耐蝕合金

包括GB/T 15007[1] 耐蝕合金牌號(hào)中的鐵基耐蝕合金（鎳含量30-50%mass）和鎳基合金（鎳含量不小于50%），按合金的主要強(qiáng)化特征，這些合金還可分為固溶強(qiáng)化型合金和時(shí)效硬化型合金。按材料的化學(xué)成分可分為鎳-鉻系（NS×1××）、鎳-鉬系（NS×2××）、鎳-鉻-鉬系（NS×3××）、鎳-鉻-鉬-銅系（NS×4××）、鎳-鉻-鉬-氮系（NS×5××）和鎳-鉻-鉬-銅-氮系（NS×6××）。

耐蝕合金國(guó)內(nèi)牌號(hào)包括：NS111，NS112,NS113，NS131，NS141，NS142，NS143，NS311，NS314，NS315，NS321，NS322，NS331，NS332，NS333，NS334，NS335，NS336，NS334，NS341，NS411等。

鐵基耐熱合金含有相當(dāng)高的鉻、鎳成分和其他強(qiáng)化元素，工作溫度在700℃以下。

鎳基耐蝕合金主要是哈氏合金以及Ni-Cu合金等，由于金屬Ni本身是面心立方結(jié)構(gòu)，晶體學(xué)上的穩(wěn)定性使得它能夠比Fe能夠容納更多的合金元素，如Cr、Mo等，從而達(dá)到抵抗各種環(huán)境的能力；同時(shí)鎳本身就具有一定的抗腐蝕能力，尤其是抗Cl-引起的應(yīng)力腐蝕能力。Ni-Cr型耐蝕合金Ni-Mo(W)及Ni-Cr-Mo型合金是高耐蝕的鎳基合金，在HCl等還原介質(zhì)中有極好的耐蝕性，但當(dāng)酸中有氧化劑時(shí)，耐蝕性顯著下降。Ni-Cr-Mo-Cu型耐蝕合金是為滿足耐HN03、H2SO4及混合酸的腐蝕發(fā)展起來的鋼種，典型合金是0Cr21Ni68Mo5Cu3，后來又相繼發(fā)展了核燃料溶解器用的0Cr25Ni50Mo6Cu1Ti1Fe等系列合金。

鎳基耐熱合金是目前在700℃～900℃范圍內(nèi)使用得最廣泛的一種高溫合金，這類合金的鎳含量通常在50%以上。

鈷基耐熱合金的高溫強(qiáng)度主要靠固溶強(qiáng)化獲得。鈷價(jià)格昂貴，應(yīng)用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。

01 Monel合金

Monel合金是美國(guó)Special Metals公司的注冊(cè)商標(biāo)，又稱鎳合金，是一種以金屬鎳（≥63%）為基體添加Cu、Fe、Mn等其它元素而成的合金，呈銀白色，它兼有鎳的鈍化性和銅的貴金屬性。有兩種類型：加工強(qiáng)化型，有 Monel 400、404、R405等牌號(hào)；沉淀硬化型，有Monel K-500、502等牌號(hào)，常用Monel 400和K-500。

Monel 合金在F2、HCl、H2SO4、HF以及它們的派生物中有優(yōu)異的耐蝕性，一個(gè)重要特征是一般不發(fā)生應(yīng)力腐蝕，在熱濃堿液中有優(yōu)良的耐蝕性。耐質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于85%的H2SO4、海水、有機(jī)化合物等的腐蝕。Monel 400合金的組織為高強(qiáng)度的單相固溶體，Monel 400（UNS NO4400）最高使用溫度一般在600℃左右，在高溫蒸汽中，腐蝕速度小于0.026mm·a-1。耐585℃以下無水氨和氨化條件下的腐蝕。在許多工業(yè)領(lǐng)域都能應(yīng)用，如海水交換器和蒸發(fā)器、核工業(yè)用于制造鈾提煉和同位素分離的設(shè)備。

02 哈氏（Hastelloy）合金

目前主要分為B、C、G 3個(gè)系列，它主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等無法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合。在強(qiáng)還原性腐蝕環(huán)境，復(fù)雜的混合酸環(huán)境，含有鹵素離子的溶液中，以哈氏合金為代表的鎳基耐蝕合金相對(duì)鐵基的不銹鋼具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

哈氏合金具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)，而且其應(yīng)變硬化傾向大，當(dāng)變形率達(dá)到15%時(shí)，約為18-8不銹鋼的2倍。哈氏合金還存在中溫敏化區(qū)，其敏化傾向隨變形率的增加而增大。當(dāng)溫度較高時(shí)，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學(xué)性能和耐腐蝕性能下降。

① Hastelloy B-2合金

Hastelloy B-2合金是一種有極低C含量和Si含量的Ni-Mo合金，它減少了在焊縫及熱影響區(qū)碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態(tài)下也有良好的耐蝕性能。

Hastelloy B-2合金在各種還原性介質(zhì)中具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，能耐常壓下任何溫度，任何濃度HCl的腐蝕。在不充氣的中等濃度的非氧化性H2SO4、各種濃度H3PO4、高溫HAc、HCOOH等有機(jī)酸、溴酸和HCl氣體中均有優(yōu)良的耐蝕性能，同時(shí)，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應(yīng)用于多種苛刻的石油、化工過程，如鹽酸的蒸餾、乙苯的烷基化和低壓羰基合成醋酸等生產(chǎn)工藝過程中。

但哈氏B-2合金存在對(duì)抗晶間腐蝕性能有相當(dāng)大影響的兩個(gè)敏化區(qū)：1200～1300℃的高溫區(qū)和550～900℃的中溫區(qū)。當(dāng)合金在650～750℃溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間稍長(zhǎng)，β相瞬間生成，降低了合金的韌性，使其對(duì)應(yīng)力腐蝕變得敏感，甚至?xí)斐珊辖鹪谠牧仙a(chǎn)(如熱軋過程中)或設(shè)備制造過程中（設(shè)備焊后整體熱處理）、服役環(huán)境中開裂。

