Hastelloy B-2與系列合金統(tǒng)一對比整理

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。

Hastelloy B系列合金是面心立方晶格結構，只有其組織足夠純凈并處于正確的晶體結構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 過程，所以早期的哈氏合金逐漸被改進或者被淘汰。 在冶金技術進步的基礎上（如氬氧脫碳重熔精煉技術 的應用），Hastelloy B系列合金改進的重點是控制碳、 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)域性能下降的問題 ；Hastelloy B-3解決了Hastelloy B-2容易析出沉淀硬化相的缺點，極大地改善了冷、熱加工性能。

表 1 列出了商業(yè)牌號與標準牌 （編） 號的對照。

1  鎳-鉬系列合金

1.1 Hastelloy B合金

20 世紀 40 年代Hastelloy B變形合金（UNS 編號N10001， 名義成分 Ni-28Mo-5Fe-0.3V ， 于 1929年取得專利） 進入市場，是最早的固溶強化鎳 - 鉬合 金。由于它的鉬含量很高，因此具有高強度和高耐蝕 性，特別適用于應對強還原性酸。Hastelloy B合金的主要問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構的耐腐蝕性能。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的介質(zhì)中只能在固溶狀態(tài)下使用。

固溶處理溫度高，過程復雜，對于某些部件和設備是難以實現(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。

在早期的高溫應用方面，雖然Hastelloy B在高溫（直到1095 ℃） 下具有高屈服強度和低熱膨脹系數(shù)的特點，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)在舊式汽輪機和火箭發(fā)動機上，現(xiàn)已被時效硬化高溫合金Haynes 242TM所代替[2] 。在早期的化工耐蝕應用方面，由于不含鉻，Hastelloy B合金被嚴格限制在還原性酸中使用。

1.2 Hastelloy B-2合金

20世紀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 開發(fā)了第二代Hastelloy B-2（以下簡寫成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，從而它的焊接結構無需進行固溶處理也適用于大多數(shù)化工應用[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，但這一事實并沒有解決由于其它操作 而需要進行固溶處理的問題，固溶處理在某些情況下是必須做的,且是有益的，相關因素如下[5] ：

（1）B-2 合金熱加工后，必須進行固溶處理。

（2）冷成形后通常需要固溶處理，以恢復延展 性和降低硬度。現(xiàn)場經(jīng)驗表明，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力，殘余應力是 應力腐蝕開裂（ SCC）的一個重要形成因素。雖然 對于B-2合金 SCC 通常不是問題，但經(jīng)驗表明，在 某些環(huán)境中，存在重大冷變形會增加 SCC 的敏感性。同樣，現(xiàn)場經(jīng)驗表明，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，短時在中溫敏化區(qū)538~870 ℃停留 也會迅速析出 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  相可能會引起熱加工（鍛造、熱卷） 過程中的開裂， 在固溶處理過程中的開裂，焊接熱影響區(qū)應力腐蝕的 開裂，出現(xiàn)脆化問題即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（以下簡寫成 B-3）合金是 20 世紀 90 年代進入市場，2003 年獲得發(fā)明專利的第三代鎳 - 鉬合金，是B-2合金的升級版本，是當今Hastelloy B系列合金的最新成果，也是目前市場上唯一廣泛使用 的鎳 - 鉬合金。

與B-2合金相比，B-3 合金的最大優(yōu)點在于短時暴露于中溫仍能保持很好的延展性[4] 。在與制造有關的熱過程中，經(jīng)常會遇到短時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使B-2合金嚴重脆化，但 B-3 合金在長達幾個小時的時間內(nèi)也不會脆化，顯示出對這種脆化具有顯著的耐受性，這為合金被加工成復雜部件提供了極大的便利，比如封頭成型。這是由于B-3 合金對成分進行了特別的優(yōu)化調(diào)整，在中溫區(qū)（600 ~ 800 ℃）沉淀反應變緩慢，并形成 Ni3Mo（γ 相） 金屬間相，改善了B-2在通過中溫時容易析出Ni4Mo（β 相）沉淀相的缺點。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 合金對點腐蝕、應力腐蝕開裂、刀狀腐蝕和焊接熱影響區(qū)腐蝕開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，因為這樣會導致合金快速腐蝕失效。

