Hastelloy B-3與系列合金統(tǒng)一對(duì)比整理

目前，鎳- 鉬系列合金已由第一代的Hastelloy B、第 二 代 的Hastelloy B-2發(fā)展到了第三代的Hastelloy B-3、Nimofer 6629-alloy B-4、Nimofer 6224-alloy B-10 。第三代合金在耐蝕性、熱穩(wěn)定性、 加工成形及焊接等諸多方面均優(yōu)于前者[1] 。 由于Hastelloy B-2加工性能方面的不足，已經(jīng)逐漸退出了市場(chǎng)。

Hastelloy B系列合金是面心立方晶格結(jié)構(gòu)，只有其組織足夠純凈并處于正確的晶體結(jié)構(gòu)才能獲得最佳的耐蝕效果。由于早期的哈氏合金，如Hastelloy B，Hastelloy C等需要焊后進(jìn)行完全退火（即固溶處理）， 否則，焊接熱影響區(qū)的耐腐蝕性能會(huì)大大降低，而焊接是絕大多數(shù)容器生產(chǎn)中所必須的加工 過(guò)程，所以早期的哈氏合金逐漸被改進(jìn)或者被淘汰。 在冶金技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上（如氬氧脫碳重熔精煉技術(shù) 的應(yīng)用），Hastelloy B系列合金改進(jìn)的重點(diǎn)是控制碳、 硅在極低的水平，改善焊接區(qū)域的性能，保證在焊接 區(qū)域具有和母材一樣的耐蝕性能。這樣，鎳-鉬系合金依次出現(xiàn)了Hastelloy B-2，Hastelloy B-3 ，Nimofer  6629-alloy B-4 等。Hastelloy B-2合金在一定程度上解決了焊接區(qū)域性能下降的問(wèn)題 ；Hastelloy B-3解決了Hastelloy B-2容易析出沉淀硬化相的缺點(diǎn)，極大地改善了冷、熱加工性能。

表 1 列出了商業(yè)牌號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)牌 （編） 號(hào)的對(duì)照。

1  鎳-鉬系列合金

1.1 Hastelloy B合金

20 世紀(jì) 40 年代Hastelloy B變形合金（UNS 編號(hào)N10001， 名義成分 Ni-28Mo-5Fe-0.3V ， 于 1929年取得專(zhuān)利） 進(jìn)入市場(chǎng)，是最早的固溶強(qiáng)化鎳 - 鉬合 金。由于它的鉬含量很高，因此具有高強(qiáng)度和高耐蝕 性，特別適用于應(yīng)對(duì)強(qiáng)還原性酸。Hastelloy B合金的主要問(wèn)題是焊接后熱影響區(qū)（HAZ）總是有第二相沉淀物析出，這種沉淀物大大降低了焊接結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性能。因此，Hastelloy B不宜在焊后狀態(tài)直接使用，在晶間腐蝕能力較強(qiáng)的介質(zhì)中只能在固溶狀態(tài)下使用。

固溶處理溫度高，過(guò)程復(fù)雜，對(duì)于某些部件和設(shè)備是難以實(shí)現(xiàn)的，故Hastelloy B的使用受到限制。 因此，Hastelloy B已不再用于焊接件，不再作為耐蝕合金使用，已被劃入耐熱合金。

在早期的高溫應(yīng)用方面，雖然Hastelloy B在高溫（直到1095 ℃） 下具有高屈服強(qiáng)度和低熱膨脹系數(shù)的特點(diǎn)，但由于抗氧化性較差而限于在較低的溫度（650 ℃）下使用，主要體現(xiàn)在舊式汽輪機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，現(xiàn)已被時(shí)效硬化高溫合金Haynes 242TM所代替[2] 。在早期的化工耐蝕應(yīng)用方面，由于不含鉻，Hastelloy B合金被嚴(yán)格限制在還原性酸中使用。

1.2 Hastelloy B-2合金

20世紀(jì)70年代，為了改善Hastelloy B合金的晶間腐蝕敏感性，采取了降低碳、硅和鐵的含量的方法 開(kāi)發(fā)了第二代Hastelloy B-2（以下簡(jiǎn)寫(xiě)成B-2）合金。 降低碳、硅含量可以顯著降低在焊縫及熱影響區(qū)析出碳化鉬和鎳鉬金屬間化合物的析出速度和析出量， 從而大大降低晶間腐蝕敏感性，使之即使在焊接狀態(tài) 下也有很好的耐蝕性，從而它的焊接結(jié)構(gòu)無(wú)需進(jìn)行固溶處理也適用于大多數(shù)化工應(yīng)用[3]。

