1 、前言

    現(xiàn)在各種化學(xué)工業(yè)越來(lái)越復(fù)雜、多樣化，作為與此相對(duì)應(yīng)的設(shè)備應(yīng)以多目的、批量化或高信賴(lài)、免修理化作為目標(biāo)，化學(xué)設(shè)備的材料從使用玻璃襯或樹(shù)脂襯開(kāi)始，到使用哈氏合金的例不斷增加。一般，設(shè)備材料選定時(shí)，此設(shè)備的用戶(hù)要求對(duì)材料的耐蝕性、強(qiáng)度特性、施工性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究。所以，客戶(hù)對(duì)本公司不僅要求腐蝕數(shù)據(jù)，而且對(duì)于設(shè)計(jì)、施工相關(guān)的要求越來(lái)越多。哈氏合金從 1930 年代起開(kāi)始使用，有關(guān)設(shè)計(jì)、施工等的基礎(chǔ)技術(shù)與不銹鋼一樣已經(jīng)建立。

    本文將概述了哈氏合金的特征、設(shè)計(jì)、施工，哈氏合金為美國(guó) International 公司的登陸商標(biāo)，在日本只有本公司可以使用。

2 、哈氏合金的種類(lèi)和特征

    用于化學(xué)設(shè)備的哈氏合金材料可分為三類(lèi)：

    Ni-Mo 類(lèi)：在鹽酸、硫酸等非氧化性酸中有非常好的耐蝕性的 B 型

    Ni-Cr-Mo 類(lèi)：在氧化性酸、非氧化性酸中有非常好的耐蝕性的 C 型

    NI-Cr-Fe-Mo-Cu 類(lèi)：在熱硫酸或磷酸中有非常好的耐蝕性的 G 型

    具有代表性的哈氏合金的化學(xué)成分、機(jī)械性能見(jiàn)表 1 、表 2 ，在各種酸中與不銹鋼相比較的腐蝕速度見(jiàn)表 3 。

2.1 哈氏合金 B 型

    作為耐鹽酸用合金開(kāi)發(fā)的哈氏合金 B 具有全濃度、沸點(diǎn)為止的全溫度范圍的抗鹽酸腐蝕的能力。但是，焊縫的局部腐蝕（應(yīng)力腐蝕或熱影響區(qū)腐蝕）可能會(huì)發(fā)生，因此須進(jìn)行焊后熱處理，其使用范圍受到限制。對(duì)此缺點(diǎn)進(jìn)行改善后開(kāi)發(fā)了哈氏合金 B-2 。限制了 Fe 含量，且減少了 C 和 Si 的含量，使得哈氏合金 B-2 在焊接狀態(tài)下也可使用。但是，哈氏合金 B-2 可認(rèn)為是 Ni-28Mo2 相系，析出的金屬間化合物 Ni ₃ Mo 或 Ni ₄ Mo 的規(guī)則不規(guī)則變態(tài)使其在 600~800 ℃長(zhǎng)時(shí)間失效后會(huì)產(chǎn)生脆化。最近對(duì)其熱穩(wěn)定性進(jìn)行改善，開(kāi)發(fā)了新合金哈氏合金 B-3 。

    哈氏合金 B 在鹽酸、氯化氫氣體、硫酸、醋酸等環(huán)境中有很好的耐蝕性。但是，當(dāng)有鐵離子和銅離子或溶解氯的氧化性因子混入時(shí)，其腐蝕速度將加快，這點(diǎn)一定要注意。

2.2 哈氏合金 C 型

    哈氏合金 C 型是為了改善哈氏合金 B 型在氧化性環(huán)境中的抗蝕性，加了 Cr 而開(kāi)發(fā)的合金，對(duì)氧化性、非氧化性酸都具有好的抗蝕能力。哈氏合金 C 用于處理含有 FeCl ₂ 或 CuCl ₂ 等強(qiáng)氧化性鹽、濕氯氣體及 Cl ^- 的溶液、氟酸、乙酸、醋酸、海水等的設(shè)備。

    哈氏合金 C 和哈氏合金 B 一樣，在熱影響區(qū)易產(chǎn)生敏感點(diǎn)，需要進(jìn)行焊后熱處理?，F(xiàn)在哈氏合金 C 只制造鑄件。減少了 C 、 Si 的含量的哈氏合金 C-276 在焊接狀態(tài)也可以使用。但是，若在 650~1090 ℃的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間失效，在晶界會(huì)析出碳化物或金屬間化合物，使其耐蝕能力降低。為了改善高溫穩(wěn)定性開(kāi)發(fā)了哈氏合金 C-4 。哈氏合金 C-276 以抗部分非氧化性酸為重點(diǎn)。比哈氏合金 C-276 在氧化性環(huán)境下更具有抗蝕性或更好的熱穩(wěn)定性的合金哈氏合金 C-22 開(kāi)發(fā)以來(lái)，與哈氏合金 C-276 相比哈氏合金 C-22 具有以下特點(diǎn)：

1） 氧化性環(huán)境中更具有抗蝕性；

2） 非氧化性環(huán)境中具有同樣的抗蝕性；

3） 更具有抗孔蝕、間隙腐蝕等局部腐蝕的能力；

4） 組織的熱穩(wěn)定性更高，熱影響區(qū)腐蝕減少。

2.3 哈氏合金 G 型

    哈氏合金 G 或 G-3 在熱磷酸或熱硫酸中具有好的抗蝕性，因此主要用于這些環(huán)境中。哈氏合金 G 中的 Nb 可以使 C 穩(wěn)定化，使其在焊接狀態(tài)下就可使用。但是，焊接凝固開(kāi)裂的可能性較高，特別是電弧焊時(shí)易出現(xiàn)問(wèn)題。因此，為了減少開(kāi)裂的可能性，減少 C 和 Nb 含量，開(kāi)發(fā)了哈氏合金 G-3 。

