探寻Hastelloy系列耐蚀合金的发展

迈入由蒸汽时代揭幕的近代后,合金的冶炼技术得到了进一步飞跃,美国Haynes(Haynes International)也随之崛起,发展了真空感应熔炼(VIM)、电渣重熔(ESR)等多种在超级合金中发明或生产过程中应用的技术,奠定了研发高性能合金的技术基础。本文讲阐述Haynes高性能合金的发展历史...

美国Haynes是京达实业的重要合作品牌之一。Haynes是高性能镍基和钴基合金开发商、制造商和经销商,以研发高温耐蚀合金见长,目前共拥有约22项已公布的美国专利和申请,以及约295项其它国家的专利和申请。Haynes先后发明完成的合金种类有:HASTELLOY B-2、C-276、C-4、C-22、C-2000、C-22HS、G、G-3、G-30、G-35、G-50、H-9M、D-205、S、X合金,和HAYNES HR-120B、HR-160、188、214、230、556合金以及ULTIMET合金。


Haynes所经营的合金主要分为两个系列,其中Haynes系列以高温合金为主,Hastelloy系列(Hastelloy商标是由HAYNES中的HA,STELLITE的 STELL及ALLOY的OY组合而成)以耐蚀系列为主。Hastelloy耐蚀合金的突出特点包括良好的抗均匀腐蚀性能,优异的抗局部侵蚀性能,极好的抗应力开裂性能和焊接加工性能。目前Hastelloy系列耐蚀合金主要分为B系列、C系列、G系列和D系列。


一、B系列合金发展历程与特性

联合碳化物公司在1920收购了Haynes钴铬钨工厂,并引进更多的技术以便改变生产线单一的局面。在联合碳化物公司的扶持下最先被开发出来的合金是HASTELLOY B 。B系列合金为镍-钼合金,针对完全还原的环境,提供的优秀的抗腐蚀能力。B系列合金虽然在还原性环境中表现优异,但对氧化性介质却非常敏感。由于它性能的特殊性,应用相对比较集中,其中最主要的就是醋酸生产(羰基合成法),还有一些硫酸回收系统中也用到该系列合金。Hastelloy B-2合金是在B合金的基础上改进得到的,但它却是针对还原性环境的耐腐蚀合金,虽然有着优异的抗腐蚀性能,但加工性较差。B-2合金由于加工性能方面的不足,已经渐渐退出市场,目前最常用的牌号是B-3合金。


二、C系列合金发展历程与特性

Hastelloy系列合金中最通用的是C系列镍-铬-钼合金。由于铬能在合金表面形成致密的氧化膜(钝化),提供抗氧化环境能力,钼主要提供抗还原环境能力。因此C系列合金可以应用于既有氧化介质又有还原介质的环境当中。

到了二十世纪六十年代,哈氏耐腐蚀合金得到了突破性的发展。以前阻碍Hastelloy合金发展的最大障碍是该合金需要焊后固溶处理,不然焊接热影响区的抗腐蚀性能会大大下降,而焊接是绝大多数设备生产中所必须的加工过程。Hastelloy C-276合金经氩氧脱碳精炼工艺(AOD)的出现,使得合金能够达到极低的碳硅含量,保证了在焊接区域仍能具有和母材一样的抗腐蚀性能。C-276 合金以其优秀的性能,现在仍活跃在京达实业在国内客户的应用之中。虽然C-276合金获得巨大的成功,但它焊接区域的性能仍然不理想,Hastelloy C-22合金的出现不仅解决这个问题而且在大多数情况下都达到了更好的耐腐蚀性能,对点蚀和缝隙腐蚀具有特别的抵抗能力。

HastelloyC-2000加入铜,在很大程度上拓展了在还原性环境中的抗腐蚀能力,尤其是硫酸和氢氟酸。使C-2000合金既有优异的抗氧化性介质侵蚀性能又有优异的抗还原性介质侵蚀性能,这一成果代表了化工设备应用材料的重大成就。C-22 HS合金作为最新型的C系列合金,它不仅有着和C-22类似的耐腐蚀性,在热处理后它的强度还能达到普通C系列合金的两倍。



三、G系列与D系列合金发展历程与特性

G系列合金为镍-铬-铁合金(G-35合金除外)。高铬含量使该系列的合金在抗氧化性方面非常出众。同时,新型的G系列合金(G-30合金、G-35合金)也有很好的抗点蚀能力,加上少量的铜含量,增强了抗硫酸及氢氟酸的能力。Hastelloy  G-35合金虽然归入G系列,但它本质上是一种镍-铬-钼合金,成份上更接近C系列合金。只是因为它的发明仍然是针对强氧化性以及混合酸环境设计的,所以商业牌号仍然归入G系列。因此,G系列合金主要应用于强氧化性的环境及混合酸的复杂环境中,如湿法磷酸,钢厂酸洗线。但由于冶金技术的进步,超级不锈钢系列产品逐渐替代了G系列合金,使得G系列合金的市场份额有所下降。

D系列合金为镍-铬-硅合金。由于该系列合金含有一定量的硅,能够在表面产生相当稳定的氧化膜,可以针对极端的强氧化性环境。目前批量生产的D系列合金为D-205,该合金相比高硅含量的不锈钢具有很多优越性能,应用于高温浓硫酸环境的板式换热器。

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