雖然在一定介質(zhì)條件下B-2合金焊接容器不需 要焊后熱處理，但這一事實(shí)并沒(méi)有解決由于其它操作 而需要進(jìn)行固溶處理的問(wèn)題，固溶處理在某些情況下是必須做的,且是有益的，相關(guān)因素如下[5] ：

（1）B-2 合金熱加工后，必須進(jìn)行固溶處理。

（2）冷成形后通常需要固溶處理，以恢復(fù)延展 性和降低硬度?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，如果冷變形量低于約 7% 的外纖維延伸率，一般情況下可不需要退火。

（3）固溶處理冷成形材料可以降低焊接熱循環(huán) 導(dǎo)致熱影響區(qū)（HAZ）脆化的可能性。

（4）固溶處理可以減少殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力是 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（ SCC）的一個(gè)重要形成因素。雖然 對(duì)于B-2合金 SCC 通常不是問(wèn)題，但經(jīng)驗(yàn)表明，在 某些環(huán)境中，存在重大冷變形會(huì)增加 SCC 的敏感性。同樣，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，固溶處理變形量大于約7%的 外纖維延伸率的部件將降低SCC敏感性。

（5）固溶處理可以提高焊接熔合區(qū)和熱影響區(qū)的耐腐蝕性。

雖然B-2合金在熱穩(wěn)定性、 制造方面優(yōu)于Hastelloy B合金，但是B-2合金畢竟是接近于Ni-Mo純二元系合金，短時(shí)在中溫敏化區(qū)538~870 ℃停留 也會(huì)迅速析出 Ni4Mo（β 相） 金屬間化合物，使合金 的延展性急劇下降，致使加工成形非常困難。Ni4Mo  相可能會(huì)引起熱加工（鍛造、熱卷） 過(guò)程中的開(kāi)裂， 在固溶處理過(guò)程中的開(kāi)裂，焊接熱影響區(qū)應(yīng)力腐蝕的 開(kāi)裂，出現(xiàn)脆化問(wèn)題即B-2合金具有中溫脆化的特性。 于是，B-2 合金被熱穩(wěn)定性更好的Hastelloy B-3合金替代。

1.3 Hastelloy B-3合金

Hastelloy B-3（以下簡(jiǎn)寫(xiě)成 B-3）合金是 20 世紀(jì) 90 年代進(jìn)入市場(chǎng)，2003 年獲得發(fā)明專(zhuān)利的第三代鎳 - 鉬合金，是B-2合金的升級(jí)版本，是當(dāng)今Hastelloy B系列合金的最新成果，也是目前市場(chǎng)上唯一廣泛使用 的鎳 - 鉬合金。

與B-2合金相比，B-3 合金的最大優(yōu)點(diǎn)在于短時(shí)暴露于中溫仍能保持很好的延展性[4] 。在與制造有關(guān)的熱過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到短時(shí)暴露于中溫這種情況，諸如在700 ℃這樣的溫度下極短的暴露也會(huì)使B-2合金嚴(yán)重脆化，但 B-3 合金在長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)也不會(huì)脆化，顯示出對(duì)這種脆化具有顯著的耐受性，這為合金被加工成復(fù)雜部件提供了極大的便利，比如封頭成型。這是由于B-3 合金對(duì)成分進(jìn)行了特別的優(yōu)化調(diào)整，在中溫區(qū)（600 ~ 800 ℃）沉淀反應(yīng)變緩慢，并形成 Ni3Mo（γ 相） 金屬間相，改善了B-2在通過(guò)中溫時(shí)容易析出Ni4Mo（β 相）沉淀相的缺點(diǎn)。在中溫區(qū)熱穩(wěn)定性上B-3合金極大的優(yōu)越于B-2合金，使熱加工性能有了很大提升，有更好的成形和焊接性能。

B-3 合金的抗均勻腐蝕性能與B-2相同。與B-2 相比，B-3 合金對(duì)點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、刀狀腐蝕和焊接熱影響區(qū)腐蝕開(kāi)裂的抗力均有很大的提高[4]。 與B-2合金一樣，B-3不建議在存在鐵鹽或銅鹽的酸中使用，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致合金快速腐蝕失效。

當(dāng)鹽酸接觸到鐵和銅時(shí)，會(huì)與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成三價(jià)鐵鹽和二價(jià)銅鹽。

