哈氏合金的选用

张汝松，李志国，刘昌峰

(山东山大华特环保工程有限公司，山东济南 250061)

哈氏合金的选用

张汝松，李志国，刘昌峰

(山东山大华特环保工程有限公司，山东济南 250061)

哈氏合金是强度高、耐腐蚀性优良的金属材料，在近百年的生产和研究中不断创新与发明，在工业中得到越来越广泛的应用。合理地选用该材料，可以提高装置的寿命。该文介绍了哈氏合金的发展历史几种哈氏合金的发展由来逐步解决的有关问题，特别是不断出现的新的哈氏合金的特性，各种类型合金、成分及性能。详细介绍了常用合金的化学、机械性能和耐腐蚀性能;并介绍了哈氏合金的焊接方法。介绍了哈氏合金在化工、环保、设备制造等领域的应用及注意事项，并对哈氏合金的使用提供了建议，特别是在石化等行业对耐蚀性要求特别高的领域哈氏合金的选用。

哈氏合金 类型 选用 焊接

虽然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1 mm。因此，哈氏合金在工业中得到越来越广泛的应用。

1 哈氏合金种类

哈氏合金的名称源于Hastelloy®，是美国哈氏合金国际公司(Haynes International，INC.)前身的Haynes Stellite Work(哈茨钴铬钨工厂)于1921年创立于美国印地安那州 Kokomo。在近百年的生产和研究中不断创新与发明，从而在高合金领域稳居世界首位。

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。它的密度:9.2 g/cm3，熔点:1 330～1 380℃，磁导率:(℃，RT)≤1.001。哈氏合金种类有 Hastelloy A、Hastelloy B、Hastelloy C、Hastelloy D、Hastelloy F、Hastelloy G、Hastelloy N、Hastelloy X 及 Hastelloy W等牌号［1］。文献［2］中介绍的Hastelloy X主要成分(%) 是 C ≤0.115，Cr≤22.0，Mo ≤9.0，Fe ≤20及Ni余。

2 常用哈氏合金

目前工业中哈氏合金的应用主要分为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。

2.1 哈氏C系列合金(Hastelloy® C-series)

C系列合金是低碳硅型Ni-Mo-Cr合金，铬能在合金表面形成致密的氧化膜(钝化)，提供抗氧化环境能力，钼能提供抗还原环境能力。C系列合金可以在氧化和还原状态下，具有出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂性能。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 Hastelloy C-276(国内牌号 NS334［3］)，是一种含钨的镍-铬-钼锻造的合金。它以极低的硅、碳含量，特殊的物理、力学和耐腐蚀性能，在200～1 090℃能耐各种腐蚀介质的侵蚀，被认为是“万能的抗腐蚀合金”，在化学、石油工业等较为苛刻的工作环境中得到了广泛的应用，解决了一般不锈钢和其他金属、非金属材料无法解决的腐蚀问题［4］。Hastelloy C-2000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。类似于C-276合金极佳的成型、焊接性能。C-276虽然获得巨大的成功，但它焊接区域的性能仍然不理想，Hastelloy C-22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Hastelloy C-22HS合金，具有优异的抗腐蚀性和加倍的强度。抗腐蚀性能和Hastelloy C-22合金类似，可以通过适当的热处理来增加强度。由于Hastelloy C-22HS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。由于材料的强度高，可以减少材料用量来减少总体成本。

表1 哈氏C系列合金发展历史Table 1 History Of Hastelloy C-Series

2.2 哈氏B系列合金(Hastelloy®B-series)

B系列合金为Ni-Mo合金，它是针对完全还原的环境，具有最优越的抗腐蚀性能。对盐酸、氯化氢气体、硫酸、醋酸等有良好的耐腐蚀性能。当溶液中有氧化性离子(铁、铜离子)时，将会加速材料的腐蚀。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。

表2 哈氏B系列合金发展历史Table 2 History Of Hastelloy B-Series

2.3 哈氏G系列合金(Hastelloy® G-series)

G系列合金为Ni-Cr-Fe合金(G-35合金除外)。Hastelloy G系列合金对强氧化性的环境有着极佳的抵抗能力。高的铬含量使该系列的合金在抗氧化性方面非常出众，加上少量的铜含量，增强了抗硫酸及氢氟酸的能力。尤其是含有杂质的磷酸，被广泛用于磷酸以及其他混合酸的环境。Hastelloy G-35合金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。Hastelloy G-35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。

