哈氏合金元素及性能

哈氏合金(Hastelloy alloy)

一、引言

哈氏合金是镍基合金的一种，目前主要分为B、C、G三个系列，它主要用于铁基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，在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。其牌号和典型使用场合如下表所示。

哈氏合金牌号

为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷、热加工性能，哈氏合金先后进行了三次重大改进，

其发展过程如下：

B系列：B →B-2(00Ni70Mo28) →B-3

C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)

目前使用最广泛的是第二代材料N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N06455(C-4)和N06985(G-3)。第三代材料N10675(B-3)、N10629(B-4)、N06059(C-59)处于推广阶段。由于冶金技术的进步，近年来出现了多个牌号的含~6%Mo的所谓―超级不锈钢‖，替代了G系列合金，使得G系列合金的生产和使用迅速下降。

二、典型哈氏合金化学成分

材料的化学成分

Ni Cr Mo Fe C Si Co Mn P S W V Cu Nb+T a

N10665

(B-2) 基≤1.0 26.0~30 ≤2.0≤0.02≤0.10≤1.0≤1.0≤0.04

≤0.03

N10276 (C-276) 基 14.5~16.5 15.0~ 17.0 4.0~7.0 ≤0.01≤0.08≤2.5≤1.0≤0.04≤0.03 3.0~

4.5 ≤0.035

N06007 (G-3) 基 21.0~23.5 6.0~ 8.0 18.0~21 ≤0.015≤1.0≤5.0≤1.0≤0.04≤0.03≤1.5 1 .5~2.5 ≤0.50

三、力学性能

哈氏合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在机加工方面有一定的难度，而且其应变硬化倾向极强，当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。哈氏合金还存在中温敏化区，其敏化倾向随变形率的增加而增大。当温度较高时，哈氏合金易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。

材料的力学性能

四、常用哈氏合金

1：Hastelloy B-2 alloy(哈氏B-2合金)

一、耐蚀性能

哈氏B-2合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni-Mo合金，它减少了在焊缝及热影响区碳化物和其他相的析出，从而确保即使在焊接状态下也有良好的耐蚀性能。

众所周知，哈氏B-2合金在各种还原性介质中具有优良的耐腐蚀性能，能耐常压下任何温度，任何浓度盐酸的腐蚀。在不充气的中等浓度的非氧化性硫酸、各种浓度磷酸、高温醋酸、甲酸等有机酸、溴酸以及氯化氢气体中均有优良的耐蚀性能，同时，它也耐卤族催化剂的腐蚀。因此，哈氏B-2合金通常应用于多种苛刻的石油、化工过程，如盐酸的蒸馏，浓缩；乙苯的烷基化和低压羰基合成醋酸等生产工艺过程中。

但在哈氏B-2合金多年的工业应用中发现：（1）哈氏B-2合金存在对抗晶间腐蚀性能有相当大影响的两个敏化区：1200~1300℃的高温区和550~900℃的中温区；（2）哈氏B-2合金的焊缝金属及热影响区由于枝晶偏析，金属间相和碳化物沿晶界析出，使其对晶间腐蚀敏感性较大；（3）哈氏B-2合金的中温热稳定性较差。当哈氏B-2合金中的铁元素含量降至2%以下时，该合金对β相（即Ni4Mo相，一种有序的金属间化合物）的转变敏感。当合金在650~750℃温度范围内停留时间稍长，β相瞬间生成。β相的存在降低了哈氏B-2合金的韧性，使其对应力腐蚀变得敏感，甚至会造成哈氏B-2合金在原材料生产(如热轧过程中)、设备制造过程中（如哈氏B-2合金设备焊后整体热处理）及哈氏B-2合金设备在服役环境中开裂。现今，我国和世界各国指定的有关哈氏B-2合金抗晶间腐蚀性能的标准试验方法均为常压沸腾盐酸法，评定方法为失重法。由于哈氏B-2合金是抗盐酸腐蚀的合金，因此，常压沸腾盐酸法检验哈氏B-2合金的晶间腐蚀倾向相当不敏感。国内科研机构用高温盐酸法对哈氏B-2合金进行研究发现：哈氏B-2合金的耐蚀性能不仅取决于其化学成分，还取决于其热加工的控制过程。当热加工工艺控制不当时，哈氏B-2合金不仅晶粒长大，而且晶间会析出现高Mo的σ相，此时，哈氏B-2合金的抗晶间腐蚀的性能明显下降，在高温盐酸试验中，粗晶粒板与正常板的晶界浸蚀深度相差约一倍左右。

二、物理性能

哈氏B-2合金的物理性能如下表所示。

密度：9.2g/cm3, 熔点：1330~1380℃，磁导率：(℃，RT)≤1.001

物理性能

温度（℃）比热（J/kg-k）热传导系数（W/m-k）电阻率（μΩcm）弹性模量（Gpa）室温至T的热膨胀系数（10-6/K）

0 373 137 218

20 377 11.1 137 217

100 389 12.2 138 213 10.3

200 406 13.4 138 208 10.8

300 423 14.6 139 203 11.1

400 431 16.0 139 197 11.4

500 444 17.3 141 191 11.6

600 456 18.7 146 184 11.8

700 176

三、化学成分

化学成分

元素 Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co P S

最小余量 0.4 1.6 26.0