由于 B-3 合金在中溫不容易析出有害的金屬間相，這種熱穩(wěn)定性的改善使其在各種熱循環(huán)下比 B-2合金具有更大的延展性，這就使制造B-2合金設(shè)備所遇到的問(wèn)題最小化。因此，B-3 合金適用于以前要求使用B-2合金的所有應(yīng)用場(chǎng)合，并可以在焊接狀態(tài)下直接使用。

1.4  Nimofer 6928-alloy B-2合金

Nimofer 6928-alloyB-2，是德國(guó)蒂森虜伯VDM公司生產(chǎn)的第二代鎳 - 鉬合金，是成分調(diào)整的B-2合金，傳統(tǒng)的B-2已不再生產(chǎn)。

在Nimofer 6928-alloyB-2中碳、硅的含量限制到極低值，減少了在焊接熱影響區(qū)碳化鉬和金屬間沉淀相的析出，從而保障在焊接狀態(tài)下有足夠的耐蝕性。在合金成分中鐵、鉻不再作為雜質(zhì)元素控制， 要求在基體中保持一定的量，可減小在制造過(guò)程中脆化的風(fēng)險(xiǎn)。圖 1[5] 顯示了鐵、鉻元素含量對(duì)敏化態(tài)合金沖擊韌性的影響。這是由于在 Nimofer 6928-alloyB-2 合金中保留一定量的鐵和鉻能顯著抑制金屬間化合物 Ni4Mo 相在中溫敏化溫度（700~870 ℃） 范圍內(nèi)的析出。有金屬間沉淀相存在的合金，韌性和耐蝕性下降。因此，Nimofer 6928-alloyB-2可以在焊態(tài)下使用。這種成分上的調(diào)整已經(jīng)被20世紀(jì)90年代開(kāi)發(fā)的B-3和 Nimofer 6629-alloy B-4 所采納。 

圖 1  Nimofer6928-alloyB-2合金敏化曲線（可與上海墨3鉅特殊鋼客服聯(lián)系索取圖表）Fig.1  Sensitization curve ofNimofer 6928-alloy B-2

1.5  Nimofer 6629-alloy B-4合金

20 世紀(jì) 90 年代推出的 Nimofer6629-alloy B-4合金是德國(guó)蒂森克虜伯 VDM 公司的最新科研成果[6]。 Nimofer 6629-alloy B-4 超低的碳和硅含量結(jié)合增加了的鐵和鉻含量，與Nimofer 6928-alloyB-2相比抗氯化物引起的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能顯著提高，抗晶間腐蝕敏 感性也有所提高，沒(méi)有削弱抗還原性酸均勻腐蝕性能。由于成分的均衡性提高了合金的熱穩(wěn)定性，在常規(guī)熱加工過(guò)程中（700 ~ 850 ℃） 能有效抑制有序的β 相（Ni4Mo）生成，減少或消除不利的金屬間沉淀相，耐蝕性能得到提高，制造性能得到改善，具有優(yōu)異的冷熱成型和焊接性能，可在-196~400 ℃的溫度范圍 內(nèi)使用。

Nimofer 6629-alloy B-4 合金解決了 Nimofer 6928- alloyB-2 合金所遇到的所有制造問(wèn)題和在特定環(huán)境中對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感的問(wèn)題。

1.6  Nimofer 6224-alloy B-10合金

鎳-鉬合金唯一的不足之處是因?yàn)椴缓t對(duì)氧化性介質(zhì)的耐蝕性很差。2000 年后，Nimofer 6224- alloyB-10 的推出克服了鎳 - 鉬合金在氧化性介質(zhì)中應(yīng)用的局限性[7] 。隨著鹽酸充氣程度的上升和氧化性雜質(zhì)的增多，鎳-鉬合金的應(yīng)用受到嚴(yán)格的限制，這時(shí)可以一試Nimofer 6224-alloy B-10 合金，它是一種介于鎳- 鉻- 鉬合金和鎳- 鉬合金之間的過(guò)渡型合金（B 合金家族和 C 合金家族的中間產(chǎn)物）， 是專(zhuān)門(mén)用于處理含少量氧化劑的還原性酸。在氧化性介質(zhì)中哈氏合金B(yǎng)的腐蝕速度很快，這時(shí)往往需要使用哈氏合金 C ，哈氏合金 C 含有較高的鉻，對(duì)氧化性介質(zhì)有強(qiáng)的 耐蝕性。但哈氏合金C缺少足夠的鉬含量以抵抗強(qiáng)還原性酸的腐蝕性。Nimofer 6224-alloy B-10 的鉬含量明顯高于哈氏合金 C ，抵抗還原性酸的腐蝕能力增強(qiáng)，鐵和鉻分別提高到6%和8%，抵抗氧化性介質(zhì)的腐蝕能力也增強(qiáng)。

