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Hastelloy C-276的化學(xué)成分：

1 C-276的物理特性：

HASTELOY C-276常溫下合金的力學(xué)性能MIX:

這種合金的特性如下：

1.在氧化和還原狀態(tài)下，對大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐蝕性。

2.出色的內(nèi)點(diǎn)腐蝕、縫隙腐蝕及應(yīng)力腐蝕開裂性能。

Hastelloy C-276的金相結(jié)構(gòu)：

C276是面心立方晶格結(jié)構(gòu)。

Hastelloy C-276的耐蝕性：

C276合金適用于含有氧化和還原性介質(zhì)的各種化學(xué)工藝產(chǎn)業(yè)。高錳、鉻含量使合金能抵抗氯離子的侵蝕，鎢元素也進(jìn)一步提高了耐蝕性。C276是唯一能抵抗潮濕氯、次氯酸鹽和二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，該合金對高濃度氯鹽溶液(如氯化鐵和氯化銅)具有相當(dāng)大的耐蝕性。

Hastelloy C-276應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用程序包括：

C276合金廣泛應(yīng)用于化學(xué)和石油化學(xué)領(lǐng)域，如與含氯化物有機(jī)物接觸的成分和催化系統(tǒng)。這種材料特別適合在高溫和雜質(zhì)混合的無機(jī)酸和有機(jī)酸(如甲酸和乙酸)、海水腐蝕環(huán)境中使用。

Hastelloy C-276其他應(yīng)用程序：

1.制漿造紙工業(yè)(如烹調(diào)和漂白容器)

2.FGD系統(tǒng)中的洗滌器、再加熱器、濕蒸汽風(fēng)扇等。

3.在酸性氣體環(huán)境中工作的設(shè)備和組件

4.醋酸和酸性產(chǎn)品反應(yīng)器

硫酸冷凝器

甲基二苯基異氰酸酯(MDI)

7.不純磷酸的生產(chǎn)和加工

引言

N10276是鎳鉻鉬防腐蝕合金，又名哈斯合金C-276，可適應(yīng)各種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境，對局部腐蝕有很強(qiáng)的抵抗力。鎳合金經(jīng)常用于制造石油化學(xué)設(shè)備，因此鎳合金復(fù)合板得到了廣泛的應(yīng)用。

一家公司負(fù)責(zé)厚壁鎳基復(fù)合板塔容器項(xiàng)目，基層材料Q345R，復(fù)土厚度材料SB-575 N10276，最大厚度(125 3)MM，集裝箱總重90 t，長度10 520MM，設(shè)計(jì)圖應(yīng)在焊接后去除全應(yīng)力熱處理。

集裝箱焊接分為三個(gè)主要部分：基層、過渡層、復(fù)層、基層板厚度、過渡層和復(fù)層焊接。必須考慮對材料腐蝕的影響，焊接困難。

分析：基層材料Q345R一般焊接后，通過將應(yīng)力熱處理溫度降至(620 20)進(jìn)行熱處理，疊層N10276迅速減敏，耐蝕性大大降低。如果選擇冷卻熱處理，根據(jù)容器熱處理標(biāo)準(zhǔn)，保溫時(shí)間會大幅增加，從而導(dǎo)致基體焊接拉伸強(qiáng)度下降或不合格。

因此，選擇合理的焊接后熱處理溫度、時(shí)間和基層焊接材料尤為重要。要保證基層焊接強(qiáng)度，保證雙層的腐蝕性。筆者通過查閱相關(guān)資料和標(biāo)準(zhǔn)，選擇不同的焊接材料進(jìn)行試驗(yàn)，制定了嚴(yán)格的焊接工藝參數(shù)，成功地解決了這一問題

1集裝箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要參數(shù)

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB150.1至150.4-2011 《壓力容器》。設(shè)計(jì)壓力：7.0 MPa；設(shè)計(jì)溫度：195；最低設(shè)計(jì)金屬溫度：-15；集裝箱類別：第三類。頭部厚度(82 3)mm；氣缸厚度(122 3)mm；圓錐分為三段，厚度分別為(125 3)mm、(84 3)mm和(52 3)mm(圖1)。設(shè)計(jì)圖要準(zhǔn)備產(chǎn)品焊接試驗(yàn)版。

2母材焊接性分析

2.1基本材料Q345R

Q345R鋼板符合GB713-2014 《鍋爐和壓力容器用鋼板》標(biāo)準(zhǔn)，主要化學(xué)成分見表1。Q345R是低合金高強(qiáng)度鋼，焊接性良好，鋼中含有少量合金元素。薄板焊接不易產(chǎn)生裂紋，厚板焊接時(shí)焊接過程會產(chǎn)生裂紋，焊接裂紋不容忽視。

