酸生产(羰基合成法),还有一些硫酸回收系统中也用到该系列合金。

哈氏B合金的耐盐酸腐蚀性最好。将哈氏B合金的碳含量降至0.02%、Si含量降至0.1%,即成为哈氏B2合金。它可以在沸腾温度下任何浓度的盐酸介质中使用,并改善了敏化状态和焊后状态的抗晶间腐蚀性能。20世纪90年代,哈氏B3的发明彻底改变了B2在通过中间温度时容易析出Ni-Mo沉淀相的缺点,改善了加工性能。但是哈氏B及哈氏B2合金由于含Cr很低,不能用于氧化性环境中。目前广泛应用的牌号为B3,B2由于加工性能方面的不足,已经渐渐退出市场。表5是哈氏B合金在典型环境下的耐蚀性能。

2)哈氏C合金

C系列合金是低碳硅型 Ni-Cr-Mo合金,是能适应各种环境的通用型耐蚀材料。C系列合金化程度较高,Cr元素和Mo元素分别起到耐氧化性介质和还原介质腐蚀的作用,并共同起到抵抗局部腐蚀(点蚀和缝隙腐蚀)的作用。C系列有C、C276、C4、C22、C2000。表6是哈氏C合金的简要发展历史。

C系列合金是应用最广泛的合金,尤其是超低碳型镍基哈氏合金C-276(国内牌号NS334),是一种含钨的Ni-Cr-Mo锻造的合金。它以极低的硅、碳含量,特殊的物理、力学和耐腐蚀性能,在200~1090℃能耐各种腐蚀介质的侵蚀,被认为是“万能的抗腐蚀合金”。

哈氏C4合金开发后主要满足少部分欧洲用户的需求,目前只有在较老的设备中才看得到。哈氏C276合金虽然获得巨大的成功,但它焊接区域的性能仍然不理想,而哈氏C22合金的出现不仅解决这个问题而且在大多数情况下都达到了更好的耐腐蚀性能。目前最新的 Ni-Cr-Mo 合金即哈氏C22HS合金,具有优异的抗腐蚀性和加倍的强度。

由于哈氏C22HS合金可以通过热处理来达到2倍的强度,它可以用来制作轴或者搅拌装置,并且由于材料的强度高,可以减少材料用量来减少总体成本。哈氏C2000合金是目前市场上最万能的Ni-Cr-Mo合金。它在氧化性酸和还原性酸中都具有比其他 C系列合金更好的抗均匀/局部腐蚀能力,对氢氟酸和含氟介质有无与伦比的抵抗能力。哈氏C2000合金作为新一代产品提供了更大的安全使用范围,非常适合能延长设备寿命和试验新工艺的用户。哈氏C系列合金在典型环境下耐蚀性能见表7。

3)哈氏G合金

哈氏G合金为Ni-Cr-Cu-Mo系。含Cu的Ni-Cr-Mo-Cu合金比Ni-Cr-Mo金更耐硫酸、磷酸等介质的腐蚀;含高Cr量的Ni-Cr-Mo-Cu合金在硫酸、磷酸含F-、Cl-的硫酸、磷酸和湿法磷酸等介质中具有良好的耐蚀性。加Si、B于Ni-Cr-Mo-Cu合金中能耐热浓硫酸腐蚀并具有硬度高和耐磨性好的特点。G系列有G、G3、G30、G35等。表8是哈氏G合金的简要发展历史.

高的铬含量使该系列的合金在抗氧化性方面非常出众。如,哈氏G3、G30合金的问世,解决了在强氧化性或混合酸环境下的应用。哈氏G35合金还对强碱溶液有很好的抵抗能力,包括质量分数为50%,温度为140℃苛性钠。当碱性环境中含高浓度的氯化物而纯镍无法适应的时候,它是最好的候选材料。哈氏G35合金对强氧化性的混合酸有极好的抵抗能力,如硝酸与氢氟酸的混合酸,这是它成为制作钢厂酸洗罐和酸洗设备夹具的最佳材料。同时,新型的G35系列合金也有很好的抗点蚀能力,加上少量的铜含量,增强了抗硫酸及氢氟酸的能力。表9是G系列合金在典型环境中的耐蚀性能。

因此,G系列合金主要应用于强氧化性的环境及混合酸的复杂环境中,如:湿法磷酸、钢厂酸洗线。

4)哈氏D合金

D系列合金为Ni-Cr-Si合金,该系列合金含有一定量的硅,能够在表面产生相当稳定的氧化膜,适用于极端的强氧化性环境,但也因此造成该合金极难焊接。该系列合金主要应用于高温浓硫酸环境。目前批量生产的D系列合金为D205,应用于浓硫酸环境的板式换热器。该合金目前通过阿法拉法公司独家代理,只提供成品板。

3.结语

综上可知,哈氏合金是一类性能非常优良的合金,它的延展性和韧性好于不锈钢,且其材料的强度比不锈钢大,同时具有优异的耐蚀性,故设计选用时可取较小的腐蚀裕度。哈氏合金一直在不断发展,并衍生出新的合金材料,推动工业的发展。它有着相当优越的环境适应能力,我们可以针对各种行业的特殊环境进行合理选材。

 

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巨头争相布局,跨境电商赛道再起热潮

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转向质量优势,本轮跨境电商热呈现新特点

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编辑:林郑宏

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