2  材料性能

2.1  化學(xué)成分

Hastelloy B是鎳 - 鉬合金，鎳中加入鉬后大大提高了在鹽酸和稀硫酸等還原性介質(zhì)中的耐蝕性。隨著鉬含量的提高，合金在還原性介質(zhì)中的耐蝕性也隨之逐漸提高，鉬含量超過(guò)15% 時(shí)，在還原性酸中的耐蝕性明顯提高。當(dāng)鉬含量達(dá)到 30% 左右時(shí)，具有最佳的耐蝕效果，在未充入空氣的鹽酸中，在常壓沸點(diǎn) 以下任何濃度時(shí)都具有較好的耐蝕性（見(jiàn)圖 2[8]）。在不充空氣的非氧化性的硫酸中（≤ 60%），在常壓沸點(diǎn)以下有較好的耐蝕性。當(dāng)介質(zhì)中存在空氣時(shí)，較高的鉬含量具有更好的耐蝕性。

鎳 - 鉬合金系列中，第一代合金Hastelloy B中， C ≤ 0.05% ，Si ≤ 1.0% ，晶間腐蝕敏感性很高，焊接構(gòu)件在焊后狀態(tài)不宜用于有晶間腐蝕能力的介質(zhì)。 第二代合金B(yǎng)-2中，C ≤ 0.02% ，Si ≤ 0.10% ，有較好的耐晶間腐蝕性能，但B-2合金的晶間腐蝕敏感性仍然不夠低，當(dāng)介質(zhì)為含碘離子的高溫醋酸時(shí)，焊后狀態(tài)的耐晶間腐蝕性能仍不夠高，不得不將焊接容器進(jìn)行固溶處理后使用。因此又發(fā)展了第三代鎳 -  鉬 合 金 B-3 和 Nimofer 6629-alloy B-4 ，C ≤ 0.01%， Si ≤ 0.10% 或 Si ≤ 0.05%.

鎳-鉬合金中加入鐵后會(huì)使耐蝕性下降，加入鐵 量不超過(guò) 6% 時(shí)對(duì)耐均勻腐蝕性能影響不大，且可改善工藝性能。但在要求良好的抗應(yīng)力腐蝕性能時(shí)，要求將鐵含量降低到低于2%[8]。合金中加入少量的鋁，可細(xì)化晶粒，提高沖擊 韌性 ；顯著提高高溫不起皮性能。ASME SB-333 板材帶材標(biāo)準(zhǔn)中Hastelloy B系列合金的化學(xué)成分見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。

2.2  力學(xué)性能

哈氏合金具有高強(qiáng)度、高韌性、高硬度和易加工硬化，變形抗力和回彈較大的特性。哈氏合金的室溫屈強(qiáng)比為0.20 ~ 0.55 ，與奧氏體不銹鋼（約為 0.35 ~ 0.4）相當(dāng)。因此，哈氏合金具有良好的冷成形性能，可使容器具有較大的塑性?xún)?chǔ)備。B-3合金具有 非常嚴(yán)重的冷作加工硬化趨勢(shì)，這使得封頭成形極為 困難，往往需要 1 ~ 2 次中間的固溶處理，以軟化材料。Hastelloy B系列合金標(biāo)準(zhǔn)（ASME SB-333 固溶處理 態(tài)室溫板材）的力學(xué)性能見(jiàn)文獻(xiàn)[9]。

2.3  腐蝕性能

2.3.1    晶間腐蝕

決定鎳基合金晶間腐蝕敏感性的內(nèi)因是其化學(xué) 成分的合金含量和純凈度，應(yīng)降低碳、硅含量，提高 鉻、鉬含量，加入少量穩(wěn)定化元素如鈦、鈮、釩等（典 型的就是 B-3 合金的改進(jìn)）。鎳基合金的晶間腐蝕敏感性主要由于晶間碳化鉻、碳化鉬的析出所致，鈦、鈮、釩與碳的親和力大于鉻、鉬與碳的親和力，會(huì)優(yōu)先析出鈦、鈮、釩的碳化物，而不析出或很少析出鉻、鉬的碳化物，這樣在敏化區(qū)就不會(huì)產(chǎn)生鉻、鉬的碳化物和貧化區(qū)，或貧化區(qū)的鉻、鉬含量不會(huì)很低，從而使合金不致產(chǎn)生晶間腐蝕敏感性。

