東 娟 羅耿波 席金花

（寶色特種設備有限公司）

哈氏G-30合金的基本特性及容器的設計制造特點

東 娟*羅耿波 席金花

（寶色特種設備有限公司）

哈氏G-30合金是一種高耐蝕鎳基合金。主要介紹了G-30合金的一些基本特性，同時也對G-30合金壓力容器的設計制造特點作了簡要論述。

哈氏G-30合金 耐腐蝕特性 壓力容器 設計 制造 焊接

0 前言

現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)工藝的強化和長周期運行，使得腐蝕條件越來越苛刻，因此采用耐蝕材料就成了控制腐蝕的主要手段之一，其中采用高合金或超合金對于延長石油化工設備的使用壽命就是一種既可行又經(jīng)濟的措施。近幾年我國從國外引進的一些裝置中大量應用哈氏合金。哈氏含金是一種耐腐蝕性能極好的鎳基合金，它與奧氏體不銹鋼相比具有許多獨特的優(yōu)點：耐蝕性能好，強度高，更輕巧，設備使用壽命長。哈氏合金經(jīng)過70多年的發(fā)展，目前已有許多系列，如A、B、C、D、F、G、H、N、X等，它們分別應用于不同的工業(yè)領域。從20世紀80年代起，通過對鎳基合金大量的改進研究，已開發(fā)了一種新的專用高耐蝕哈氏合金G-30。該合金在國外已經(jīng)應用于許多場合，但在國內(nèi)用作壓力容器材料還屬罕見。本文主要介紹了G-30合金的一些基本特性，同時也對G-30合金壓力容器的設計制造特點作了簡要論述。

1 哈氏G-30合金的基本特性

哈氏G合金為Ni-Cr-Mo-Cu型合金，含Cr量高 （45%Ni，22.5%Cr，6.5%Mo，19%Fe，≤0.05% C，2.5%Cu，≤1.0%Si），對強酸、強堿等氧化性腐蝕介質(zhì)有很好的抗蝕性。由于該合金含Cu元素2%并與Mo復合作用，因此對熱硫酸和熱磷酸具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。哈氏 G-30合金是通過對鎳基合金大量的改進研究出來的一種專用的高耐蝕合金。美國ASME標準中的合金牌號為N06030[1]。哈氏G-30合金在磷酸中有很好的耐蝕性能，通常腐蝕速率為 0.025～2.50 mm/a，其耐蝕性要比Hastlloy G-3或Inconel 625高2～4倍。其化學成分見表1[1]。

哈氏G-30合金的力學性能見表2[2]、表3。哈氏G-30合金的物理性能見表4[2]。

表1 G-30合金的化學成分 （%）

表2 G-30合金的室溫及高溫拉伸性能

表3 G-30合金的硬度值 （室溫）

2 哈氏G-30合金壓力容器的設計制造特點

以某廠委托設計的一臺哈氏G-30合金壓力容器為例，其技術參數(shù)如下：設計壓力殼程為 0.36/ -0.1 MPa，管程為 0.81 MPa；設計溫度殼程為165℃，管程為75℃；殼程介質(zhì)性質(zhì)為易燃、有毒、有腐蝕性 （介質(zhì)成分用戶保密），管程介質(zhì)為冷卻水；腐蝕裕度殼程為0，管程為3.2 mm。

表4 G-30合金的物理性能

該設備直徑為1200 mm，長度為8500 mm，與殼程介質(zhì)相接觸部分材料均為哈氏G-30合金，筒體厚度為10 mm，管箱材料為Q235-B，殼程A、B類焊縫系數(shù)為0.95，100%RT。

2.1 設計

2.1.1 設計參數(shù)的確定

設計所需的哈氏G-30合金的化學成分、力學性能、供貨狀態(tài)等數(shù)據(jù)均選自美國ASME標準第Ⅱ卷B、D篇。

2.1.2 焊接坡口的設計

要得到好的焊件，在加工中必須考慮焊接坡口的形式。即使選了合適的焊材，坡口設計得不好也不能得到好的焊件。殼程介質(zhì)的特性決定了對接焊縫、角焊縫均要求全焊透。由于鎳基合金很黏 （比碳鋼或不銹鋼流動性差）且不易流動和濕潤側(cè)邊，因此這種金屬要比典型的碳鋼和不銹鋼難焊透，即熔融不完全的可能性較大。為此，焊接坡口要有足夠的寬度，以便使焊槍焊條通過合適的操作來保證焊縫全焊透。所以，選用了如圖1所示的焊接坡口尺寸。