為冷裂紋和熱裂紋。

2.1.1 焊接冷裂紋

形成焊接冷裂紋的三大要素：淬硬、焊接應(yīng)力、擴(kuò)散氫。

（1）Q345R碳當(dāng)量Cep≤0.40%，在焊接過程中基本無脆硬傾向，正常情況下冷裂紋傾向小，但當(dāng)母材厚度≥25 mm時(shí)，應(yīng)考慮焊前預(yù)熱和焊后立即后熱消氫處理。

（2）焊接過程中不均勻的加熱和冷卻都會產(chǎn)生不同的拘束應(yīng)力，板厚越大，所造成的拘束度也越大，導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋的傾向也就越大。Q345R厚板焊接時(shí)，選擇合理的焊接坡口，采用合理的焊接工藝可以降低焊接應(yīng)力，減小焊接冷裂紋風(fēng)險(xiǎn)。

（3）降低焊縫中氫的措施有：選擇低氫型焊接材料、降低焊縫冷卻速度、板厚≥50 mm焊后立即后熱消氫處理。

2.1.2 焊接熱裂紋

Q345R板厚較大時(shí)，特別是焊縫成型系數(shù)較小時(shí)（熔池窄而深），焊縫中的S、P等雜質(zhì)易形成低熔點(diǎn)共晶物，焊縫金屬在拉伸應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。熱裂紋有兩個(gè)重要因素：冶金因素和力的因素。減少焊接熱裂紋的有效措施有：選用Si、Mn型焊接材料，使焊縫中S與Si、Mn結(jié)合形成穩(wěn)定化合物；制定合理的焊接順序和焊接工藝以減小焊接應(yīng)力。

2.2 復(fù)層哈氏合金C-276

SB-575 N10276符合美國標(biāo)準(zhǔn)ASME Ⅱ B篇《非鐵基材料》，主要化學(xué)成分如表2所示。

鎳及鎳合金獲得成功焊接最重要的是清理，焊前要嚴(yán)格將焊接坡口及兩側(cè)15 mm范圍內(nèi)清理干凈，尤其要去除表面的氧化層，因?yàn)楹附舆^程中Ni能與P、S、Pb、Al或低熔點(diǎn)的物質(zhì)形成脆化元素。由于氧化物（一般在540 ℃以上形成）的熔點(diǎn)高（2 040 ℃）而鎳的熔點(diǎn)為1 400 ℃，因而會造成未熔合。另外，在鎳及鎳合金焊接中的主要有害雜質(zhì)鋅（Zn）、硫（S）、碳（C）、鉍（Bi）、鉛（Pb）、鎘（Cd）等能增加鎳基合金的焊接裂紋傾向。

氧、氫、一氧化碳等氣體在熔化的鎳中溶解度極大，而在固態(tài)下溶解度大大減小，溶解度的變化是在熔化焊中引起氣孔的主要原因[1]

鎳合金焊材所形成的熔池十分黏稠，不可用加大電流的方法增加熔池流動性，加大電流的直接后果是會導(dǎo)致熔池溫度過高，使未來的焊縫中出現(xiàn)氣孔，同時(shí)過熱的溫度會使焊材中一些補(bǔ)償性元素意外被蒸發(fā)或氣化，造成焊縫出現(xiàn)缺陷。

應(yīng)該采用輕微擺動的方法來攪動熔池，以利于溶解氣體逸出。鎳合金氬弧焊熔深較小，不足碳鋼的一半，為奧氏體不銹鋼的2/3左右，因此接頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加大坡口、減小鈍邊厚度、適當(dāng)加大根部間隙，在操作中應(yīng)注意防止未焊透和根部缺陷。

3 焊接工藝評定

焊接工藝評定按NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評定》要求進(jìn)行試板制備、焊接、理化試驗(yàn)等。

3.1 焊接工藝選擇

3.1.1 熱處理溫度和時(shí)間

分析：容器需要整體消除應(yīng)力熱處理，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T30583—2014《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》，鎳合金材料熱處理時(shí)，要考慮溫度和時(shí)間對母材敏化的影響。美國Haynes公司關(guān)于鎳合金的資料中有一張圖表，是時(shí)間—溫度—敏化曲線圖（圖2），很有指導(dǎo)意義[2]。

GB/T 30583—2014《承壓設(shè)備焊后熱處理規(guī)程》規(guī)定Q345R最低保溫溫度為600 ℃，且標(biāo)準(zhǔn)允許降溫?zé)崽幚恚禍責(zé)崽幚頃r(shí)，熱處理時(shí)間應(yīng)按表3規(guī)定執(zhí)行。容器最大厚度（125+3）mm，若參考基層Q345R焊后熱處理常規(guī)溫度（620±15）℃，按標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算最短保溫時(shí)間約為2.8 h。由圖2可以看出，當(dāng)復(fù)層哈氏合金C-276在620 ℃熱處理時(shí)，保溫0.2 h出現(xiàn)敏化，如果選擇（620±15）℃熱處理溫度對復(fù)層C-276耐腐蝕性影響較大，此熱處理溫度不合適，需重新選擇。

參考表3降溫?zé)崽幚砼c最低保溫時(shí)間關(guān)系進(jìn)行分析，選擇降溫80 ℃進(jìn)行熱處理時(shí)，保溫時(shí)間過長，基層母材抗拉強(qiáng)度會降低太多，影響產(chǎn)品使用安全。綜合考慮熱處理溫度和時(shí)間對基層強(qiáng)度、復(fù)層敏化的影響，選擇降溫55 ℃，按表3計(jì)算，熱處理時(shí)間最低約為302 min，筆者認(rèn)為容器進(jìn)行555+10-5 ℃/302～310 min焊后熱處理比較合理。

3.1.2 焊接材料

基層采用焊條電弧焊或焊條電弧焊+埋弧焊兩種方法，焊條選用低氫型E5015（J507），埋弧焊選用氟堿型焊劑。容器需要進(jìn)行5個(gè)多小時(shí)熱處理，焊接工藝評定熱處理時(shí)間應(yīng)考慮3個(gè)熱循環(huán)，工藝評定熱處理時(shí)間為16 h，考慮到長時(shí)間熱處理會對焊縫抗拉強(qiáng)度影響較大，采購焊接材料時(shí)，要求焊材廠家做焊縫金屬模擬焊后熱處理。

焊接材料選擇：GB/T 5117—2012《非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條》中的E5015（J507），準(zhǔn)4.0 mm；埋弧焊絲和焊劑分別選擇標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5293—1999《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑》中的焊絲H10Mn2、焊劑F5P2-H10Mn2（SJ101），美國標(biāo)準(zhǔn)ASME SFA-5.17《埋弧焊用碳鋼焊絲和焊劑標(biāo)準(zhǔn)》中的焊絲EH14、焊劑F48P2-EH14（SJ101），焊絲直徑準(zhǔn)4.0 mm。

焊材采購前要求至少兩家焊材供應(yīng)商分別做焊縫金屬模擬焊后熱處理試驗(yàn)，試驗(yàn)要求：手工電焊條：熔敷金屬S、P含量≤0.015%，進(jìn)行555+10-5 ℃保溫16 h模焊處理，熔敷金屬夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)的KV（- 2 20 ℃）值≥54 J。

埋弧焊絲和焊劑要求滿足：熔敷金屬S、P含量≤0.015%，進(jìn)行555+10-5 ℃保溫16 h模焊處理，熔敷金屬夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)的KV（- 2 20 ℃）值≥41 J。兩家焊材廠家反饋焊縫金屬成分及模擬焊后熱處理結(jié)果，如表4所示。

由表4可以得出結(jié)論：焊條E5015化學(xué)成分、機(jī)械性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，焊絲H10Mn2配合焊劑F5P2-H10Mn2焊縫金屬化學(xué)成分、沖擊指標(biāo)合格，但抗拉強(qiáng)度452 MPa、460 MPa過低，不符合標(biāo)準(zhǔn)最低480 MPa要求。

EH14焊絲配合F48P2-EH14焊劑化學(xué)成分、機(jī)械性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。分析埋弧焊焊材組合F5P2-H10Mn2不合格原因：長時(shí)間熱處理導(dǎo)致焊縫金屬抗拉強(qiáng)度下降。

而F48P2-EH14組合由于EH14焊絲含Mn量稍高，Mn是提高金屬強(qiáng)度的重要因素，即使經(jīng)過長時(shí)間模擬熱處理，試驗(yàn)結(jié)果仍合格。

A、B焊材廠家焊條E5015（J507）、埋弧焊絲EH14配合埋弧焊劑F48P2-EH14化學(xué)成分、機(jī)械性能都可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，從經(jīng)濟(jì)性考慮選擇B廠家焊條、埋弧焊絲和焊劑。