引起鎳基合金晶間腐蝕敏感性的外因是其受到的熱過(guò)程。當(dāng)其經(jīng)歷熱成形或受到焊接熱循環(huán)或不正確的熱處理（如常規(guī)的 620 ℃消除應(yīng)力熱處理）后， 焊縫金屬或熱影響區(qū)或母材會(huì)析出富鉻相（碳化鉻）、富鉬相（碳化鉬或鎳- 鉬金屬間化合物），使晶界“貧鉻”、“貧鉬”，這種現(xiàn)象叫“敏化”。敏化會(huì)帶來(lái)兩 方面的危害，一是使合金脆化，沖擊韌性下降；二是在某些腐蝕性介質(zhì)中敏化后的合金會(huì)加速沿晶界的腐蝕。

敏化反映的是合金的熱穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性是限制鎳基合金應(yīng)用的重要因素。對(duì)鎳基合金進(jìn)行固溶處 理和減少在敏化溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間是在工藝上 提高耐晶間腐蝕的主要途徑。

2.3.1.1    熱穩(wěn)定性特點(diǎn)

鎳-鉬合金與鉻鎳奧氏體不銹鋼（300 系列不 銹鋼） 和鎳 - 鐵 - 鉻合金（Inconel 系列合金）、 鎳 -  鉻 - 鉬合金（Hastelloy C系列合金） 相比，晶間腐蝕 敏感性的最顯著區(qū)別為，鎳 - 鉬合金有兩個(gè)敏化區(qū)，1200~1300 ℃的高溫敏化區(qū)和550~900 ℃的中溫敏化區(qū)（見(jiàn)圖 3[8] ，Hastelloy B在各溫度下等溫時(shí)效后 在 10% 鹽酸中的晶間腐蝕敏感性曲線）， 且敏化傾向 隨變形率的增加而增大。鎳 - 鉬合金的中溫敏化區(qū)與 奧氏體不銹鋼和其他鎳基合金的敏化區(qū)的溫度區(qū)域 近似。

在≥ 1 250 ℃高溫區(qū)，鎳 - 鉬合金中的析出相有 M6C 、M2C 等金屬碳化物及 σ 相。金屬的碳化物主要 有 Ni2Mo4C 、Ni3Mo3C ，也有 Mo6C 和 Mo2C 。σ 相主要為 MoFe 金屬間化合物。在 550 ~ 900 ℃的中溫敏化區(qū)則析出鎳鉬金屬間化合物，高于 850 ℃是主要為 Ni3Mo 、Ni7Mo6 ，較低溫度則為 Ni4Mo。

2.3.1.2    熱穩(wěn)定性提高

B-2 合金有強(qiáng)烈析出第二相的傾向，特別是在 550 ~ 900 ℃溫度范圍內(nèi)。析出相不是想要的面心立方 晶格的 γ 相（即 Ni3Mo 相），而是析出相中最有危害 性的 β 相（即 Ni4Mo 相，一種有序的金屬間化合物）， 它在敏化溫度下迅速形成。β 相的存在一方面顯著降低了B-2合金的韌性，延展性，使合金脆化，造成B-2 合金在原材料生產(chǎn)過(guò)程中（如熱軋） 或設(shè)備制造過(guò)程 中（如焊后整體熱處理） 開(kāi)裂 ；另一方面使合金變得 對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感，造成設(shè)備在服役環(huán)境中開(kāi)裂。

與B-2合金相比，第三代 B-3 合金的唯一最大優(yōu)勢(shì)就在于瞬時(shí)暴露于中溫時(shí)仍能保持極佳的韌性， 大大提高了合金微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，特別是降低了對(duì) β 相析出的敏感性。暴露于中溫通常不可避免地發(fā)生 在制造過(guò)程中的焊接熱循環(huán)和熱處理。圖 4[4]  的中溫 敏化曲線顯示了 B-3 合金相對(duì)于B-2合金的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)B-2合金在 750 ℃溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間稍長(zhǎng)（ 10 min  左右），β 相瞬間生成，使合金的延展性極速下降， 合金嚴(yán)重脆化。而對(duì)于 B-3 合金在 650 ℃左右則需幾 個(gè)小時(shí)才能析出有害的第二相，B-3 合金表現(xiàn)出了顯 著的抗脆化能力，這為涉及焊接和熱處理的復(fù)雜部件（如封頭） 的制造提供了極大的便利。這是由于 B-3 合金從冶金學(xué)相變理論出發(fā)，調(diào)整了成分中 Mo、 Cr、Fe、Mn 含量的比例，使有害相析出速度大大降低， 緩慢形成的有害相從 Ni4Mo 變?yōu)?nbsp;Ni3Mo[10]。