2.1.3 管板與換熱管的連接

管板與換熱管的連接采用貼脹加強度焊的結構[3]。由于哈氏G-30合金的延展性與不銹鋼相當，因此，其管板孔徑和允許偏差可參照不銹鋼管進行設計；支撐板、折流板、最大跨距等數(shù)據(jù)均可參照GB 151—1999進行選取。

圖1 焊接坡口尺寸

2.2 制造

2.2.1 成形加工

哈氏G-30合金具有良好的成形加工性能，其延展性好，特別適于冷加工。但由于它容易產(chǎn)生加工硬化，因此冷成形時需要更多的能量[1]。由于G-30含鉻量較高，又含有鉬，因此其不但具有較高的耐均勻腐蝕性能，同時也具有較高的耐局部腐蝕性能。

一般來講，冷加工不會影響其抗均勻腐蝕的能力，也不會影響抗局部腐蝕的能力。但如果其纖維方向延伸率≥10%，在某些介質(zhì)中，G-30構件中的殘余應力將會導致應力腐蝕裂紋產(chǎn)生。當然，可通過熱處理減小或消除殘余應力。

哈氏G-30合金也可進行鍛造、熱卷、熱沖壓等一系列熱加工，但由于它的熱加工溫度范圍較窄，因此應十分小心地控制其加工溫度，以獲得滿意的加工效果。其鍛造溫度一般為1149～927℃。

2.2.2 焊接

2.2.2.1 焊接方法

哈氏G-30合金常用的電弧焊焊接方法有鎢極氣體保護焊 （GTAW）、熔化極氣體保護焊（GMAW）、手工電弧焊 （TIG）等。本次制作主要采用鎢極氣體保護焊。G-30之間的焊接：第一層，填充材料G-30?2.4 mm，焊接電流的極性直流正接，電流90～110 A，電弧電壓14～16 V，焊接速度 80～100 mm/min；其余層次，填充材料 G-30?2.4 mm，焊接電流130～150 A，電弧電壓14～16 V，焊接速度100～120 mm/min。保護氣體流量為正面12～14 L/min，背面20～24 L/min。

2.2.2.2 焊接材料

哈氏G-30合金焊接時與之相匹配的焊接材料的選擇與焊接方法有關。鎢極和熔化極氣體保護焊選用焊絲ERNiCrMo-11，即UNSN06030；手工電弧焊應選用焊條ENiCrMo-11，即UNSW86030。

3 熱處理

除非特殊要求，哈氏G-30合金的鍛件都須進行固溶熱處理[1]。其固溶熱處理溫度為1177℃，隨后迅速空冷或水冷。熱成形部件在制造和安裝前，都必須進行固溶熱處理。熱處理溫度—時間曲線如圖2所示。

圖2 熱處理溫度-時間曲線

4 結束語

哈氏G-30合金是一種高耐蝕鎳基合金。哈氏G-30合金壓力容器的設計制造以提高合金耐蝕性為出發(fā)點，使不可預見的失效危險降至最小。通過選擇最低初始成本的材料來獲得最經(jīng)濟的設備使用壽命。通過這次設計制造實踐，總結出以下一些關于哈氏G-30合金制造特點的認識：

（1）哈氏G-30合金在磷酸、硝酸、鹽酸、硫酸等復雜的環(huán)境下，都有優(yōu)良的耐蝕性。

（2）選擇合理的焊接坡口是設計的關鍵，焊接坡口要有足夠的寬度。

（3）熱成形加工時，應嚴格控制加工溫度。

（4）焊接前應充分做好焊接的準備工作。不宜采用寬焊道，電極不宜橫向擺動。

[1]ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范：第II卷B篇 ［S］.2010版.北京：中國石化出版社，2011.

[2]ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范：第II卷D篇 ［S］.2010版.北京：中國石化出版社，2011.

[3]GB 151—1999.管殼式換熱器 ［S］.北京：中國標準出版社，2004.

Basic Properties of Hastelloy G-30 and Design and Fabrication Characteristics of the Vessel Made from Hastelloy G-30

Dong Juan Luo Gengbo Xi Jinhua

Hastelloy G-30 is nickel-base alloy with superior corrosion resistance.Primarily introduces the basic properties of Hastelloy G-30 and briefly discusses the design and fabrication characteristics of the pressure vessel made from Hastelloy G-30.

Hastelloy G-30;Corrosion resistance;Pressure vessel;Design;Fabrication;Weld

TQ 050.4+4

2014-03-18)

*東娟，女，1980年生，工程師。寶雞市，721014。