耐蝕合金

包括GB/T 15007[1] 耐蝕合金牌號中的鐵基耐蝕合金（鎳含量30-50%mass）和鎳基合金（鎳含量不小于50%），按合金的主要強化特征，這些合金還可分為固溶強化型合金和時效硬化型合金。按材料的化學成分可分為鎳-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××）。

耐蝕合金國內牌號包括：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高的鉻、鎳成分和其他強化元素，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本身是面心立方結構，晶體學上的穩定性使得它能夠比Fe能夠容納更多的合金元素，如Cr、Mo等，從而達到抵抗各種環境的能力；同時鎳本身就具有一定的抗腐蝕能力，尤其是抗Cl-引起的應力腐蝕能力。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等還原介質中有極好的耐蝕性，但當酸中有氧化劑時，耐蝕性顯著下降。Ni-Cr-Mo-Cu型耐蝕合金是為滿足耐HN03、H2SO4及混合酸的腐蝕發展起來的鋼種，典型合金是0Cr21Ni68Mo5Cu3，后來又相繼發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度主要靠固溶強化獲得。鈷價格昂貴，應用受到很大的限制，一般在1000℃以上才用。

01 Monel合金

Monel合金是美國Special Metals公司的注冊商標，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：加工強化型，有 Monel 400、404、R405等牌號；沉淀硬化型，有Monel K-500、502等牌號，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異的耐蝕性，一個重要特征是一般不發生應力腐蝕，在熱濃堿液中有優良的耐蝕性。耐質量分數小于85%的H2SO4、海水、有機化合物等的腐蝕。Monel 400合金的組織為高強度的單相固溶體，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。在許多工業領域都能應用，如海水交換器和蒸發器、核工業用于制造鈾提煉和同位素分離的設備。

02 哈氏（Hastelloy）合金

目前主要分為B、C、G 3個系列，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腐蝕性介質場合。在強還原性腐蝕環境，復雜的混合酸環境，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鐵基的不銹鋼具有絕對的優勢。

哈氏合金具有高強度、高韌性的特點，而且其應變硬化傾向大，當變形率達到15%時，約為18-8不銹鋼的2倍。哈氏合金還存在中溫敏化區，其敏化傾向隨變形率的增加而增大。當溫度較高時，哈氏合金易吸收有害元素使它的力學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碳化物和其他相的析出，從而確保即使在焊接狀態下也有良好的耐蝕性能。

Hastelloy B-2合金在各種還原性介質中具有優良的耐腐蝕性能，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等有機酸、溴酸和HCl氣體中均有優良的耐蝕性能，同時，它也耐鹵族催化劑的腐蝕。因此，哈氏B-2合金通常應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工藝過程中。

但哈氏B-2合金存在對抗晶間腐蝕性能有相當大影響的兩個敏化區：1200～1300℃的高溫區和550～900℃的中溫區。當合金在650～750℃溫度范圍內停留時間稍長，β相瞬間生成，降低了合金的韌性，使其對應力腐蝕變得敏感，甚至會造成合金在原材料生產(如熱軋過程中)或設備制造過程中（設備焊后整體熱處理）、服役環境中開裂。

Hastelloy B-2合金的耐蝕性能不僅取決于其化學成分，還取決于其熱加工的控制過程。當熱加工工藝控制不當時，合金不僅晶粒長大，而且晶間會析出現高Mo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來耐強氧化性環境的腐蝕，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，在苛刻的腐蝕環境中，如化工、石油化工、煙氣脫硫、紙漿和造紙、環保等工業領域有著相當廣泛的應用。在燃煤系統的煙氣脫硫環境下C-276耐蝕性能優異。

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

在絕大多數腐蝕環境下，C-276都能以焊接件的形式應用。但在十分苛刻的環境中，C-276材料及焊接件要進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會產生氧化物，使合金中的Cr含量降低，影響耐蝕性能，所以要對其進行表面清理。可以使用不銹鋼絲刷或砂輪，然后浸入適當比例硝酸和氫氟酸的混合液中酸洗。

哈氏合金的適用介質見表2-5。Hastelloy合金的各種腐蝕數據是有其典型性的，但是不能用作規范，尤其是在不明環境中，必須要經過試驗才可以選用。

03 Inconel 鎳鉻鐵耐熱耐蝕合金

Inconel是International Nickel Co.公司的注冊商標，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、鈮固溶體強化效應，在700℃時具有高的抗拉強度、疲勞強度、抗蠕變強度和斷裂強度，在1000℃時具有高抗氧化性，在低溫下具有穩定的化學性能，良好的焊接性能，易加工性。

雖然該合金是為適應高溫環境的強度而設計，但該合金有高含量的Cr、Mo，使其從高度氧化環境到一般腐蝕環境表現出優異的耐腐蝕特性。對高含氯化物介質也有很好的抗腐蝕作用。同時，該合金具有良好焊接性能，焊縫具有抗晶間腐蝕的能力。可用做化工設備、波紋管補償器膨脹節等接觸海水并承受高機械應力的場合。

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

04 Incoloy 鎳鉻鐵合金

Incoloy 鎳鉻鐵合金是International Nickel Co.公司的注冊商標。合金是一種固溶態高強度奧氏體鎳-鐵-鉻合金，是為抗高溫氧化和碳化而設計的。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、氮化介質腐蝕以及耐氧化還原交替變化介質腐蝕的性能，且在高溫長期應用中具有高的冶金穩定性。但由于三者的(Al+Ti)含量不同，致使3種材料運用的環境有所不同，具體表現在：Incoloy 800適用于600℃以下。Incoloy 800H 由于(Al+Ti) 的質量分數不高于0.7%，在700℃以下長時間工作時仍然具有較好的韌性；Incoloy 800HT 在700℃以上時具有較好的屈服強度。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、波紋管膨脹節補償器等承壓設備。

參考文獻

[1] GB/T 15007-2008.耐蝕合金牌號

[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