表3 哈氏G系列合金发展历史Table 3 History Of Hastelloy G-Series

3 哈氏合金选用

哈氏合金的延展性和韧性好于不锈钢，但其材料的强度比不锈钢大1.5倍，且耐腐蚀性好，故设计选用时可取较小的腐蚀裕度。常见哈氏合金的机械性能见表4。哈氏合金的车削加工有一定的难度，与不锈钢相比其加工时间更长。哈氏合金的最大许用应力可参照ASME第Ⅱ篇D部分，目前我国多应用美国的ASME、ASTM和日本JIS材料标准［5］。常见供货商提供的哈氏合金材料有:板材或线材、带材、卷材、棒材、管材(焊管、无缝管)、锻件、法兰和连接件等。

国内在相当多的行业中已经应用了哈氏合金系列，如化工行业(PTA，醋酸/酐，丙烯酸等);环境工程行业(污水处理、垃圾渗透液处理);纸浆和造纸;板式换热器行业等。还有很多行业虽然在国外已经应用了哈氏合金，而国内仍在试验阶段，如制药行业等。

哈氏合金通常具有良好的可焊性，无特殊要求，可进行异种金属的焊接。适合采用任何传统焊接工艺焊接，如钨电极惰性气体保护焊、等离子弧焊、手工亚弧焊、金属极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊。焊接操作应在规定的低热量输入下进行，层间温度不超过120℃，并采用窄焊道技术，注意正确选择电焊丝和电焊条的直径。热量的输入按下面的公式计算:

其中:U:弧电压，V;I:焊接电流，A;V:焊接速度，cm/min。

表4 常用哈氏合金的机械性能Table 4 Used the mechanical properties of Hastelloy

表5 常用哈氏合金的腐蚀速度Table 5 The corrosion rate of Hastelloy common mm/a

若没有特别要求或规定，酸洗通常是焊接中的最后一道工序，一般情况下酸洗由专业工厂完成。若工件质量要求极高，焊完后，当材料仍处于高温时就应立即用不锈钢刷刷去氧化物，这样通常能得到理想的表面状态，也能彻底地清除氧化物。焊接部位的检查可采用非破坏性检验，可采用射线检测和渗透检测，不能采用磁粉检测和超声波检测［6］。

4 结语

哈氏合金是强度高、腐蚀性优秀的金属材料，合理地选用该材料，可以提高装置的寿命。而且其一直在不断发展，衍生出新的合金材料，推动工业的发展。我们可以针对各种行业的特殊环境进行选用。

［1］陈恭珉.哈氏合金及其应用［J］.上海化工，2004，(10):55-56.

［2］(日)铸物便览.改订3版，1990.

［3］王致宏.哈氏合金设备的设计与施工［J］.化肥设计，2003，(41):26-28.

［4］乐精华.耐蚀阀门用哈氏合金［J］.阀门，2003(1):34-36.

［5］蒂森克虏伯不锈钢公司:Nicrofer® 5716 hMoW 合金C-276.

［6］中国机械工程学会焊接学会.焊接手册第二卷［M］.北京:机械工业出版社，2001:

Selection of Hastelloy Steel

Zhang Rusong，Li Zhiguo，Liu Changfeng
(Shandong Dahuate Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Jinan，Shandong 250061)

Hastelloy，which is a high － strength steel material with excellent corrosion resistance，has been widely and increasingly applied in industries along with its continuous innovation and development in about one hundred years＇production and research.Appropriate selection of this material can extend the service life of the process units.Here described are the development history of Hastelloy，the development of several Hastelloys and problems solved in the development as well as properties， types， compositions and performances of Hastelloy steels， corrosion resistance performances， chemical and mechanical performances and welding techniques.The applications of Hastelloy steel in chemical production，environmental protection and equipment manufacturing industries and associated precautions are discussed.The steel can be selected for highly corrosive services in petrochemical industry and other special services.

Hastelloy，type，selection welding

TG135+1

B

1007－015X(2012)01－0033－03

2011－09－ 19;修改稿收到日期:2011－12－19。

张汝松(1970－)，工程师，1996年毕业于南京化工大学，化学工程专业，本科，长期从事化工、环保技术工作。

(编辑 王菁辉)