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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。
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。
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。
1：加热 对于哈氏B-2合金来说，在加热前和加热过程中表面保持清洁并远离污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、铅或其他低熔点金属污染物的环境下加热，则会变脆，这些污染物的来源主要包括标记笔痕迹、温度指示漆、油脂和液体、烟气。此烟气必须含硫低；例如：天然气和液化石油气含硫量不超过0.1%，城市空气含硫量不超过0.25g/m3,燃料油的含硫量不超过0.5%即为合格。 对加热炉的气体环境要求是中性环境或轻还原性环境，并且不可以在氧化性和还原性之间波动。炉中的火焰不可以直接冲击哈氏B-2合金。同时要以快的加热速度把材料加热到要求达到的温度，即要求首先要把加热炉的温度上升到要求温度，再把材料放入炉中加热。
2：热加工 哈氏B-2合金可以在900~1160℃范围内进行热加工，加工过后应该以水淬火。为了确保有的耐蚀性能，热加工过后应该退火。
3：冷加工 冷加工的哈氏B-2合金必须经过固溶处理，由于其具有比奥氏体不锈钢高得多的加工硬化率，所以成形设备要细心考虑。如果执行了冷成形工艺，那么有必要进行级间退火。 冷加工变形量超过15%时，使用前要固溶处理。
4：热处理 固溶热处理温度要控制在1060~1080℃之间，之后进行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上时可以快速空冷以获得的耐蚀性能。在任何加热操作过程中，材料的表面清洁均要有预先的防范。哈氏合金材料或设备部件在进行热处理时要注意以下一些问题：为了防止设备部件热处理变形，应采用不锈钢加强环；对装炉温度、加热和冷却时间应严格控制；装炉前，对热处理件进行预处理，防止产生热裂纹；热处理后，对热处理件PT；在热处理过程中如产生热裂纹，经过打磨后需补焊者，要采用专门的补焊工艺。
5：除垢 哈氏B-2合金表面的氧化物和焊缝附近的污点都要以精细的砂轮等打磨干净。 由于哈氏B-2合金对氧化性介质比较敏感，因此酸洗过程中会产生较多的含氮元素的气体。
6：机加工 哈氏B-2合金要以退火状态进行机加工，对它的加工硬化要有清醒的认识，例如：相对于标准奥氏体不锈钢要采用较慢的表面切削速度，对于表面的硬化层要采用较大的进刀量，并使刀具处于连续的工作状态。
7：焊接 哈氏B-2合金焊缝金属及热影响区由于易析出β相而导致贫Mo，从而易于产生晶间腐蚀，因此，哈氏B-2合金的焊接工艺应谨慎制定，严格控制。一般焊接工艺如下：焊材选用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制层间温度不大于120℃；焊丝直径φ2.4、φ3.2；焊接电流90~150A。同时，施焊前，焊丝、被焊接件坡口及相邻部位应进行去污脱脂处理。 哈氏B-2合金热传导系数比钢小得多，如选用单V型坡口，则坡口角度要在70°左右，采用较低的热输入量。 通过焊后热处理可以残余应力并改善抗应力腐蚀断裂性能。
所谓双相不锈钢是在其固淬组织中铁素体相与奥氏体相各占一半，一般少相的含量也需要达到30%。
由于两相组织的特点，通过正确控制化学成分和热处理工艺，使DSS(Duplex Stainless Steel，简称DSS)，兼有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点。
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：
⑴屈服强度比普通奥氏体不锈钢高一倍多，且具有成型需要的足够的塑韧性。采用双相不锈钢制造储罐或压力容器的壁厚要比常用的奥氏体减少30-50%，有利于降低成本。
⑵具有优异的耐应力腐蚀破裂的能力，即使是含合金量 的双相不锈钢也有比奥氏体不锈钢更高的耐应力腐蚀破裂的能力，尤其在含氯离子的环境中。应力腐蚀是普通奥氏体不锈钢难以解决的突出问题。
