哈氏合金管是鎳鉬合金家族中的一個新成員
2023-4-10 10:56:35??????點擊：
1.哈氏合金管是鎳鉬合金家族中的一個新成員，它對任何溫度和濃度的鹽酸都有極好的抗腐蝕性。同時它對硫酸、乙酸、蟻酸、磷酸及其他不具有氧化性的介質(zhì)也具有良好的抗腐蝕性。
2.由于對其化學(xué)成分作了調(diào)整，它的熱穩(wěn)定性相比原來的B-2合金有了大幅的提高。B-3合金對點蝕、應(yīng)力腐蝕、刀口腐蝕和焊接的熱影響區(qū)的腐蝕等均有很高的抗力。
Hastelloy B-3的金相結(jié)構(gòu)Hastelloy B-3為面心立方晶格結(jié)構(gòu)。該合金的鐵和鉻含量被控制在小值，因此阻礙了其在700-800℃間沉淀析出Ni4Mo相，從而降低了加工脆化的風險。
Hastelloy B-3 的特性瞬時暴露在中溫時仍能保持優(yōu)秀的塑性能;優(yōu)秀的耐點蝕和應(yīng)力腐蝕開裂性能力;優(yōu)秀的耐刀口腐蝕和熱影響區(qū)腐蝕的性能;優(yōu)秀的耐醋酸、乙酸、磷酸和其它非氧化性酸的性能力;優(yōu)秀的耐各種濃度和溫度下鹽酸腐蝕的性能力;
Hastelloy B-3 應(yīng)用范圍領(lǐng)域有：B-3合金可適用于先前B-2合金所有用途，同B-2合金我一樣，B-3也不推薦使用于三價鐵鹽和二價銅鹽存在的環(huán)境中，因為這些鹽會很快引起腐蝕破壞。當鹽酸接觸到鐵和銅時，會與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成三價鐵鹽和二價銅鹽。
簡介：哈氏 B-3 合金的性能和材料特性，總結(jié)多個制造廠的加工制造經(jīng)驗，提出質(zhì)量控制的關(guān)鍵為封頭成型控制和焊接質(zhì)量控制，并指出其具體工藝過程的相關(guān)要點。哈氏 B-3 合金是美國 HAYNES 公司在哈氏 B-2合金的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)的新材料，在鹽酸和硫酸中具有杰出的抗腐蝕性能，并有很好的熱穩(wěn)定性。通過調(diào)整某些合金元素的含量，哈氏 B-3 合金中溫 β 相相變時間有所延長，為哈氏 B-3 合金原材料生產(chǎn)、設(shè)備制造過程中的熱加工、熱處理、焊接等加工工序創(chuàng)造了更為有利的條件。但是，哈氏 B-3 合金仍然存在有 β 相變、敏化、冷作硬化等固有的材料特性。某些設(shè)備制造廠已較好地掌握了哈氏 B-2、哈氏 B-3 合金設(shè)備制造過程中的焊接技術(shù)，但封頭成型技術(shù)等設(shè)備制造經(jīng)驗還不夠成熟，焊接工藝還不夠完 善。國內(nèi)傳統(tǒng)技術(shù)路線成型的封頭常出現(xiàn)鼓包、折皺、尺寸精度差、甚至開裂等問題。通過對多個制造廠加工經(jīng)驗的學(xué)習(xí)歸納，并參考相關(guān)國外國內(nèi)標準，對哈氏 B-3 合金制設(shè)備的質(zhì)量控制的關(guān)鍵因素進行分析總結(jié)。1 哈氏 B-3 合金的成分與性1.1 化學(xué)成分哈氏 B-3 合金的化學(xué)成分（見表 1）。1.2 力學(xué)性能哈氏 B-3 合金的室溫力學(xué)性能（見表 2）。1.3 耐蝕性能哈氏 B-3 合金以鎳為基體，僅有鉬為其合金元素。鉬具有高的標準還原電極電位，是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的元素。與鋯的耐腐蝕原理不同，哈氏 B-3 合金耐腐蝕的性能來自合金本身熱力學(xué)的穩(wěn)定性，即源于鎳與鉬標準還原電極電位較高。哈氏 B-3 合金是一種應(yīng)用于強還原性環(huán)境中的優(yōu)良耐蝕合金，從圖 1 可看出[2]，它可用于常壓下、無氧化劑的較大溫度范圍內(nèi)的、很高濃度的鹽酸溶液中。在不充氣的非氧化性硫酸中，哈氏B-3 合金顯示了優(yōu)良的耐蝕性能，見圖 2[2]。此外，在不含氧化劑的氫氟酸、磷酸、甲酸、醋酸中，哈氏 B-3 合金也有很好的耐蝕性。