Hastelloy B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學(xué)成分，還取決于其熱加工的控制過程。當(dāng)熱加工工藝控制不當(dāng)時(shí)，合金不僅晶粒長(zhǎng)大，而且晶間會(huì)析出現(xiàn)高M(jìn)o的σ相，使合金的抗晶間腐蝕的性能明顯下降。

② Hastelloy C-276合金

Hastelloy C-276合金屬于鎳-鉬-鉻-鐵-鎢系鎳基合金，哈氏C-276合金中沒有足夠的Cr來耐強(qiáng)氧化性環(huán)境的腐蝕，如熱的濃硝酸。主要耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化物溶液、硫酸和氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能。因此，在苛刻的腐蝕環(huán)境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。在燃煤系統(tǒng)的煙氣脫硫環(huán)境下C-276耐蝕性能優(yōu)異。

哈氏C-276合金中Cr、Mo、W的加入將其耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的能力大大提高。C-276合金在海水環(huán)境中被認(rèn)為是惰性的，按ASTM G48試驗(yàn)的臨界縫隙腐蝕溫度達(dá)60℃。C-276合金中高含量的Ni和Mo使其對(duì)Cl-應(yīng)力腐蝕斷裂也有很強(qiáng)的抵抗能力，所以C-276被廣泛地應(yīng)用在海洋、鹽水和高氯環(huán)境中，甚至在強(qiáng)酸低pH值情況下。

在絕大多數(shù)腐蝕環(huán)境下，C-276都能以焊接件的形式應(yīng)用。但在十分苛刻的環(huán)境中，C-276材料及焊接件要進(jìn)行固溶熱處理以獲得最好的抗腐蝕性能。

C-276合金表面在焊接或熱處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化物，使合金中的Cr含量降低，影響耐蝕性能，所以要對(duì)其進(jìn)行表面清理。可以使用不銹鋼絲刷或砂輪，然后浸入適當(dāng)比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗。

哈氏合金的適用介質(zhì)見表2-5。Hastelloy合金的各種腐蝕數(shù)據(jù)是有其典型性的，但是不能用作規(guī)范，尤其是在不明環(huán)境中，必須要經(jīng)過試驗(yàn)才可以選用。

03 Inconel 鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金

Inconel是International Nickel Co.公司的注冊(cè)商標(biāo)，合金是一種以Ni為主要成分的奧氏體超耐熱合金。源于鎳鉻合金中所含的鉬、鈮固溶體強(qiáng)化效應(yīng)，在700℃時(shí)具有高的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗蠕變強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，在1000℃時(shí)具有高抗氧化性，在低溫下具有穩(wěn)定的化學(xué)性能，良好的焊接性能，易加工性。

雖然該合金是為適應(yīng)高溫環(huán)境的強(qiáng)度而設(shè)計(jì)，但該合金有高含量的Cr、Mo，使其從高度氧化環(huán)境到一般腐蝕環(huán)境表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕特性。對(duì)高含氯化物介質(zhì)也有很好的抗腐蝕作用。同時(shí)，該合金具有良好焊接性能，焊縫具有抗晶間腐蝕的能力。可用做化工設(shè)備、波紋管補(bǔ)償器膨脹節(jié)等接觸海水并承受高機(jī)械應(yīng)力的場(chǎng)合。

典型的N5-Cr合金是0Crl5Ni75Fe（Inconel1600），多作為高強(qiáng)度耐熱材料。其特點(diǎn)是既耐還原性介質(zhì)腐蝕，又在氧化性介質(zhì)中具有高的穩(wěn)定性。它是能抗熱MgCl2腐蝕的少數(shù)幾種材料之一，無應(yīng)力腐蝕傾向，故常用于制作核動(dòng)力工程的蒸發(fā)器管束。但在高溫高壓純水中對(duì)晶間型應(yīng)力腐蝕敏感。

04 Incoloy 鎳鉻鐵合金

Incoloy 鎳鉻鐵合金是International Nickel Co.公司的注冊(cè)商標(biāo)。合金是一種固溶態(tài)高強(qiáng)度奧氏體鎳-鐵-鉻合金，是為抗高溫氧化和碳化而設(shè)計(jì)的。Incoloy合金有很多種類，常見的如Incoloy 800、Incoloy 800H、Incoloy 800HT、Incoloy 825、Incoloy 840、Incoloy 901、Incoloy 925、Incoloy 20、Incoloy 330、Incoloy 25-6Mo等。

Incoloy800（800H、800HT）和Incoloy825都具有很好的耐還原、氧化、氮化介質(zhì)腐蝕以及耐氧化還原交替變化介質(zhì)腐蝕的性能，且在高溫長(zhǎng)期應(yīng)用中具有高的冶金穩(wěn)定性。但由于三者的(Al+Ti)含量不同，致使3種材料運(yùn)用的環(huán)境有所不同，具體表現(xiàn)在：Incoloy 800適用于600℃以下。Incoloy 800H 由于(Al+Ti) 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.7%，在700℃以下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)仍然具有較好的韌性；Incoloy 800HT 在700℃以上時(shí)具有較好的屈服強(qiáng)度。Incoloy800系列的板材、帶材、棒材、管材（焊管和無縫管）、絲材、鍛件、光棒、法蘭、焊材品種齊全，常用于熱交換器、波紋管膨脹節(jié)補(bǔ)償器等承壓設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 15007-2008.耐蝕合金牌號(hào)

[2]  ASTM G48 - 11(2020)e1.Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution