哈氏B-3合金性能及设备制造质量控制
哈氏B-3合金是美国HAYNES公司在哈氏B-2合金的基础上，研究开发的新材料，在盐酸和硫酸中具有杰出的抗腐蚀性能，并有很好的热稳定性。通过调整某些合金元素的含量，哈氏B-3合金中温β相相变时间有所延长，为哈氏B-3合金原材料生产、设备制造过程中的热加工、热处理、焊接等加工工序创造了更为有利的条件。但是，哈氏B-3合金仍然存在有β相变、敏化、冷作硬化等固有的材料特性。国内某些设备制造厂已较好地掌握了哈氏B-2、哈氏B-3合金设备制造过程中的焊接技术，但封头成型技术等设备制造经验还不够成熟，焊接工艺还不够完善。国内传统技术路线成型的封头常出现鼓包、折皱、尺寸精度差、甚至开裂等问题。通过对多个制造厂加工经验的学习归纳，并参考相关国外国内标准，对哈氏B-3合金制设备的质量控制的关键因素进行分析总结。
1哈氏B-3合金的成分与性能
1.1化学成分
哈氏B-3合金的化学成分（见表1）。
1.2力学性能
哈氏B-3合金的室温力学性能（见表2）。
1.3耐蚀性能
哈氏B-3合金以镍为基体，仅有钼为其合金元素。
产品介绍:
以下为典型化学成份及机械性能(ASTM)参考
执行标准:
化学成分：
物理性能:
在常温下合金的机械性能的小值：
此合金具有以下特性：
1.B-3合金是镍钼合金家族中的一个新成员，它对任何温度和浓度的盐酸都有极好的抗腐蚀性。同时它对硫酸、乙酸、蚁酸、磷酸及其他不具有氧化性的介质也具有良好的抗腐蚀性。
2.由于对其化学成份作了调整，它的热稳定性相比原来的B-2合金有了大幅的提高。B-3合金对点蚀、应力腐蚀、刀口腐蚀和焊接的热影响区的腐蚀等均有很高的抗力。
HastelloyB-3的金相结构
HastelloyB-3为面心立方晶格结构。该合金的铁和铬含量被控制在小值，因此阻碍了其在-℃间沉淀析出Ni4Mo相，从而降低了加工脆化的风险。
HastelloyB-3的特性
瞬时暴露在中温时仍能保持优秀的塑性能;优秀的耐点蚀和应力腐蚀开裂性能力;优秀的耐刀口腐蚀和热影响区腐蚀的性能;优秀的耐醋酸、乙酸、磷酸和其它非氧化性酸的性能力;优秀的耐各种浓度和温度下盐酸腐蚀的性能力;
HastelloyB-3应用范围领域有：
B-3合金可适用于先前B-2合金所有用途，同B-2合金我一样，B-3也不推荐使用于三价铁盐和二价铜盐存在的环境中，因为这些盐会很快引起腐蚀破坏。当盐酸接触到铁和铜时，会与之发生化学反应生成三价铁盐和二价铜盐。
钼具有高的标准还原电极电位，是一种热力学稳定的元素。与锆的耐腐蚀原理不同，哈氏B-3合金耐腐蚀的性能来自合金本身热力学的稳定性，即源于镍与钼标准还原电极电位较高。哈氏B-3合金是一种应用于强还原性环境中的优良耐蚀合金，从图1可看出[2]，它可用于常压下、无氧化剂的较大温度范围内的、很高浓度的盐酸溶液中。在不充气的非氧化性硫酸中，哈氏B-3合金显示了优良的耐蚀性能，见图2[2]。此外，在不含氧化剂的氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸中，哈氏B-3合金也有很好的耐蚀性。如在甲醇低压羰基合成醋酸工艺介质中，在较低的温度下，哈氏B-3合金具有优良的耐蚀性能，均匀腐蚀率小于0.01mm/a。但是，由于哈氏B-3合金基本不含铬，钝化能力很弱，不能用于通气或含氧化剂的盐酸、硫酸、氢氟酸中，也不能用于氧化性盐溶液中。显然，哈氏B-3合金的应用范围较窄。
1.4材料特性
哈氏B-3合金是钼元素含量约30％的镍基合金，钼在镍中形成的固溶体为奥氏体组织。大量的钼原子固溶于镍的奥氏体晶格中，由于钼原子大且重，严重扭曲了镍的晶格，使镍均匀的奥氏体组织处于亚稳定状态。尽管哈氏B-3合金中的有害元素碳、硫、磷、硅等被控制到很低的程度，但在哈氏B-3合金的两个敏化温度区（~℃的高温敏化区和~℃的中温敏化区），σ相、γ相等金属间相仍很容易沿晶界析出，造成哈氏B-3合金原材料的晶间腐蚀敏感性。因此，哈氏B-3合金原材料质量检验项目中不仅应有常规的化学成分，力学性能检验，还应增加哈氏B-3合金原材料晶粒度和℃盐酸晶间腐蚀检验。与哈氏B-2合金一样，在~℃的温度范围内，哈氏B-3在冶金热力学上也存在一个~℃的β相变区[3]，这是一种无扩散相变，在适当的应力条件下可以在瞬间发生。从图3可看出，通过合金元素的调整，哈氏B-3较B-2合金在~℃的β相变速度明显降低，而各种内应力，如焊接残余应力，冷、热成型时材料中存在的内应力，均将促进β相相变。如果发生了β相变，无论是哈氏B-2或B-3合金，其延伸率均将大幅降低，在极端情况下，哈氏B-2的室温延伸率可降至2%[2]。美国HAYNES公司认为，β相的转变是造成哈氏B-2合金锻造、轧制、热处理时材料开裂的原因，也是B-2合金设备服役时发生应力腐蚀开裂的原因。虽然哈氏B-3合金较哈氏B-2合金具有β相变较缓慢的优点，但B-3合金仍存在β相相变的可能性。在国内，有的哈氏B-3封头在固溶处理后表面出现小裂纹的问题。显然，哈氏B-3设备制造过程中，应保证材料在成型后有足够的稳定性，以避免在终固溶处理后封头表面出现裂纹或开裂。
2哈氏B-3设备制造质量控制
哈氏B-3合金制容器类设备制造的质量控制主要有两个关键点：封头成型的质量控制和焊接接头的质量控制。
2.1封头成型的质量控制
哈氏B-3合金封头成型工艺，根据封头直径的大小，封头的壁厚，常有不同的成型工艺，如不同的压制工艺：冲压、旋压，分瓣压制；不同的成型温度：冷成型、温成型、高温成型等。在哈氏B-2，哈氏B-3合金制设备制造过程中，始终存在着封头成型技术不够完善的问题。通常采用冷冲压或冷旋压的方式进行成型，由于B合金的冷作硬化严重，易于发生β相变，因此每冲压或旋压一次，均必须在℃进行一次固溶处理，不仅工序复杂，还经常在终固溶处理后，封头外表面出现微裂纹。热冲压成型时，由于B-3合金的高温抗力大，下模具压板压力不够时，封头可能从压板下脱出，滑入下模具中，造成封头形状不规则，使后续的修型工作非常繁重。在对哈氏B系列合金的材料特性进行充分研究及取得相关实验结果后，确定中温成型是一种更为恰当的成型方法（哈氏B-3合金不存在℃脆性）。温成型不仅易于操作，且成型后的封头在终固溶处理
后内外表面光洁，没有任何成型缺陷。哈氏B-3合金不论采用何种工艺进行封头成型，成型后的封头均须进行固溶处理，以消除成型过程中产生的残余应力。为了验证固溶处理的效果，封头固溶处理时应带焊接试板，以检验热处理效果。检验方法为：℃，20％盐酸，连续试验96h，X金相法检查焊接接头热影响区晶间腐蚀深度，晶间腐蚀深度≤0.mm为合格。2.2焊接接头的质量控制焊接是哈氏B-3合金设备制造中的另一关键控制工艺，焊接接头质量控制是非常关键的，直接影响设备的安全运行。图4为某化工机械厂哈氏B-3合金焊接工艺评定试板焊接接头的晶间腐蚀检验金相照片。显然，该焊接工艺没有通过焊接接头晶间腐蚀检验。图5为另一化机公司哈氏B-3设备产品试板的腐蚀检验金相照片。设备的产品试板的腐蚀检验表明，该设备的焊接质量良好。
2.2.1焊接接头的质量要求哈氏B-3材料的强度、硬度太高，且易加工硬化，无法制作药芯焊丝。由于此特性，目前最好的焊接方法仍是无氧化的钨极气体保护焊(GTAW)[4]。除采用正确的焊接方法外，对焊接接头的选择及其要求较高，如采用双面GTAW进行封底焊后再进行焊接，保证全焊透且易于清焊根。对于大型哈氏B-3合金设备的对接焊，尽量采用双V型坡口进行双面焊（见图6）。
哈氏合金只有严格脱除材料中的碳、硅、硫、磷等杂质，才能获得焊后耐蚀性，因此，要建立高清洁度的施工环境，并对焊接接头进行严格的去氧化皮、去污渍等工序。焊接坡口加工后焊接前，需对焊接接头去氧化物处理。合金B-3的表面氧化物、氧化色和焊缝周围的焊渣的附着性强，推荐使用细晶砂带或细晶砂轮进行打磨。酸洗前，用喷砂处理或小心打磨把氧化物打碎。使用HNO3/HF混合酸进行适当时间和温度的酸洗。
2.2.2焊接接头的质量控制
（1）清洁的焊接环境是焊接质量达标的前提，包括对施工车间、施工设备、特别是焊接接头的清洁处理，做到无尘、无铁和其他杂质，以防焊接接头遭受污染。
（2）特别注意焊接时要采取低线能量输入并控制
层间温度，以防止过度热输入，导致合金元素的烧毁。焊接时，以焊缝金属呈现银白色为原则，若出现浅黄色可通过专用不锈钢丝刷擦除，若出现其他颜色，则必须用专用砂轮片打磨去除。每层焊道不要太厚，最大限度
地减少合金元素的烧毁。不要出现咬边、高低不平等焊接缺陷或其他影响耐腐蚀性能的现象。
（3）焊接完成后，要对其进行固溶热处理。并对焊接接头进行℃晶间腐蚀检验，以保证哈氏B-3合金焊接接头的耐蚀性能，这是评定哈氏B-3合金焊接质量的重要检验方法，也是压力容器制造的关键质量考核点。
4、结语
（1）哈氏B-3合金具有两个晶间腐蚀敏化区和一个中温β相变区，虽其相变时间相比B-2有所延长，但仍需严格控制促进β相相变的因素，如焊接残余应力，冷、热成型时材料中存在的内应力等。
（2）对哈氏B-3合金封头的成型，中温成型是一种更为恰当的成型方法（哈氏B-3合金不存在℃脆性）。温成型不仅易于操作，且成型后的封头在终固溶处理后内外表面光洁，没有任何成型缺陷。成型后的封头须进行固溶处理，以消除成型过程中产生的残余应力。
（3）℃，20%盐酸晶间腐蚀检验方法是哈氏B-3合金制设备制造质量控制的关键检验方法。
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