總之，通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分，B-3 合金的熱穩(wěn)定性 比B-2合金有了明顯的提高，金屬間有害相析出的傾向很小，使之在焊接熱循環(huán)中比B-2合金有更大的韌性。

2.3.1.3    熱穩(wěn)定性影響

鎳基合金的熱穩(wěn)定性除了受化學(xué)成分這個(gè)內(nèi)在 因素影響外，還受外因溫度和時(shí)間的影響。對(duì)于容器制造更應(yīng)關(guān)心溫度和作用時(shí)間對(duì)熱穩(wěn)定性的影響。 即使對(duì)于熱穩(wěn)定性很高的 B-3 合金也應(yīng)注意熱過(guò)程 對(duì)合金性能的影響，當(dāng)在中溫時(shí)作用的時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)， 合金的性能依然會(huì)下降，如表 2[4] 所示。

2.3.2    均勻腐蝕

Hastelloy B系列合金，是針對(duì)強(qiáng)還原性的鹽酸設(shè)計(jì)的，主要用于還原性的強(qiáng)酸介質(zhì)中，如任何 濃度和常溫至沸點(diǎn)的全溫度范圍內(nèi)的未充空氣的鹽酸 ；100 ℃以下各種濃度未充空氣的硫酸 ；濃度 60%  以下低于沸騰溫度未充空氣的硫酸 ；100 ℃以下不 含空氣的氫氟酸等。在不含空氣低于沸點(diǎn)的磷酸， 10% ~ 50% 的未充 空氣 的醋 酸，低 于 70% 并低 于 120 ℃堿液等介質(zhì)中也有良好的耐蝕性。耐氯化氫氣 體耐蝕。耐鹵族催化劑的腐蝕。不宜用于氧化性介 質(zhì)[8]。

2.3.2.1    鹽酸

鎳 - 鉬合金是耐常壓下各種溫度和濃度鹽酸腐蝕 的寶貴金屬材料（還有鋯、鉭）。由 ISO 腐蝕圖 5[10]  可見(jiàn)，鎳 - 鉬合金耐直到沸 騰的全濃度的鹽酸（試劑級(jí)純度） 腐蝕，腐蝕速率落 在了耐蝕程度為“安全”的區(qū)域即 0.1 ~ 0.5 mm/a（試 樣是 1 066 ℃固溶處理，水淬，非焊接件）。

由于鎳 - 鉬合金只含有微量的鉻元素，無(wú)法在氧化性的介質(zhì)中形成氧化膜保護(hù)，因此，鎳 - 鉬合金無(wú)法用在含有氧化性介質(zhì)（鐵離子 Fe3+ 、銅離子 Cu2+） 的環(huán)境中，即使只有 5×10-5的氧化性離子，合金的耐蝕性也會(huì)大大降低。圖 6[11] 顯示了含氧化性雜質(zhì)或殘留物的鹽酸對(duì) B-3 合金和 C-2000 合金腐蝕性能的  影響。分別在沸騰的 2.5% 鹽酸和沸騰的 10% 鹽酸中加入鐵離子（以氯化鐵的形式存在）。 當(dāng)鐵離子Fe3+濃度達(dá)到 5×10-5 時(shí)，B-3 合金的腐蝕速率急劇上升。C-2000 合金的表現(xiàn)正好相反，在10% 的沸騰純鹽酸 中 C-2000 合金的腐蝕速率很高，但當(dāng)鐵離子 Fe3+ 濃 度達(dá)到 5×10-5  時(shí)，C-2000 合金的腐蝕速率急劇下降。加入鐵離子對(duì)提高 C-2000 合金的耐蝕性反而有利。

圖 7[12] 顯示的是幾種合金在沸騰純鹽酸溶液中 的腐蝕速率。含鉬的 316L 奧氏體不銹鋼的腐蝕速率 超過(guò) B-3 和鋯的 104 倍。B-3 比 C-2000 和 Monel 400對(duì)鹽酸的耐蝕性要好。

