哈氏合金管是鎳鉬合金家族中的一個新成員
2023-4-10 10:56:35??????點擊：
1.哈氏合金管是鎳鉬合金家族中的一個新成員，它對任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的抗腐蝕性。同時它對硫酸、乙酸、蟻酸、磷酸及其他不具有氧化性的介質也具有良好的抗腐蝕性。
2.由于對其化學成分作了調整，它的熱穩定性相比原來的B-2合金有了大幅的提高。B-3合金對點蝕、應力腐蝕、刀口腐蝕和焊接的熱影響區的腐蝕等均有很高的抗力。
Hastelloy B-3的金相結構Hastelloy B-3為面心立方晶格結構。該合金的鐵和鉻含量被控制在小值，因此阻礙了其在700-800℃間沉淀析出Ni4Mo相，從而降低了加工脆化的風險。
Hastelloy B-3 的特性瞬時暴露在中溫時仍能保持優秀的塑性能;優秀的耐點蝕和應力腐蝕開裂性能力;優秀的耐刀口腐蝕和熱影響區腐蝕的性能;優秀的耐醋酸、乙酸、磷酸和其它非氧化性酸的性能力;優秀的耐各種濃度和溫度下鹽酸腐蝕的性能力;
Hastelloy B-3 應用范圍領域有：B-3合金可適用于先前B-2合金所有用途，同B-2合金我一樣，B-3也不推薦使用于三價鐵鹽和二價銅鹽存在的環境中，因為這些鹽會很快引起腐蝕破壞。當鹽酸接觸到鐵和銅時，會與之發生化學反應生成三價鐵鹽和二價銅鹽。
簡介：哈氏 B-3 合金的性能和材料特性，總結多個制造廠的加工制造經驗，提出質量控制的關鍵為封頭成型控制和焊接質量控制，并指出其具體工藝過程的相關要點。哈氏 B-3 合金是美國 HAYNES 公司在哈氏 B-2合金的基礎上，研究開發的新材料，在鹽酸和硫酸中具有杰出的抗腐蝕性能，并有很好的熱穩定性。通過調整某些合金元素的含量，哈氏 B-3 合金中溫 β 相相變時間有所延長，為哈氏 B-3 合金原材料生產、設備制造過程中的熱加工、熱處理、焊接等加工工序創造了更為有利的條件。但是，哈氏 B-3 合金仍然存在有 β 相變、敏化、冷作硬化等固有的材料特性。某些設備制造廠已較好地掌握了哈氏 B-2、哈氏 B-3 合金設備制造過程中的焊接技術，但封頭成型技術等設備制造經驗還不夠成熟，焊接工藝還不夠完 善。國內傳統技術路線成型的封頭常出現鼓包、折皺、尺寸精度差、甚至開裂等問題。通過對多個制造廠加工經驗的學習歸納，并參考相關國外國內標準，對哈氏 B-3 合金制設備的質量控制的關鍵因素進行分析總結。1 哈氏 B-3 合金的成分與性1.1 化學成分哈氏 B-3 合金的化學成分（見表 1）。1.2 力學性能哈氏 B-3 合金的室溫力學性能（見表 2）。1.3 耐蝕性能哈氏 B-3 合金以鎳為基體，僅有鉬為其合金元素。鉬具有高的標準還原電極電位，是一種熱力學穩定的元素。與鋯的耐腐蝕原理不同，哈氏 B-3 合金耐腐蝕的性能來自合金本身熱力學的穩定性，即源于鎳與鉬標準還原電極電位較高。哈氏 B-3 合金是一種應用于強還原性環境中的優良耐蝕合金，從圖 1 可看出[2]，它可用于常壓下、無氧化劑的較大溫度范圍內的、很高濃度的鹽酸溶液中。在不充氣的非氧化性硫酸中，哈氏B-3 合金顯示了優良的耐蝕性能，見圖 2[2]。此外，在不含氧化劑的氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸中，哈氏 B-3 合金也有很好的耐蝕性。