哈氏合金管作為金屬中的貴族，哈氏合金的價格讓很多人會對其敬而遠之，但是它卻有著其他材料無法比擬的綜合耐蝕性能，，在一些情況下，不銹鋼無法勝任，而哈氏合金制造的設備在使用十年之后腐蝕不到1 mm。因此，哈氏合金在工業中得到越來越廣泛的應用。
1哈氏合金種類
哈氏合金分為耐蝕合金和耐熱合金，耐蝕合金又分為3個主要系列B、C、G。B系列主要有B、B-2、B-3；C系列主要有C、C-276、C-4、C-22、C-2000；G系列有G、G-3、G-30、G-50等[1]。其中C系列為最常用的哈氏合金。此外還有哈氏合金X系列及W系列。
哈氏合金是鎳基合金中的Ni-Mo 系、Ni-Cr-Mo系及Ni-Si 系耐蝕耐熱合金。它的密度:9. 2 g /cm3，熔點: 1 330 ～ 1 380 ℃，磁導率: ( ℃，RT) ≤1. 001。
2 常用哈氏合金
2.1Hastelloy C
Hastelloy C 是在Hastelloy B 合金的基礎上添加C r、W元素形成的, 是N i-C r合金和N i-Mo合金的兼容和優化, ，鉻能在合金表面形成致密的氧化膜( 鈍化) ，提供抗氧化環境能力，鉬能提供抗還原環境能力。C 系列合金可以在氧化和還原狀態下，具有出色的耐點腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂性能在氧化性和還原性介質中都具有很好的耐蝕性能以及耐局部腐蝕、耐氯化物應力腐蝕破裂和海水的孔蝕。
Hastelloy C 與H astelloy B 一樣也有一些嚴重的缺點, 在苛刻的氧化介質中, 這種合金的含鉻量不足以使其保持鈍化狀態而顯示出高的均勻腐蝕速率;更大的應用障礙是焊接熱影響區在許多氧化性、低pH值、鹵化物環境中對晶間腐蝕很敏感。很多場合要求由Haste lloy C 合金制作的容器焊后必須經過固溶處理消除熱影響區的偏析, 這嚴重限制了該合金的應用。
2.2Hastelloy C276
Hastelloy C276通常被認為是萬能的抗腐蝕鎳-鉻-鉬鍛造合金。C-276 合金是一個經改進的鍛造 C 合金，它的優點在于焊接后可以不用再進行固溶熱處理，并在其加工性能上也有了很大的改進。C-276 合金能夠阻止焊接熱影響區的晶界沉淀的形成，因此它的焊接狀態的產品可適用于大多數化學工程處理的用途。C-276 合金對于局部腐蝕和氧化還原介質都有很好的抵抗能力。由于 C-276 合金的多用性，即使車間反應條件可能不理想，或在多種生產目的的工廠中它也能被廣泛使用。C-276 合金對于不同的化工環境也有優越的抗腐蝕能 力，包括三氯化鐵和二氯化銅，熱的污染溶液（有機或無機），甲酸、乙酸、醋酸酐等強氧化劑以及海水、鹽水溶液環境等。由于 C-276 合金對于在大多數洗滌器中可能遇到的硫化物和氯離子有很好的抗力，它也能用于煙氣脫硫系統。C-276 合金對于點狀腐蝕和應力腐蝕開裂都有杰出的抗力。同時，它也是少數可以承受濕氯蒸汽、次氯酸鹽、二氧化氯腐蝕作用的材料之一。
2.2.1 Hastelloy C276化學成分
2.2.2 Hastelloy C276焊接
哈氏合金C- 2 76 材料的焊接性能在許多方面與奧氏體不銹鋼相似,，一般采用SMAW或TIG焊焊接。焊接材料選用焊絲一般為AWS A5.14 ERNiCrMo-4，焊條AWS A5.11 E NiCrMo-4.焊接時應注意如下事項：