如在甲醇低壓羰基合成醋酸工藝介質(zhì)中，在較低的溫度下，哈氏 B-3 合金具有優(yōu)良的耐蝕性能，均勻腐蝕率小于 0.01 mm/a。但是，由于哈氏 B-3 合金基本不含鉻，鈍化能力很弱，不能用于通氣或含氧化劑的鹽酸、硫酸、氫氟酸中，也不能用于氧化性鹽溶液中。顯然，哈氏B-3 合金的應(yīng)用范圍較窄。1.4 材料特性哈氏 B-3 合金是鉬元素含量約 30 ％的鎳基合金，鉬在鎳中形成的固溶體為奧氏體組織。大量的鉬原子固溶于鎳的奧氏體晶格中，由于鉬原子大且重，嚴重扭曲了鎳的晶格，使鎳均勻的奧氏體組織處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。盡管哈氏 B-3 合金中的有害元素碳、硫、磷、硅等被控制到很低的程度，但在哈氏 B-3 合金的兩個敏化溫度區(qū)（1 200~1 300 ℃的高溫敏化區(qū)和 500~950 ℃的中溫敏化區(qū)），σ 相、γ 相等金屬間相仍很容易沿晶界析出，造成哈氏 B-3 合金原材料的晶間腐蝕敏感性。因此，哈氏 B-3 合金原材料質(zhì)量檢驗項目中不僅應(yīng)有常規(guī)的化學(xué)成分，力學(xué)性能檢驗，還應(yīng)增加哈氏 B-3合金原材料晶粒度和 149 ℃鹽酸晶間腐蝕檢驗。與哈氏 B-2 合金一樣，在 650~750 ℃的溫度范圍內(nèi)，哈氏 B-3 在冶金熱力學(xué)上也存在一個 650~750 ℃的 β 相變區(qū)[3]，這是一種無擴散相變，在適當?shù)膽?yīng)力條件下可以在瞬間發(fā)生。從圖 3 可看出，通過合金元素的調(diào)整，哈氏 B-3 較 B-2 合金在 650~750 ℃的 β 相變速度明顯降低，而各種內(nèi)應(yīng)力，如焊接殘余應(yīng)力，冷、熱成型時材料中存在的內(nèi)應(yīng)力，均將促進 β 相相變。如果發(fā)生了 β 相變，無論是哈氏 B-2 或 B-3 合金，其延伸率均將大幅降低，在極端情況下，哈氏 B-2 的室溫延伸率可降至 2 %[2]。美國 HAYNES 公司認為，β 相的轉(zhuǎn)變是造成哈氏 B-2 合金鍛造、軋制、熱處理時材料開裂的原因，也是 B-2 合金設(shè)備服役時發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的原因。雖然哈氏 B-3 合金較哈氏 B-2 合金具有 β 相相變較緩慢的優(yōu)點，但 B-3 合金仍存在 β 相相變的可能性。在國內(nèi)，有的哈氏 B-3 封頭在固溶處理后表面出現(xiàn)小裂紋的問題。顯然，哈氏 B-3 設(shè)備制造過程中，應(yīng)保證材料在成型后有足夠的穩(wěn)定性，以避免在終固溶處理后封頭表面出現(xiàn)裂紋或開裂。2 哈氏 B-3 設(shè)備制造質(zhì)量控制哈氏 B-3 合金制容器類設(shè)備制造的質(zhì)量控制主要有兩個關(guān)鍵點：封頭成型的質(zhì)量控制和焊接接頭的質(zhì)量控制。2.1 封頭成型的質(zhì)量控制哈氏 B-3 合金封頭成型工藝，根據(jù)封頭直徑的大小，封頭的壁厚，常有不同的成型工藝，如不同的壓制工藝：沖壓、旋壓，分瓣壓制；不同的成型溫度：冷成型、溫成型、高溫成型等。在哈氏 B-2，哈氏 B-3 合金制設(shè)備制造過程中，始終存在著封頭成型技術(shù)不夠完善的問題。通常采用冷沖壓或冷旋壓的方式進行成型，由于B 合金的冷作硬化嚴重，易于發(fā)生 β 相變，因此每沖壓或旋壓一次，均必須在 1 066 ℃進行一次固溶處理，不僅工序復(fù)雜，還經(jīng)常在終固溶處理后，封頭外表面出現(xiàn)微裂紋。熱沖壓成型時，由于 B-3 合金的高溫抗力大，下模具壓板壓力不夠時，封頭可能從壓板下脫出，滑入下模具中，造成封頭形狀不規(guī)則，使后續(xù)的修型工作非常繁重。在對哈氏 B 系列合金的材料特性進行充分研究及取得相關(guān)實驗結(jié)果后，確定中溫成型是一種更為恰當?shù)某尚头椒ǎü?nbsp;B-3 合金不存在 475 ℃脆性）。溫成型不僅易于操作，且成型后的封頭在終固溶處理后內(nèi)外表面光潔，沒有任何成型缺陷。哈氏合金管不論采用何種工藝進行封頭成型，成型后的封頭均須進行固溶處理，以消除成型過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。為了驗證固溶處理的效果，封頭固溶處理時應(yīng)帶焊接試板，以檢驗熱處理效果。檢驗方法為：149 ℃，20 ％鹽酸，連續(xù)試驗 96 h，500X 金相法檢查焊接接頭熱影響區(qū)晶間腐蝕深度，晶間腐蝕深度≤0.178 mm 為合格。2.2 焊接接頭的質(zhì)量控制焊接是哈氏 B-3 合金設(shè)備制造中的另一關(guān)鍵控制工藝，焊接接頭質(zhì)量控制是非常關(guān)鍵的，直接影響設(shè)備的安全運行。
4 為某化工機械廠哈氏 B-3 合金焊接工藝評定試板焊接接頭的晶間腐蝕檢驗金相照片。顯然，該焊接工藝沒有通過焊接接頭晶間腐蝕檢驗。圖 5 為另一化機公司哈氏 B-3 設(shè)備產(chǎn)品試板的腐蝕檢驗金相照片。設(shè)備的產(chǎn)品試板的腐蝕檢驗表明，該設(shè)備的焊接質(zhì)量良好。2.2.1 焊接接頭的質(zhì)量要求 哈氏 B-3 材料的強度、
硬度太高，且易加工硬化，無法制作藥芯焊絲。由于此特性，目前最好的焊接方法仍是無氧化的鎢極氣體保護焊(GTAW)[4]。除采用正確的焊接方法外，對焊接接頭的選擇及其要求較高，如采用雙面 GTAW 進行封底焊后再進行焊接，保證全焊透且易于清焊根。
對于大型哈氏 B-3 合金設(shè)備的對接焊，盡量采用雙 V 型坡口進行雙面焊（見圖 6）。哈氏合金只有嚴格脫除材料中的碳、硅、硫、磷等雜質(zhì)，才能獲得焊后耐蝕性，因此，要建立高清潔度的施工環(huán)境，并對焊接接頭進行嚴格的去氧化皮、去污漬等工序。焊接坡口加工后焊接前，需對焊接接頭去氧化物處理。合金 B-3 的表面氧化物、氧化色和焊縫周圍的焊渣的附著性強，推薦使用細晶砂帶或細晶砂輪進行打磨。酸洗前，用噴砂處理或小心打磨把氧化物打碎。使用 HNO3/HF 混合酸進行適當時間和溫度的酸洗。2.2.2 焊接接頭的質(zhì)量控制（1）清潔的焊接環(huán)境是焊接質(zhì)量達標的前提，包括對施工車間、施工設(shè)備、特別是焊接接頭的清潔處理，做到無塵、無鐵和其他雜質(zhì)，以防焊接接頭遭受污染。（2）特別注意焊接時要采取低線能量輸入并控制層間溫度，以防止過度熱輸入，導(dǎo)致合金元素的燒毀。焊接時，以焊縫金屬呈現(xiàn)銀白色為原則，若出現(xiàn)淺黃色可通過專用不銹鋼絲刷擦除，若出現(xiàn)其他顏色，則必須用專用砂輪片打磨去除。每層焊道不要太厚，最大限度地減少合金元素的燒毀。不要出現(xiàn)咬邊、高低不平等焊接缺陷或其他影響耐腐蝕性能的現(xiàn)象。
（3）焊接完成后，要對其進行固溶熱處理。對焊接接頭進行 149 ℃晶間腐蝕檢驗，以保證哈氏 B-3 合金焊接接頭的耐蝕性能，這是評定哈氏 B-3 合金焊接質(zhì)量的重要檢驗方法，也是壓力容器制造的關(guān)鍵質(zhì)量考核點。3 結(jié)語（1）哈氏 B-3 合金具有兩個晶間腐蝕敏化區(qū)和一個中溫 β 相變區(qū)，雖其相變時間相比 B-2 有所延長，但仍需嚴格控制促進 β 相相變的因素，如焊接殘余應(yīng)力，冷、熱成型時材料中存在的內(nèi)應(yīng)力等。（2）對哈氏 B-3 合金封頭的成型，中溫成型是一種更為恰當?shù)某尚头椒ǎü?nbsp;B-3 合金不存在 475 ℃脆性）。溫成型不僅易于操作，且成型后的封頭在終固溶處理后內(nèi)外表面光潔，沒有任何成型缺陷。成型后的封頭須進行固溶處理，以消除成型過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。（3）149 ℃，20 %鹽酸晶間腐蝕檢驗方法是哈氏合金管制設(shè)備制造質(zhì)量控制的關(guān)鍵檢驗方法。
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