    哈氏合金 G-30 主要是以抗工業(yè)磷酸為目的而開(kāi)發(fā)的材料，含 Cr 量很高，達(dá)到 30% ，在氧化性環(huán)境中具有好的抗蝕性。

3 、設(shè)計(jì)

    從表 2 中可看出，具有相同延伸性的哈氏合金比不銹鋼的強(qiáng)度高 1.5 倍，并且，好的抗蝕性可以使腐蝕余量減少，做到薄壁輕量化。

    ASME Section Ⅱ Part D 中規(guī)定了哈氏合金的最大許用應(yīng)力。各公認(rèn)規(guī)格 ASTM 、 ASME 、 JIS 等的對(duì)照表見(jiàn)表 4 。

4 、管和管接頭

    哈氏合金管有無(wú)縫管和焊接管，其制造的可能范圍見(jiàn)表 5 。

    和不銹鋼一樣，可以按 JIS 或 ANSI 規(guī)格制造彎頭、三通、管接頭或法蘭。關(guān)于法蘭，從成本上考慮，本公司推薦使用松套法蘭。

5 、成型

    一般的工廠也可以對(duì)哈氏合金管進(jìn)行冷彎曲加工。彎曲半徑最小不小于內(nèi)徑的 3 倍，最好為內(nèi)徑的 5 倍。

    和不銹鋼一樣哈氏合金可以進(jìn)行拉深加工，但是由于加工硬化大的原因，在拉深加工要求高的情況時(shí)，在加工過(guò)程中比不銹鋼要多進(jìn)行 2~3 倍次數(shù)的固熔化處理。例如，冷壓成型加工封頭時(shí)，由于 R 部的加工硬化，在加工過(guò)程中一定要進(jìn)行 1 次固熔化處理。

    沖孔的孔徑應(yīng)為板厚的 2 倍以上，空間距應(yīng)為孔徑的 2~3 倍。

    另外，哈氏合金在成形后，通常要進(jìn)行除應(yīng)力退火熱處理。

6. 焊接

    因?yàn)楣虾辖鸷蛫W氏體不銹鋼具有同樣的焊接性，所以，如果掌握了哈氏合金的特性，不需要特別技術(shù)就可以進(jìn)行焊接施工。另外，與異種金屬的焊接，和奧氏體不銹鋼一樣具有同樣的可能性。

6.1 焊接方法

    TIG 焊、 MIG 焊及等離子焊等非活性氣體電弧焊較適用，也可采用手工電弧焊或電子束焊。氣焊時(shí)由于要產(chǎn)生浸碳、氧化，因此不能使用。埋弧焊的熱影響區(qū)過(guò)大，也盡量不要采用。

6.2 焊接棒

    所使用的焊接棒應(yīng)與母材材質(zhì)一樣。焊接棒的規(guī)格見(jiàn)表 6 。與異種金屬焊接時(shí)。焊接棒通常多采用與哈氏合金側(cè)同樣的材質(zhì)。具體的根據(jù)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)確定。

6.3 焊前準(zhǔn)備

1） 焊接前要對(duì)板的錯(cuò)邊、坡口形式等進(jìn)行確認(rèn)。

2） 不論是定位焊還是真正的焊接，都要用丙酮除去坡口及坡口附近母材表面的油脂、污垢等異物。

3） 焊接棒在焊接前也要進(jìn)行清洗。

4） 原則上坡口加工采用機(jī)械加工形式，用等離子切割是要用砂輪除去氧化皮或熱影響區(qū)。熱影響區(qū)要切削掉 3mm 以上。

5） 與奧氏體不銹鋼相比，熔融金屬的流動(dòng)性較差，因此坡口開(kāi)口應(yīng)大一些。

表 6  哈氏合金的焊接材

6.5 焊后熱處理

    哈氏合金 B 和 C 以外的其他哈氏合金除了特殊情況外，可以在焊接狀態(tài)下使用。進(jìn)行焊后熱處理時(shí)采用固熔化處理。

6.6 焊縫的檢驗(yàn)

    實(shí)行焊工資格評(píng)定和焊接工藝評(píng)定，其試驗(yàn)結(jié)果記錄在 WQR 、 PQR 中。

    雖然與不銹鋼一樣可以對(duì)焊縫進(jìn)行檢查，但是作為無(wú)損探傷可采用滲透探傷和放射線(xiàn)探傷，而不能采用磁粉探傷或超聲波探傷。

7 、機(jī)械加工

    哈氏合金的機(jī)械加工屬于難切削加工，與不銹鋼相比加工工時(shí)多，但是如果選擇了合適的條件，這個(gè)差可以縮小。機(jī)械加工條件例見(jiàn)表 8 。

8 、總結(jié)

    哈氏合金是高價(jià)的特殊材料，這一點(diǎn)在人們的腦海里印象太深了。但是，哈氏合金和不銹鋼一樣也可以進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，沒(méi)必要作為特別材料考慮。強(qiáng)度大或合理的設(shè)計(jì)，可以使使用壽命增加，成本上比不銹鋼便宜的例子也很多。

    最近，隨著人們對(duì)設(shè)備的信任度和免修理要求的增高，材料的級(jí)別也不斷提高，哈氏合金話(huà)的例也不斷增加。本文若能給設(shè)計(jì)、施工的人們以參考的話(huà)，我們將感到非常榮幸。

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