a) 焊接是焊前，應進行焊接工藝評定，并且每臺容器都應制備產品焊接試板。
b) 設備制造場地應與其它材料分開, 哈氏合金材料零部件應單獨存放, 不得與碳素鋼材料及零部件混放。哈氏合金C-2 76 設備產生銹點, 一般都是由于嵌人的鐵所致, 所以為防止腐蝕, 設備制造場地應與其它材料分開。
c) 施焊前應去掉剪切硬化層, 可采用手工打磨或刨邊機加工的方法去掉硬化層根部焊道應為凸面焊道不允許火焰切割, 可用等離子沖剪,切削。
d) 鎳基合金進行焊接時, 清理非常重要因為各種雜質、如油脂、銹跡鉛、硫和其它低熔點元素都可能引起嚴重的裂紋。
e) 焊縫表面不得有裂紋氣孔、夾渣、咬邊等缺陷, 表面不應有急劇的形狀變化, 應平滑過渡。
2.3
Hastelloy C-22
2.3.1 Hastelloy C-22
HASTELLOY C-22 是一種通用的鎳-鉻-鉬-鎢合金，與其他現有的鎳-鉻-鉬合金（包括 HASTELLOY C-276、C-4、625合金）相比，它具有更好更全面的抗腐蝕性。C-22 合金對于點狀腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂等都有杰出的抗力，對于氧化性水溶液，包括濕氯、硝酸的混合液或其他含有氯離子的氧化性酸也有很好的抵抗能力。同時，它對于加工工藝流程中所遇到的還原、氧化環境也具有極佳的抵抗能力。由于 C-22合金的多功能性，即使車間反應條件可能不理想，或在多種生產目的工廠中，它也能被廣泛使用。
C-22合金對于不同的化工環境也有優越的抗腐蝕能力，包括三氯化鐵和二氯化銅，熱的污染溶液（有機或無機），甲酸、乙酸、醋酸酐等強氧化劑以及海水、鹽水溶液環境等。C-22 合金能夠阻止焊接熱影響區內晶界沉淀的形成，因此它的焊接狀態的產品適用于各種化學處理工程的用途。
2.3.2 化學成分
Hastelloy C22化學成分表
2.4Hastelloy B
B 系列合金為Ni-Mo 合金，它是針對完全還原的環境，具有最優越的抗腐蝕性能。對鹽酸、氯化氫氣體、硫酸、醋酸等有良好的耐腐蝕性能。當溶液中有氧化性離子( 鐵、銅離子) 時，將會加速材料的腐蝕。B 系列合金由于它性能的特殊性，應用相對比較集中，其中最主要的就是醋酸生產( 羰基合成法) ，還有一些硫酸回收系統中也用到該系列合金。
2.5Hastelloy G
G 系列合金為Ni-Cr-Fe 合金( G-35 合金除外) 。Hastelloy G 系列合金對強氧化性的環境有著極佳的抵抗能力。高的鉻含量使該系列的合金在抗氧化性方面非常出眾，加上少量的銅含量，增強了抗硫酸及氫氟酸的能力。尤其是含有雜質的磷酸，被廣泛用于磷酸以及其他混合酸的環境。Hastelloy G-35 合金對強堿溶液有很好的抵抗能力，包括質量分數為50%，溫度為140 ℃苛性鈉。當堿性環境中含高濃度的氯化物而純鎳無法適應的時候，它是最好的候選材料。Hastelloy G-35 合金對強氧化性的混合酸有極好的抵抗能力，如硝酸與氫氟酸的混合酸，這是它成為制作鋼廠酸洗罐和酸洗設備夾具的最佳材料。
3 哈氏合金的耐腐蝕性能
H astelloy C 系列合金是鎳-鉻-鉬合金, 與B 系列合金不同的是, 該系列合金適合在氧化性與還原性之間波動的混合溶液中使用, 尤其適用于混入鐵離子Fe3 + 、銅離子Cu2 +等強氧化性離子的鹽酸、硫酸溶液。
3.1均勻腐蝕
均勻腐蝕的特點是在某一腐蝕環境中金屬的表面被大面積破壞,腐蝕速度均勻。均勻腐蝕具有可預見性, 憑此可以估算設備的壽命。均勻腐蝕速率與腐蝕介質的濃度、溫度及是否含有雜質有很大的關系。
在均勻腐蝕的情況下, 金屬的耐蝕能力是用其腐蝕速度來衡量的,常用等腐蝕速度曲線圖來比較不同金屬材料的耐均勻腐蝕的能力。曲線圖1[ 2] 和圖2[ 2] 表示了在腐蝕速度為0. 51 mm /a時, 環境溫度和介質濃度對腐蝕的綜合影響。
3.2晶間腐蝕
熱穩定性是限制鎳基合金應用的重要因素, N i-C r-M o合金是為在500 ℃的水性溶液中應用設計的, 但它可能要接受高溫的影響如焊接和不正確的熱處理, 焊縫金屬或熱影響區或母材析出金屬相μ,這種現象叫敏化, 在某些氧化性介質中敏化會加速晶間腐蝕。鎳基合金一般具有中溫敏化的特性。
3.3局部腐蝕(點蝕和縫隙腐蝕)
在鹵素(如C l- )離子的環境中, 經常可以看到點蝕和縫隙腐蝕的產生。點蝕發生在與介質接觸的金屬表面上, 縫隙腐蝕發生在金屬重疊部分、螺母墊片或某些殘渣等沉積物和金屬表面之間的縫隙處。
局部腐蝕是不銹鋼或H astelloy C 系列合金最常見的腐蝕失效形式之一, 這種腐蝕形式比均勻腐蝕具有不可預見性, 危險性更大。當均勻腐蝕還沒被查覺時, 點蝕可能已在金屬全厚度上造成了穿孔。由于Haste lloy C 系列合金含有較高的C r、Mo、W 或Nb, 因此, 此類合金的耐點蝕和縫隙腐蝕的能力很強。這個能力可以用點蝕當量指數PREN來衡量, 這個值越高耐蝕性越好。
點蝕當量指數PREN 根據合金的化學成分由下式[ 4] 計算出來:
PREN =%C r +1. 5 ×(%Mo +%W +%Nb) -0. 5 ×(%C u)
各種金屬對點蝕或縫隙腐蝕的抗力, 也可以用在某種特定溶液中發生點蝕或縫隙腐蝕的初始溫度來衡量, 這種溫度分別稱為點蝕臨界溫度CPT和縫隙腐蝕臨界溫度CCT。
在103 ℃時, C-4和C-276都能發生縫隙腐蝕,但C -276腐蝕深度比C-4淺得多, 其原因是在化學成分上C-276 含有近4%的W, 可見在抗縫隙腐蝕方面W 的作用是非常明顯的。在125 ℃時, 其它合金都發生了不同程度的縫隙腐蝕, 而686 和59 合金卻沒有出現腐蝕, 但在135℃和140℃時, 59 合金發生了顯著的腐蝕, 而686的腐蝕卻很輕微, 其原因也是686含了近4%的W 的結果。C-2000的抗縫隙腐蝕的能力與其PREN 點蝕當量指數是不相稱的, 這可歸結為其化學成分中含了1. 6%銅的結果。銅對奧氏體不銹鋼抗縫隙腐蝕能力的不利影響是已經被證實了的, 這一點對高鎳合金同樣存在。但銅的存在對提高C -2000合金在還原性酸中的抗均勻腐蝕能力是有利的。
4 結論
1）哈氏合金是鎳基合金中的Ni-Mo 系、Ni-Cr-Mo系及Ni-Si 系耐蝕耐熱合金。哈氏合金因其優異的耐腐蝕性能在許多極端環境下取得了應用。根據成分及用途可以分為B、C、G系列。
2）哈氏合金耐腐蝕性能優越，不同的合金組分，所耐腐蝕的種類不同，要根據腐蝕介質的性質合理選擇。
關鍵詞：哈氏合金管