两种性能优良的镍基耐蚀合金
耐蚀金属材料第十一届学术年会论文集黑色金属Ｂ．２６
两种性能优良的镍基耐蚀合金
李献民．李林，石卫民．马英。刘海森
（宝钛集团有限公司宝鸡。７２１０１４）
摘要：介绍了哈氏合金Ｂ２和ｃ．２７６两种镍基耐蚀合金的机械性能、耐蚀性能和用途，详细论述了镍基合金中合金元素和非金属元素对合金耐蚀性能的影响机理；介绍了这两种合金的熔炼和加工方法及国内外发展动态。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｔｅｘｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｐｕｒｐｏｓｅｆｏｒｔｗｏｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔｉｎｇａｌｌｏｙｓｗｉｔｈｎｉｃｋｅｌ—ｂａｓｅ：ＨａｓｔｅｌｌｏｙＢ２ａｎｄＣ２７６．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｓ
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１前言
随着经济的快速发展，化工耐蚀等行业对材料的综合性能特别是耐蚀性能要求也越来越高。在各种常用的有色金属中，纯金属镍由于其较高的化学稳定性，是耐蚀性能最好的金属之一，特别是用于耐氯碱及非氧化性酸等腐蚀介质。因此它在化工耐蚀行业得到了广泛应用。但纯镍在抗氧化性酸腐蚀＜耐高温氧化性、抗硫化性等方面严重不足，在耐还原性酸腐蚀方面还存在一些缺陷，影响了其使用范围。在纯镍中加入Ｍｏ、Ｃｒ等合金元素，不但能减少上述缺陷，而且还能提高其耐蚀性能和耐晶界腐蚀性能，提高材料的耐热性能等。在此基础上形成了Ｎｉ．Ｍｏ系、Ｎｉ．Ｍｏ－Ｃｒ系及Ｎｉ－Ｍｏ－Ｆｅ系等各种镍基合金。本文重点介绍了Ｉ－ｌａｓｔｅｌｌｏｙＢ２（ＮＳ３３２）和Ｈａｓｔｅｉｌｏｙ
途及研制技术。Ｃ．２７６（ＮＳ３３４）这两种耐蚀性能优良的镍基耐蚀合金的性能、用
２两种耐蚀合金的性能和用途
２．１两种合金的基本性能
镍基耐蚀合金的特点是合金组元多，成分复杂，合金元素的加入可改善合金的稳定性、耐蚀性、加工性能和焊接性能。
哈氏Ｂ２主要合金元素为Ｎｉ、Ｍｏ，还有少量的Ｃｒ、Ｆｅ等，可以看作近似二元合金，合金元素通过固溶强化及碳化物析出而提高高温强度，同时也显著改善了材料的耐孔隙腐蚀的能力。哈氏Ｃ．２７６是镍基合金中成分较为复杂的一种，含有Ｍｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｗ等合金元素。表ｌ给出了两种合金的化学成分，表２给出了合金的力学性能，表３是两种合金在一些腐蚀介质中的腐蚀速率。
表１两种合金的化学成分
合金
勘
（Ｎｓ３２２）
Ｇ２７６
（Ｎｓ３３４）Ｃ（％）・０．０２ｏ（％）＝１．０免（％）暑ＺＯＭｏ（％）２６．ｏ一３０．ｏＮｉ（％）余量—０．０２４．５—１６ｊ４．ｏ－７．ｏ１５．ｏ－１７．Ｏ余量
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表２
合金密度
（ｇ／ｍ３）
Ｂｚ两种合金的力学性能（棒材经固溶处理后）抗拉强度８屈服强度８０延伸率（％）硬度ＨＲＣｂ（Ｍｐａ）２（Ｍｐａ）
９．２２
（ＮＳ３２２）
（＞２７６
８．８９
（ＮＳ３３４）７６０３５０４０３２６９０２８５４０３２
纯镍８．９５００１５０４０
表３
合金
Ｂ．２
Ｃ．２７６ｌＯ％ＨＣＩ哈氏合金及３１６Ｌ的腐蚀速率（ｍ／ｒＪ１０％ＨＮ０３９９ＣＨ、ＣＯＯＨＯ．０３０．０ｌ
Ｏ．０１ｌＯ％Ｈ２Ｓ０４Ｏ．０５ｏｊＯ．５６４０％ＨＣ０２ＨＯ．Ｏｌ０．０７５５％Ｈ』＇ＯＯ．０９０．０７Ｏ．０６
０．２０８５％Ｈ３Ｐ０４Ｏ．１００．５ｌ１．５５１６．３０Ｏ．１８５．７９６．３５脱溶０．４３Ｏ．１５Ｃ－４３１６ＬＯ．ｃｒ７１．０７脱溶脱溶Ｏ．０５Ｏ．１０
２．２哈氏合金Ｂ２的耐蚀性能及用途
哈氏合金Ｂ２是在ＨａｓｔｅｌｌｏｙＢ的基础上发展起来的。它将Ｆｅ含量控制在２％以下，将ｃ和Ｓｉ的含量也分别控制在０．０２％以下和０．１０％以下。哈氏合金Ｂ本来就是耐盐酸腐蚀最好的材料。但由于在焊接热影响区碳化物析出而产生敏化区，焊缝和热影响区要进行热处理，使用范围受到限制。Ｂ２由于控制了Ｆｅ及非金属元素Ｃ、Ｓｉ的含量，所以焊接热影响区和晶界腐蚀敏感性降低了，这是因为焊接热影响区和晶界腐蚀是由于Ｍｏ、Ｃ析出所致，由于控制了Ｃ含量，因此使碳化物析出减缓。焊接时不易因冷速过快而产生裂纹等优点。
哈氏合金Ｂ２对硫酸、磷酸、醋酸、甲酸等还原性酸耐蚀性能优良，特别是对酸中腐蚀性较强的盐酸显示出优良的耐蚀性，从低浓度直到１００％的浓度，温度从室温到沸腾范围内，在各种合金中它的耐蚀性能最好，它的耐孔蚀性能也是最好的耐蚀合金之一。
但哈氏合金Ｂ２在氧化性环境下耐腐蚀稍差，在沸腾的盐酸及硫酸中加入铁离子时Ｂ２腐蚀速度很快，在浓度为２０％沸腾的盐酸中混入１００ｐｐｍ的铁离子中腐蚀速度立即上升，反应激烈。
综上所述，由于其耐强还原性介质腐蚀和耐晶界腐蚀性能，它可用于盐酸及中等浓度的硫酸环境下的装置，以及丁烷、尿素制造、乙二醇、苯草乙醇、单体氯丁二稀等成套设备，以及高温高压下的氧化物、族元素为腐蚀介质的耐蚀设备制造等。
２．３Ｃ．２７６合金的耐蚀性能和用途
早先的哈氏合金Ｃ（成分同Ｃ．２７６）由于在６５０—１０９０。Ｃ温度范围内，在晶界容易析出ＭｏＣ型碳化物及被称为ＭＮ相（金属氮化物）等金属化合物，而使其耐蚀性能破坏。在焊接或热加工时发生敏锐化，故必须采取固溶处理以克服这个缺点，在哈氏Ｃ基础上研制了Ｃ一２７６合金，控制了ｃ、ｓｉ含量，ｃ控制在０．０２％以下，ｓｉ控制在０．０８％以下。实验表明，在许多使哈氏合金Ｃ发生晶界腐蚀的强腐蚀介质中，Ｃ．２７６的焊接区和热影响区没有发现晶问腐蚀现象。合金元素Ｍｏ的加入同时提高了其耐蚀性能。
Ｃ．２７６合金是Ｎｉ－Ｃｒ－Ｍｏ系合金，它在还原性和氧化性环境中均有良好的耐蚀性能。因此有人称其为“全能耐蚀合金”。在Ｎｉ中加入含量较高的ｃｒ（大于１０％）时，可明显提高其耐蚀性能，其原理同不锈钢中加入ｃｒ是一样的。在金属表面形成致密的氧化膜，提高其抗氧化性和抗硫化性，同时提高其强度、硬度、高温性能等。
由于其耐蚀性能优良，对盐酸、硫酸、磷酸、醋酸等显示了耐蚀性，在海水浸渍十年，没有发现腐蚀及点蚀现象。特别适用于酸和海水、酸和氯气等复杂环境，在环境温度较高（最
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高可达５５００Ｃ）时使用的设备或装置上。
３两种哈氏合金的研制技术
镍基耐蚀合金的特点是合金组元多，成分复杂，特别是高温难熔金属Ｗ、Ｍｏ的加入，这样在熔炼时，要保证成分均匀性，防止高比重合金元素的偏析，控制Ｃ、Ｓｉ等非金属元素的含量。在加工时，由于其合金化程度高，使其变形抗力大，热变形温度高。增加了加工难度，对加热设备要求较高。
宝钛集团利用自身设备技术优势，近年来开展多种镍基合金的研制工作。与传统的“一次感应熔炼＋二次电渣炉熔炼”方法不同，采用了“一次真空感应熔炼＋二次真空自耗熔炼方法”，同时对高熔点元素采用中间合金的形式加入。保证了合金成分的均匀性且控制了杂质含量。研制出了化学成分符合国家标准的合格的合金坯料。在加工过程中，锻造开坯是技术关键，因为它关系到坯料由铸态组织向加工组织的转变。如果加热温度和变形量控制不当，坯料会产生裂纹，甚至报废。坯料一旦转变为加工组织，在随后的热冷加工过程中，如锻造和轧制加工中就能顺利进行，另外一个工艺技术关键是固溶处理，有关文献中给出了可供参考的固溶处理制度，例如ＮＳ３３４的固溶处理制度在１１５０—１２００℃之间，实际生产中可根据合金成分，加工变形程度予以调整确定。宝钛集团有限公司目前已研制出了各种规格的棒材、板材和厚度达８Ｏ．０５劬的箔材。
４结束语
国外的镍基合金研制生产技术已相当成熟和完善，能够进行了大规格的商业化生产，其产品质量好、价格低、规格大、品种齐全。产品类型有管、棒、板、带、锻件等。如他们可提供８０．８．１０×２０００×Ｌ衄的单重最大可达一吨的板材，可以提供西（２０～１７０）ｍｍ×ｔ（１—１０）ｍ的各种规格的管材，知名的公司有美国的Ｈａｙｎｅｓ、Ａｌｌｅｇｈｅｎｙ、Ｈｕｎｔｉｇｔｏｎ金属公司。而目前国内镍基耐蚀合金产量低、价格高、交货期长，远远不能满足国内化工耐蚀行业的要求，所需耐蚀合金材料大部分需要进口，同国外相比差距较大。因此需要材料研制和生产部ｆ－ｊｊｊｎ快研制力度，提高和完善工艺技术。尽快能满足国内对耐蚀合金材料的需要。
参考文献
【ｌ】陆世英等，镍基及铁镍基耐蚀合金，１９８９，１１，１５２，２０６。
【２】李名册等，重有色金属加工手册，１９７９，６，２８７。
【３】于福洲等，腐蚀与防护手册，１９９６，４，４４０。
【４】Ｗ・ＬｍａｎＫｉｎｓａｎｄＳ・Ｌａｍｂ，ＮｉｋｅｌａｎｄＮｉｃｋｅｌａｌｌｏｙ，１９９２，４２８—４４５