如在甲醇低壓羰基合成醋酸工藝介質中，在較低的溫度下，哈氏 B-3 合金具有優良的耐蝕性能，均勻腐蝕率小于 0.01 mm/a。但是，由于哈氏 B-3 合金基本不含鉻，鈍化能力很弱，不能用于通氣或含氧化劑的鹽酸、硫酸、氫氟酸中，也不能用于氧化性鹽溶液中。顯然，哈氏B-3 合金的應用范圍較窄。1.4 材料特性哈氏 B-3 合金是鉬元素含量約 30 ％的鎳基合金，鉬在鎳中形成的固溶體為奧氏體組織。大量的鉬原子固溶于鎳的奧氏體晶格中，由于鉬原子大且重，嚴重扭曲了鎳的晶格，使鎳均勻的奧氏體組織處于亞穩定狀態。盡管哈氏 B-3 合金中的有害元素碳、硫、磷、硅等被控制到很低的程度，但在哈氏 B-3 合金的兩個敏化溫度區（1 200~1 300 ℃的高溫敏化區和 500~950 ℃的中溫敏化區），σ 相、γ 相等金屬間相仍很容易沿晶界析出，造成哈氏 B-3 合金原材料的晶間腐蝕敏感性。因此，哈氏 B-3 合金原材料質量檢驗項目中不僅應有常規的化學成分，力學性能檢驗，還應增加哈氏 B-3合金原材料晶粒度和 149 ℃鹽酸晶間腐蝕檢驗。與哈氏 B-2 合金一樣，在 650~750 ℃的溫度范圍內，哈氏 B-3 在冶金熱力學上也存在一個 650~750 ℃的 β 相變區[3]，這是一種無擴散相變，在適當的應力條件下可以在瞬間發生。從圖 3 可看出，通過合金元素的調整，哈氏 B-3 較 B-2 合金在 650~750 ℃的 β 相變速度明顯降低，而各種內應力，如焊接殘余應力，冷、熱成型時材料中存在的內應力，均將促進 β 相相變。如果發生了 β 相變，無論是哈氏 B-2 或 B-3 合金，其延伸率均將大幅降低，在極端情況下，哈氏 B-2 的室溫延伸率可降至 2 %[2]。美國 HAYNES 公司認為，β 相的轉變是造成哈氏 B-2 合金鍛造、軋制、熱處理時材料開裂的原因，也是 B-2 合金設備服役時發生應力腐蝕開裂的原因。雖然哈氏 B-3 合金較哈氏 B-2 合金具有 β 相相變較緩慢的優點，但 B-3 合金仍存在 β 相相變的可能性。在國內，有的哈氏 B-3 封頭在固溶處理后表面出現小裂紋的問題。顯然，哈氏 B-3 設備制造過程中，應保證材料在成型后有足夠的穩定性，以避免在終固溶處理后封頭表面出現裂紋或開裂。2 哈氏 B-3 設備制造質量控制哈氏 B-3 合金制容器類設備制造的質量控制主要有兩個關鍵點：封頭成型的質量控制和焊接接頭的質量控制。2.1 封頭成型的質量控制哈氏 B-3 合金封頭成型工藝，根據封頭直徑的大小，封頭的壁厚，常有不同的成型工藝，如不同的壓制工藝：沖壓、旋壓，分瓣壓制；不同的成型溫度：冷成型、溫成型、高溫成型等。在哈氏 B-2，哈氏 B-3 合金制設備制造過程中，始終存在著封頭成型技術不夠完善的問題。通常采用冷沖壓或冷旋壓的方式進行成型，由于B 合金的冷作硬化嚴重，易于發生 β 相變，因此每沖壓或旋壓一次，均必須在 1 066 ℃進行一次固溶處理，不僅工序復雜，還經常在終固溶處理后，封頭外表面出現微裂紋。熱沖壓成型時，由于 B-3 合金的高溫抗力大，下模具壓板壓力不夠時，封頭可能從壓板下脫出，滑入下模具中，造成封頭形狀不規則，使后續的修型工作非常繁重。在對哈氏 B 系列合金的材料特性進行充分研究及取得相關實驗結果后，確定中溫成型是一種更為恰當的成型方法（哈氏 B-3 合金不存在 475 ℃脆性）。溫成型不僅易于操作，且成型后的封頭在終固溶處理后內外表面光潔，沒有任何成型缺陷。哈氏合金管不論采用何種工藝進行封頭成型，成型后的封頭均須進行固溶處理，以消除成型過程中產生的殘余應力。為了驗證固溶處理的效果，封頭固溶處理時應帶焊接試板，以檢驗熱處理效果。檢驗方法為：149 ℃，20 ％鹽酸，連續試驗 96 h，500X 金相法檢查焊接接頭熱影響區晶間腐蝕深度，晶間腐蝕深度≤0.178 mm 為合格。2.2 焊接接頭的質量控制焊接是哈氏 B-3 合金設備制造中的另一關鍵控制工藝，焊接接頭質量控制是非常關鍵的，直接影響設備的安全運行。
4 為某化工機械廠哈氏 B-3 合金焊接工藝評定試板焊接接頭的晶間腐蝕檢驗金相照片。顯然，該焊接工藝沒有通過焊接接頭晶間腐蝕檢驗。圖 5 為另一化機公司哈氏 B-3 設備產品試板的腐蝕檢驗金相照片。設備的產品試板的腐蝕檢驗表明，該設備的焊接質量良好。2.2.1 焊接接頭的質量要求 哈氏 B-3 材料的強度、
硬度太高，且易加工硬化，無法制作藥芯焊絲。由于此特性，目前最好的焊接方法仍是無氧化的鎢極氣體保護焊(GTAW)[4]。除采用正確的焊接方法外，對焊接接頭的選擇及其要求較高，如采用雙面 GTAW 進行封底焊后再進行焊接，保證全焊透且易于清焊根。
對于大型哈氏 B-3 合金設備的對接焊，盡量采用雙 V 型坡口進行雙面焊（見圖 6）。哈氏合金只有嚴格脫除材料中的碳、硅、硫、磷等雜質，才能獲得焊后耐蝕性，因此，要建立高清潔度的施工環境，并對焊接接頭進行嚴格的去氧化皮、去污漬等工序。焊接坡口加工后焊接前，需對焊接接頭去氧化物處理。合金 B-3 的表面氧化物、氧化色和焊縫周圍的焊渣的附著性強，推薦使用細晶砂帶或細晶砂輪進行打磨。酸洗前，用噴砂處理或小心打磨把氧化物打碎。使用 HNO3/HF 混合酸進行適當時間和溫度的酸洗。2.2.2 焊接接頭的質量控制（1）清潔的焊接環境是焊接質量達標的前提，包括對施工車間、施工設備、特別是焊接接頭的清潔處理，做到無塵、無鐵和其他雜質，以防焊接接頭遭受污染。（2）特別注意焊接時要采取低線能量輸入并控制層間溫度，以防止過度熱輸入，導致合金元素的燒毀。焊接時，以焊縫金屬呈現銀白色為原則，若出現淺黃色可通過專用不銹鋼絲刷擦除，若出現其他顏色，則必須用專用砂輪片打磨去除。每層焊道不要太厚，最大限度地減少合金元素的燒毀。不要出現咬邊、高低不平等焊接缺陷或其他影響耐腐蝕性能的現象。
（3）焊接完成后，要對其進行固溶熱處理。對焊接接頭進行 149 ℃晶間腐蝕檢驗，以保證哈氏 B-3 合金焊接接頭的耐蝕性能，這是評定哈氏 B-3 合金焊接質量的重要檢驗方法，也是壓力容器制造的關鍵質量考核點。3 結語（1）哈氏 B-3 合金具有兩個晶間腐蝕敏化區和一個中溫 β 相變區，雖其相變時間相比 B-2 有所延長，但仍需嚴格控制促進 β 相相變的因素，如焊接殘余應力，冷、熱成型時材料中存在的內應力等。（2）對哈氏 B-3 合金封頭的成型，中溫成型是一種更為恰當的成型方法（哈氏 B-3 合金不存在 475 ℃脆性）。溫成型不僅易于操作，且成型后的封頭在終固溶處理后內外表面光潔，沒有任何成型缺陷。成型后的封頭須進行固溶處理，以消除成型過程中產生的殘余應力。（3）149 ℃，20 %鹽酸晶間腐蝕檢驗方法是哈氏合金管制設備制造質量控制的關鍵檢驗方法。
- 上一篇：哈氏合金板對大多數腐蝕介質具有優異的耐腐蝕性 2023/4/10
- 下一篇：哈氏合金管是美國哈氏合金國際公司所生產的鎳基耐蝕合金的商業牌 2023/3/21