哈氏C-59.doc

上海华石钢铁有限公司
Shanghai Huashi Iron and Steel CO.,Ltd
Hastelloy C-59 Alloy(哈氏C-59合金)
一、引言
C-59是一种超低碳Ni-Cr-Mo合金，具有优异的耐蚀性能和高机械强度。其性质有如下几条：
1、在氧化性和还原性条件下有广泛的耐蚀性能；
2、对点蚀和缝隙腐蚀有良好的抵抗力，同时对氯致应力腐蚀断裂有免疫特性。
3、对无机酸如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸和硫酸盐酸混合酸有良好的耐蚀性能；
4、对含有杂质的无机酸同样有良好的耐蚀性能；
5、对40℃以下任何浓度的盐酸有良好的耐蚀性能；
6、被许可在-196-450℃之间使用于压力容器上；
7、被NACE标准MR-01-75 Ⅶ级许可使用在酸气环境下。
(NACE是美国和印度的国家电子顾问委员会)

二、化学成分
C-59合金的化学成分表如下所示。
化学成分

Ni
Cr
Fe
C
Mn
Si
Mo
Co
Al
P
S
Min
余量
22.0

15.0

0.1

Max
24.0
1.5
0.010
0.5
0.01
16.5
0.3
0.4
0.015
0.005

三、耐蚀性能和应用
C-59合金是一种有极低含碳量和含硅量的Ni-Cr-Mo合金，在热加工和焊接过程中不倾向于产生中间相，所以此合金可以应用于化工过程中的氧化性和还原性介质。
由于有较高的含Ni、Cr、Mo的含量，C-59对氯离子有良好的耐蚀性能。在涉及氧化性环境的标准腐蚀试验中已经证实：C-59合金有比其它Ni-Cr-Mo合金更高级的性能。C-59合金在还原性环境中有良好的耐蚀性能，例如：10%沸腾硫酸溶液中的腐蚀率是其它Ni-Cr-Mo合金的1/3左右，在盐酸环境下同样有很好的耐蚀性能。
下面两表是不同腐蚀试验情况。
C-276和C-59试验对比
试验介质
腐蚀率(mm/a)
C-276
C-59
ASTM G28A 沸腾24小时
5.0-6.0
0625
ASTM G28B 沸腾24小时
1.5
0.1

三种不同合金在不同溶液中腐蚀试验
试验介质
腐蚀率(mm/a)
Inconel625
C-276
C-59
10%H2SO4沸腾3×7天
1.0-1.2
0.575
0.15
20%H2SO4+15000ppm Cl-(NaCl) 3×7天 80℃
0.03
0.08
0.03
50%H2SO4+15000ppm Cl-(NaCl) 3×7天 50℃
0.65
0.42
0.38
98.5%H2SO4 3×7天 150℃/200℃
-----
-----
0.28/0.15

下表是三种合金的CPT和CCCT试验情况
合金
CPT
CCCT
Inconel625
100℃
85-95℃
C-276
115-120℃
105℃
C-59
＞130℃
110℃
试验溶液：7Vol.%H2SO4+3Vol.%HCl+1%CuCl2+1%FeCl3-6H2O(绿色死亡溶液)，
时效24小时后，以5℃递增。
应用：
C-59合金在化工、石油化工、能源和环保工程等。
1、含氯有机过程设备，尤其是在有卤族酸性催化剂存在的情况下；
2、纸浆和造纸工业中的溶解和漂白系统设备；
3、焚化炉和烟气脱硫系统的预热器、阀门、叶轮等元件；
4、酸气处理系统设备和元件；
5、醋酸和醋酐反应器；
6、硫酸冷凝器。

四、物理性能
密度：8.6g/cm3
熔点范围：1310-1360℃
磁导率：20℃，(RT)≤1.001
高温下的物理性能
温度 ℃
比热 J/kg-k
热传导系数W/m-k
电阻率 μΩcm
弹性模量 GPa
室温到T的热膨胀系数
10-6/k
20
414
10.4
126
210

100
425
12.1
127
207
11.9
200
434
13.7
129
200
12.2
300
443
15.4
131
196
12.5
400
451
17.0
133
190
12.7
500
459
18.6
134
185
12.9
600
464
20.4
133
178
13.1

五、力学性能
下表是C-59合金固溶处理状态的力学性能表。
室温下的最小力学性能
产品形式
尺寸 mm
0.2%屈服强度(Mpa)
1.0%屈服强度(Mpa)
抗拉强度 (Mpa)
延伸率 δ5 (%)
薄板和带材*
0.5-6.4
340
380
690
40
板*
5.0-30
棒
≤100
*力学值依据德国国家标准VdTüV数据505

下表是依据德国国家标准VdTüV数据505，在高温下的力学性能值。

温度 ℃
0.2%屈服强度①
1.0%屈服强度①
抗拉强度②
延伸率δ5 (%)
MPa
ksi
MPa
ksi
MPa
ksi
93

≥43

≥48

95(91)
50
100
≥290

≥330

650(620)

200
≥250

≥290

615(585)

204

≥36

≥42

89(85)
300
≥220

≥260

580(550)

316

≥31

≥37

84(80)
400
≥190

≥230

545(515)

427

≥26

≥32

77(74)
450
175≥

≥215

525(495)