圖 6  在沸騰鹽酸中鐵離子含量對(duì)腐蝕性影響（可與上海墨3鉅特殊鋼客服聯(lián)系索取圖表）

Fig.6  Effect of iron ion content on corrosion in boiling hydrochloric acid

圖 7  幾種金屬在沸騰鹽酸中的腐蝕性比較（可與134727+87990聯(lián)系索取圖表）

Fig.7  Corrosion comparison of several metals in boiling hydrochloric acid

圖 8[12] 顯示的是鹽酸（5%）溫度對(duì)幾種鎳基合 金和 316L 不銹鋼腐蝕速率的影響。對(duì)大多數(shù)合金來(lái) 說(shuō)，溫度升高腐蝕速率升高，但對(duì) B-3 合金確是個(gè)例 外，溫度對(duì)腐蝕速率的影響并不強(qiáng)烈，在沸騰鹽酸中的腐蝕速率反而低于沸點(diǎn)以下的腐蝕速率，這可能與 鹽酸溶液中溶解了氧氣有關(guān)，溫度越高，氧氣溢出的 也越多。

圖 9[12] 顯示了幾種合金在沸騰 2.5% 鹽酸中鐵離 子含量對(duì)腐蝕速率的影響。雖然 316L 奧氏體不銹鋼 和 Incoloy 825 合金的腐蝕速率較高，但鐵離子含量 對(duì)腐蝕速率的影響不顯著。B-3 合金的腐蝕速率在純 沸騰鹽酸中是最低的，但隨鐵離子含量的升高腐蝕速 率逐漸升高。C-2000 在純鹽酸中腐蝕速率比 B-3 高， 但是，當(dāng)鐵離子含量只要達(dá)到 3×10-6  時(shí)，C-2000 的 腐蝕速率就以接近二個(gè)數(shù)量級(jí)直線下降，這是由于氧 化性的鐵離子促進(jìn) C-2000 鈍化，形成富鉻氧化膜減 小了均勻腐蝕速率。

圖 8  鹽酸（5%）溫度對(duì)腐蝕性影響

Fig.8  Effect of hydrochloric acid（5%） temperature on corrosion

圖 9  在 2.5% 沸騰鹽酸中鐵離子含量對(duì)腐蝕性影響

Fig.9  Effect of iron ion content on corrosion in 2.5% Boiling hydrochloric acid

2.3.2.2    硫酸

圖 10[10] 展示了 B-3 合金在純凈硫酸中有大片的 安全區(qū)域（腐蝕速率小于 0.5 mm/a）。

硫酸的腐蝕性沒(méi)有鹽酸那么強(qiáng)，和鹽酸一樣它 的腐蝕性也取決于濃度、溫度和純凈度。

圖 11[12] 顯示的是幾種合金在沸騰純硫酸溶液中的腐蝕速率。（可與上海墨ζ鉅特殊鋼客服聯(lián)系索取圖表）濃度達(dá)到 96% 的硫酸在沸騰狀態(tài)是穩(wěn)  定的。沸點(diǎn)受濃度的影響很大，中等濃度或高濃度的  硫酸沸點(diǎn)急劇升高，如 20% 硫酸沸點(diǎn) 104 ℃， 50%   硫酸沸點(diǎn) 123 ℃， 80% 硫酸沸點(diǎn) 202 ℃。 鈦（Gr.2） 和 316L 不銹鋼不適合于在硫酸中使用。鎳基合金中  B-3 在沸騰硫酸中的腐蝕速率是最低的，只有濃度達(dá)  到 70% 時(shí) B-3 的腐蝕速率才開(kāi)始升高。高濃度的硫  酸鋯合金（如 Zr-702）也不能承受。

圖 12[12] 顯示了在恒定濃度的硫酸中溫度對(duì)幾種 鎳基合金腐蝕性能的影響。溫度對(duì)C-2000合金和G-30合金腐蝕速率的影響非常強(qiáng)烈，但對(duì) B-3 合金幾乎不受影響。

圖 10  B-3 合金在硫酸中的 ISO 腐蝕曲線（可與上海墨ζ鉅特殊鋼客服聯(lián)系索取圖表）

Fig.10  ISO corrosion curve of B-3 alloy in sulfuric acid

圖 11  幾種金屬在沸騰硫酸中的腐蝕性比較

Fig.11  Corrosion comparison of several metals in boiling sulfuric acid

圖 12  硫酸（60%）溫度對(duì)合金腐蝕性影響

Fig.12  Effect of sulfuric acid（60%） temperature on corrosion of alloys

硫酸中污染物的存在會(huì)加速對(duì)合金的腐蝕。

圖 13[12]  中顯示了純硫酸和硫酸加入 2×10-4 氯離子（如NaCl）后，隨溫度的升高對(duì) B-3 和 C-2000 腐蝕速率 的影響，上曲線為在受污染的硫酸中，下曲線為在純 凈的硫酸中。對(duì)于這兩種合金腐蝕速率均增加，但對(duì) 鎳 - 鉻 - 鉬合金的影響更顯著。

圖 13  沸騰硫酸（含氯化物）濃度對(duì)腐蝕性影響（可與上海墨3鉅特殊鋼客服聯(lián)系索取圖表）

Fig.13  Effect of concentration ofBoiling sulphuric acid（chloride） on corrosion

2.3.2.3    氫氟酸

氫氟酸具有極強(qiáng)的腐蝕性和獨(dú)特的腐蝕行為， 常與硝酸配比做金屬的酸洗劑。鎳基合金是唯一廣泛 用于處理氫氟酸水溶液的合金，因?yàn)椴讳P鋼、鈦、鋯、 鈮和鉭都不適合。但是，由表 3[4] 可見(jiàn)對(duì)高濃度和高 溫度的氫氟酸 B-3 合金也難以耐受。

2.3.3    應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

鎳基合金的主要屬性之一是抗氯化物引起的應(yīng) 力腐蝕開(kāi)裂。45% 氯化鎂沸騰溶液是評(píng)價(jià)材料抵抗 這種極具破壞性浸蝕開(kāi)裂的常用試劑（ASTM G-36）， 以典型的 U 型彎曲試樣檢驗(yàn)。從表4[10] 顯而易見(jiàn)， 鎳基合金的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂能力比奧氏體不銹鋼強(qiáng)得多。

注： 浸蝕時(shí)間到1 008 h（即6周） 后停止。

3  應(yīng)用

Hastelloy B系列合金通常應(yīng)用于苛刻的強(qiáng)腐蝕 環(huán)境，廣泛應(yīng)用于化工、石化、能源和污染控制等領(lǐng) 域，尤其適用于在硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸等工業(yè)中， 如鹽酸的蒸餾，濃縮 ；低壓羰基合成醋酸（HAC）； 鹵化丁基橡膠（HIIR）；聚氨酯原料和乙苯烷基化生 產(chǎn)等工藝設(shè)備中。由于價(jià)格昂貴，Hastelloy B系列合金應(yīng)用相對(duì) 比較集中，主要集中于醋酸生產(chǎn)（羰基合成法） 和一 些硫酸回收系統(tǒng)中，如醋酸工程中的蒸發(fā)器[13]  和稀 硫酸貯罐[14]。Nimofer 6224-alloy B-10 應(yīng)用于對(duì)許多合金都有縫隙腐蝕的垃圾焚燒裝置。

4  結(jié)束語(yǔ)

Hastelloy B系列合金是強(qiáng)度高、耐蝕性好的材料，但其價(jià)格昂貴，對(duì)制造工藝要求高，需謹(jǐn)慎對(duì)待。在選材時(shí)應(yīng)選擇最新的B-3合金，利于成形與焊接。

參考文獻(xiàn)

[1]      Lee M. Pike. 100+ Years of Wrought Alloy Development at Haynes International [C]8th International Symposium on Superalloy 718 and Derivatives. TMS（The Minerals，Metals &Materials Society），2014.

[2]      H-3154Hastelloy Balloy [Z]. Haynes International，Inc. June1997.

[3]      H-2006Hastelloy B-2alloy [Z]. Haynes International，Inc.

[4]      H-2104AHastelloy B-3alloy [Z]. Haynes International，Inc.1995.

[5]      No. 4022 Nimofer 6928-alloy B-2[Z]. ThyssenKrupp VDM

[6]      No. 4041 Nimofer 6629-alloy B-4[Z]. ThyssenKrupp VDM.March 2002.September 1998.

[7]      Report  No.  26  High-alloy  Materials  for Aggressive Environments [R]. ThyssenKrupp VDM. July 2002.

[8]      JB/T 4756—2006，鎳及鎳合金制壓力容器 [S].

[9]      ASME SB-333，Specification for Nickel-Molybdenum Alloy Plate，Sheet，and Strip[S].

[10]    H-2104DHastelloy B-3alloy [Z]. Haynes International，Inc.2017.

[11]    H-2114B Guide to Corrosion-Resistant Nickel Alloys[Z].Haynes International，Inc. 2001.

[12]    Nickel Alloys  for  Corrosive  Environments[Z]. HaynesInternational，Inc.

[13]    楊文峰 . 哈氏 B3 合金在壓力容器中的應(yīng)用 [J]. 中國(guó)特種設(shè)備安全，2007，23（9）：44-46.

[14]    邢卓，黃麗穎，馮展好，等 .Hastelloy B-2封頭加工 [J]. 壓力容器，2004，21（3）：36-40。