當鹽酸接觸到鐵和銅時，會與之發(fā)生化學反應生成三價鐵鹽和二價銅鹽。

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合金設備所遇到的問題最小化。因此，B-3 合金適用于以前要求使用B-2合金的所有應用場合，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，可減小在制造過程中脆化的風險。圖 1[5] 顯示了鐵、鉻元素含量對敏化態(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90年代開發(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 90 年代推出的 Nimofer6629-alloy B-4合金是德國蒂森克虜伯 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力腐蝕開裂性能顯著提高，抗晶間腐蝕敏 感性也有所提高，沒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題和在特定環(huán)境中對應力腐蝕開裂敏感的問題。

1.6  Nimofer 6224-alloy B-10合金

鎳-鉬合金唯一的不足之處是因為不含鉻對氧化性介質(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-鉬合金的應用受到嚴格的限制，這時可以一試Nimofer 6224-alloy B-10 合金，它是一種介于鎳- 鉻- 鉬合金和鎳- 鉬合金之間的過渡型合金（B 合金家族和 C 合金家族的中間產(chǎn)物）， 是專門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，這時往往需要使用哈氏合金 C ，哈氏合金 C 含有較高的鉻，對氧化性介質(zhì)有強的 耐蝕性。但哈氏合金C缺少足夠的鉬含量以抵抗強還原性酸的腐蝕性。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，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。

2  材料性能

2.1  化學成分

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15% 時，在還原性酸中的耐蝕性明顯提高。當鉬含量達到 30% 左右時，具有最佳的耐蝕效果，在未充入空氣的鹽酸中，在常壓沸點 以下任何濃度時都具有較好的耐蝕性（見圖 2[8]）。在不充空氣的非氧化性的硫酸中（≤ 60%），在常壓沸點以下有較好的耐蝕性。當介質(zhì)中存在空氣時，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，當介質(zhì)為含碘離子的高溫醋酸時，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使耐蝕性下降，加入鐵 量不超過 6% 時對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力腐蝕性能時，要求將鐵含量降低到低于2%[8]。合金中加入少量的鋁，可細化晶粒，提高沖擊 韌性 ；顯著提高高溫不起皮性能。ASME SB-333 板材帶材標準中Hastelloy B系列合金的化學成分見文獻[9]。

2.2  力學性能

哈氏合金具有高強度、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比為0.20 ~ 0.55 ，與奧氏體不銹鋼（約為 0.35 ~ 0.4）相當。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儲備。B-3合金具有 非常嚴重的冷作加工硬化趨勢，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系列合金標準（ASME SB-333 固溶處理 態(tài)室溫板材）的力學性能見文獻[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 成分的合金含量和純凈度，應降低碳、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）。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程。當其經(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 ℃消除應力熱處理）后， 焊縫金屬或熱影響區(qū)或母材會析出富鉻相（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”。敏化會帶來兩 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用的重要因素。對鎳基合金進行固溶處 理和減少在敏化溫度范圍內(nèi)的停留時間是在工藝上 提高耐晶間腐蝕的主要途徑。

2.3.1.1    熱穩(wěn)定性特點

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 - 鉬合金有兩個敏化區(qū)，1200~1300 ℃的高溫敏化區(qū)和550~900 ℃的中溫敏化區(qū)（見圖 3[8] ，Hastelloy B在各溫度下等溫時效后 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)過程中（如熱軋） 或設備制造過程 中（如焊后整體熱處理） 開裂 ；另一方面使合金變得 對應力腐蝕開裂敏感，造成設備在服役環(huán)境中開裂。

與B-2合金相比，第三代 B-3 合金的唯一最大優(yōu)勢就在于瞬時暴露于中溫時仍能保持極佳的韌性， 大大提高了合金微觀結構的穩(wěn)定性，特別是降低了對 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 合金相對于B-2合金的優(yōu)勢。當B-2合金在 750 ℃溫度范圍內(nèi)停留時間稍長（ 10 min  左右），β 相瞬間生成，使合金的延展性極速下降， 合金嚴重脆化。而對于 B-3 合金在 650 ℃左右則需幾 個小時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，通過調(diào)整化學成分，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)定性除了受化學成分這個內(nèi)在 因素影響外，還受外因溫度和時間的影響。對于容器制造更應關心溫度和作用時間對熱穩(wěn)定性的影響。 即使對于熱穩(wěn)定性很高的 B-3 合金也應注意熱過程 對合金性能的影響，當在中溫時作用的時間很長時， 合金的性能依然會下降，如表 2[4] 所示。

2.3.2    均勻腐蝕

Hastelloy B系列合金，是針對強還原性的鹽酸設計的，主要用于還原性的強酸介質(zhì)中，如任何 濃度和常溫至沸點的全溫度范圍內(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，鎳 - 鉬合金耐直到沸 騰的全濃度的鹽酸（試劑級純度） 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，無法在氧化性的介質(zhì)中形成氧化膜保護，因此，鎳 - 鉬合金無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 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）。 當鐵離子Fe3+濃度達到 5×10-5 時，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，但當鐵離子 Fe3+ 濃 度達到 5×10-5  時，C-2000 合金的腐蝕速率急劇下降。加入鐵離子對提高 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 B-3 和鋯的 104 倍。B-3 比 C-2000 和 Monel 400對鹽酸的耐蝕性要好。

圖 6  在沸騰鹽酸中鐵離子含量對腐蝕性影響（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%）溫度對幾種鎳基合 金和 316L 不銹鋼腐蝕速率的影響。對大多數(shù)合金來 說，溫度升高腐蝕速率升高，但對 B-3 合金確是個例 外，溫度對腐蝕速率的影響并不強烈，在沸騰鹽酸中的腐蝕速率反而低于沸點以下的腐蝕速率，這可能與 鹽酸溶液中溶解了氧氣有關，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，當鐵離子含量只要達到 3×10-6  時，C-2000 的 腐蝕速率就以接近二個數(shù)量級直線下降，這是由于氧 化性的鐵離子促進 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）。

硫酸的腐蝕性沒有鹽酸那么強，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）濃度達到 96% 的硫酸在沸騰狀態(tài)是穩(wěn)  定的。沸點受濃度的影響很大，中等濃度或高濃度的  硫酸沸點急劇升高，如 20% 硫酸沸點 104 ℃， 50%   硫酸沸點 123 ℃， 80% 硫酸沸點 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  到 70% 時 B-3 的腐蝕速率才開始升高。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幾種 鎳基合金腐蝕性能的影響。溫度對C-2000合金和G-30合金腐蝕速率的影響非常強烈，但對 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加速對合金的腐蝕。

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 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。對于這兩種合金腐蝕速率均增加，但對 鎳 - 鉻 - 鉬合金的影響更顯著。

圖 13  沸騰硫酸（含氯化物）濃度對腐蝕性影響（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

氫氟酸具有極強的腐蝕性和獨特的腐蝕行為， 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，因為不銹鋼、鈦、鋯、 鈮和鉭都不適合。但是，由表 3[4] 可見對高濃度和高 溫度的氫氟酸 B-3 合金也難以耐受。

2.3.3    應力腐蝕開裂

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

注： 浸蝕時間到1 008 h（即6周） 后停止。

3  應用

Hastelloy B系列合金通常應用于苛刻的強腐蝕 環(huán)境，廣泛應用于化工、石化、能源和污染控制等領 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)等工藝設備中。由于價格昂貴，Hastelloy B系列合金應用相對 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 應用于對許多合金都有縫隙腐蝕的垃圾焚燒裝置。

4  結束語

Hastelloy B系列合金是強度高、耐蝕性好的材料，但其價格昂貴，對制造工藝要求高，需謹慎對待。在選材時應選擇最新的B-3合金，利于成形與焊接。

參考文獻

[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用 [J]. 中國特種設備安全，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