①对于板厚度在30-50mm之间的材料，其屈服强度值要减去20MPa
②只针对棒材

最大许用应力
材料温度 ℃
锻件、棒、板、带
MPa
ksi
38

25.0
93

25.0
100
172

149

24.7
200
161

204

23.3
260

22.0
300
147

316

20.9
343

20.4
371

19.8
399

19.4
400
134

焊接管件的焊缝系数取0.85
六、V形槽冲击功
室温下的平均值：≥225J/cm2
-196℃下：≥200 J/cm2

七、晶体结构
C-59合金的是面心立方晶体结构。

八、制造和热处理
C-59合金可以很容易地用普通制作工艺来加工。
1、加热
C-59合金在热处理前和热处理过程中不可以和任何污染物接触。
在含有S、P、Pb和其它低熔点金属的环境中加热，会使C-59合金的性能下降。污染物的来源主要有标记笔痕迹、温度指示漆、粉笔、润滑油脂、燃料等。
加热炉燃料的含硫量必须低，天然气的含硫量必须低于0.1%(质量)，燃料油的含硫量不可超过0.5%。
炉气环境应该是轻微的氧化性，不可以在氧化性和还原性之间波动。不可以让火焰直接冲击合金材料。
2、热加工
C-59合金可以在950-1180℃之间进行热加工。冷却要用水急冷。
热加工后退火可以确保材料有良好的耐蚀性能。
3、冷加工
退火的C-59合金才可以用来冷加工，C-59合金的加工硬化率是很高的，对成形设备的要求要高一些。
当冷变形加工执行时，工序间退火是必要的。
4、热处理
固溶热处理温度应该在1100-1180℃，最好在1120℃处理。
水冷是确保材料有最好耐蚀性能的基本要点。在任何热操作过程中，材料表面必须清洁。
5、除垢
C-59合金焊缝附近的氧化物比其它不锈钢要紧密的多，可以用细砂轮打磨干净。
酸洗前，材料表面的氧化物、污点等可以用细砂轮或不锈钢丝刷打磨干净。
6、机加工
机加工C-59合金应该是固溶处理状态。由于其加工硬化率较大，所以相对于低合金奥氏体不锈钢来说，要采用较低的表面切削速度，且进刀量要大，以忽略硬度较高的表面。同时要让刀具处于连续运转的状态。

九、焊接
焊接镍基合金时，要遵守下列操作规程：
1、工作场地
C-59合金的焊接场该是独立的，最好和碳钢加工场地分开，同时不可以有气流扰动。
2、着装
焊接着装应该采用皮革手套和工作服。
3、加工工具和机械
工具要采用镍基合金专用工具，制造和加工机械如：剪板机、卷板机、压制机械等，其工作台面要用毛毡、纸板、塑料等覆盖，防止C-59合金表面在加工过程中被压入污染物，导致最终的腐蚀。
4、清理
基材金属的焊缝区域清理和填料金属的清理应该使用丙酮。
5、坡口准备
C-59合金的焊接坡口成形可以采用机械方法，如车削成形、磨削成形或刨制成形；等离子切割也是可以的，不过切割后的坡口要打磨干净，并且不可以使坡口附近过热。
6、坡口角度一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。
镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的热传导系数和有较高的热膨胀率。其焊接焊脚要大(1-3 mm)，坡口角度要在60-70°左右，主要因为C-59合金的熔化金属有较高的粘性，而且其焊后收缩倾向比较大。
7、引弧
引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行，不可以在已完成的焊接件上，以免造成耐蚀性能的下降。
8、焊接工艺
C-59合金可以用多种常规焊接工艺焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG，手工金属焊接、等离子弧焊等。不过焊接前的清理是必要的。
9、焊接参数和有关影响因素
焊接时要谨慎选择热输入量，一般要采用较低的热输入量，层间温度不要超过150℃。同时采用较薄的焊道焊接工艺。下表是C-59合金的焊接参数。
焊接参数
板厚
mm
焊接 方法
填料金属
焊接参数
焊接 速度cm/min
气流量 l/min
等离子气流量 l/min
等离子焊嘴尺寸 mm
尺寸 mm
速度m/cm
根部焊层
中间和上部
A
V
A
V
3.0
手工GTAW
2.0

90
10
110-120
11
10-15
8-101

6.0
手工GTAW
2.0-2.4

100-110
10
120-130
12
10-15
8-101

8.0
手工GTAW
2.4

110-120
11
130-140
12
10-15
8-101

10.0
手工GTAW
2.4

110-120
11
130-140
12
10-15
8-101

3.0
自动GTAW
1.2
0.5
手工控制
150
10
25
15-201

5.0
自动GTAW
1.2
0.5
手工控制
150
10
25
15-201

2.0
热焊丝
GTAW
1.0
0.3

180
10
80
15-201

10.0
热焊丝
GTAW
1.2
0.45
手工控制
250
12
40
15201

4.0
等离子 弧焊
1.2
0.5
165
25

25
301
3.01
3.2
6.0
等离子 弧焊
1.2
0.5
190-200
25

25
301
3.51
3.2
8.0
MIG/MAG2
1.0
~8
GTAW

130-140
23-27
24-30
18-201

10.0
MIG/MAG2
1.2
~5
GTAW

130-150
23-27
20-26
18-201

6.0
SMAW
2.5

40–70
~21
40-70
~21

8.0
SMAW
2.5-3.25

40–70
~21
70-100
~22

16.0
SMAW
4.0

90-130
~22

1=纯氩气或氩气+3%氢气
2=建议使用氦气保护焊接

下表是焊接能量输入情况
单位长度焊接能量输入(参考值)
焊接工艺
单位长度能量输入值 kJ/cm
焊接工艺
单位长度能量输入值 kJ/cm
GTAW手工或自动
Max8
MIG/MAG手工或自动
Max11
热焊丝GTAW
Max6
SMAW
Max7
等离子弧焊
Max10

一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。

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