⑶在许多介质中应用普遍的2205双相不锈钢的耐腐蚀性优于普通的316L奥氏体不锈钢，而超级双相不锈钢具有极高的耐腐蚀性，在一些介质中，如醋酸，甲酸等甚至可以取代高合金奥氏体不锈钢，乃至耐蚀合金。
⑷具有良好的耐局部腐蚀性能，与合金含量相当的奥氏体不锈钢相比，它的耐磨损腐蚀和疲劳腐蚀性能都优于奥氏体不锈钢。
⑸比奥氏体不锈钢的线膨胀系数低，和碳钢接近，适合与碳钢连接，具有重要的工程意义，如生产复合板或衬里等。
⑹不论在动载或静载条件下，比奥氏体不锈钢具有更高的能量吸收能力，这对结构件应付突发事故如冲撞，爆炸等，双相不锈钢优势明显，有实际应用价值。
与奥氏体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：
⑴应用的普遍性与多面性不如奥氏体不锈钢，例如其使用温度必须控制在250摄氏度以下。
⑵其塑韧性较奥氏体不锈钢低，冷，热加工工艺和成型性能不如奥氏体不锈钢。
⑶存在中温脆性区，需要严格控制热处理和焊接的工艺制度，以避免有害相的出现，损害性能。
与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的优势如下：
⑴综合力学性能比铁素体不锈钢好，尤其是塑韧性，不象铁素体不锈钢那样对脆性敏感。
⑵除耐应力腐蚀性能外，其他耐局部腐蚀性能都优于铁素体不锈钢。
⑶冷加工工艺性能和冷成型性能远优于铁素体不锈钢。
⑷焊接性能也远优于铁素体不锈钢，一般焊前不需预热，焊后不需热处理。
⑸应用范围较铁素体不锈钢宽。与铁素体不锈钢相比，双相不锈钢的弱势如下：合金元素含量高，价格相对高，一般铁素体不含镍。
综上所述，可以概括地看出DSS的使用性能和工艺性能的样貌，它以其优越的力学与耐腐蚀综合性能赢得了使用者的青睐，已成为既节省重量又节省投资的优良的耐蚀工程材料。
传统的划分高温合金材料可以根据以下3 种方式来进行: 按基体元素种类、合金强化类型、材料成型方式来进行划分。
1、按基体元素种类
⑴铁基高温合金
铁基高温合金又可称作耐热合金钢。 它的基体是Fe 元素，加入少量的Ni、Cr 等合金元素，耐热合金钢按其正火要求可分为马氏体、奥氏体、珠光体、铁素体耐热钢等。
⑵镍基高温合金
镍基高温合金的含镍量在一半以上，适用于1 000℃以上的工作条件，采用固溶、时效的加工过程，可以使抗蠕变性能和抗压抗屈服强度大幅。目前就高温环境使用的高温合金来分析，使用镍基高温合金的范围远远超过铁基和钴基高温合金用处。同时镍基高温合金也是我国产量、使用量的一种高温合金． 很多涡轮发动机的涡轮叶片及燃烧室，甚至涡轮增压器也使用镍基合金作为制备材料。半个多世纪以来，航空发动机所应用的高温材料承受高温能力从20 世纪40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃应该说，这一巨大也促使铸造工艺加工及表面涂层等方面快速发展。
⑶钴基高温合金
钴基高温合金是以钴为基体，钴含量大约占60%，同时需要加入Cr、Ni 等元素来高温合金的耐热性能，虽然这种高温合金耐热性能较好，但由于各个钴资源产量比较少，加工比较困难，因此用量不多。通常用于高温条件( 600 ～ 1 000℃) 和较长时间受极限复杂应力高温零部件，例如航空发动机的工作叶片、涡 、燃烧室热端部件和航天发动机等。为了获得更优良的耐热性能，一般条件下要在制备时添加元素如W、MO、Ti、Al、Co，以保证其优越的抗热抗疲劳性。
2、合金强化类型
根据合金强化类型，高温合金可以分为固溶强化型高温合金和时效沉淀强化合金。
⑴固溶强化型
所谓固溶强化型即添加一些合金元素到铁、镍或钴基高温合金中，形成单相奥氏体组织，溶质原子使固溶体基体点阵发生畸变，使固溶体中滑移阻力增加而强化。有些溶质原子可以降低合金系的层错能，提高位错分解的倾向，导致交滑移难于进行，合金被强化，达到高温合金强化的目的。
⑵时效沉淀强化
所谓时效沉淀强化即合金工件经固溶处理，冷塑性变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能的一种热处理工艺。例如:GH4169 合金，在650℃的屈服强度达1 000 MPa，制作叶片的合金温度可达950℃。
