HastelloyB-3（UNS牌號為N10675）是鎳鉬合金家族中的一個新成員，是在哈氏合金B-2基礎上的改進，具有良好的力學性能和物理性能，它關于任何溫度和含量的鹽酸都有極好的抗腐蝕性，熱安穩性也較B-2有了很大的進步。跟著我國石油化工工業的不斷發展，B-3已越來越多地應用在化工設備的制作中。

因為B-3具有高強度、高韌性的特點，所以在機加工方面有必定的難度，很簡單出現外表開裂、變形等缺陷。在我國，其設備加工制造經歷尚淺，現在國內只有少數制造廠家把握了B-3的加工工藝，有的廠家關于B-3的加工方法等已擬定了自己的企業標準，有了自己的制造加工經歷。但因為制造商之間的競賽及技術保密，他們的設備加工制造及經驗各不相同，其加工制造能力相差較大。為此，針對B-3換熱器的加工制造進行分析總結。

1化學成分及功能

1.1化學成分

B-3的化學成分見表1。

1.2物理（力學）功能

B-3室溫下的物理功能見表2。

B-3的力學功能十分杰出，如表3所示。它具有高強度、高韌性的特點，所以在機加工方面有一定的難度，而且其應變硬化傾向極強，當變形率達到15%時，約為1Cr18Ni9Ti不銹鋼的2倍。哈氏合金21℃。

還存在中溫敏化區，其敏化傾向隨變形率的添加而增大。當溫度較高時，B-3易吸收有害元素使它的力學功能和耐腐蝕功能下降。

1.3耐腐蝕性能

B-2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、含量鹽酸的腐蝕，因此，B-2一般應用于多種苛刻的石油、化工過程，如鹽酸的蒸餾、濃縮，乙苯的烷基化和低壓羰基組成醋酸等生產工藝過程中。

但在B-2多年的工業應用中發現：

1)存在對立晶間腐蝕性能有相當大影響的2個敏化區，1200～1300℃的高溫區和550～900℃的中溫區；

2) 焊縫金屬及熱影響區枝晶偏析，金屬間相和碳化物沿晶界分出，使其對晶間腐蝕敏感性較大；

3) 中溫熱穩定性較差。

B-3是在B-2的基礎上改善的材料，它對于任何溫度和含量的鹽酸都有極好的抗腐蝕性。它對于硫酸、乙酸、甲酸、磷酸及其他不具有氧化性的介質也具有良好的抗腐蝕性。并且，對其化學成分作了調整，它的熱穩定性比B-2有了大幅的進步。B-3對點腐蝕、應力腐蝕開裂、刀狀腐蝕和焊接的熱影響區的腐蝕等均有很高的抗力。

1.4焊接功能

B-3的熱穩定性有了明顯的提高，可把以前B-2部件加工中所產生的相關問題減到最少。這是由于在B-3中，金屬間有害相形成的傾向很小，使它在加熱過程中及繼后的各種形式的熱循環中比B-2有更大的韌性。B-3有杰出的成形和焊接功能。在1230℃加熱時，如有滿足時間使部件整體均熱，就可進行鍛造和其他熱加工。B-3是一種低碳合金，可以用控制終鍛溫度來到達操控晶粒大小的目的。

2規劃中注意問題

換熱器的規劃參照ASME標準和TEMA（R）標準規劃，依照GB150、GB151和為此類換熱器編制的特別技術規則進行制造、查驗和檢驗，并符合我國壓力容器安全技術監察規程的有關規則。因其鎳基合金材料的特別性能，為了能夠取得較好質量的設備，在規劃過程中應考慮到一些相關問題。

1)B-3的熱穩定性比B-2有了明顯的進步，但對其進行固溶熱處理仍是非常困難，所以仍是應該盡量減少在結構設計中采用需要變形加工的結構，如封頭結構，在答應的情況下，能夠采用平蓋封頭代替橢圓封頭。

2)法蘭材料應挑選不銹鋼，避免造成B-3材料的污染等；并選用對焊環松套法蘭（PJ/SE或LF/SE）的方式，以節省材料。

3換熱器的加工制造

3.1下料及邊緣加工

B-3材料到廠后，擺放在指定的專用存放區（有色金屬存放在有色金屬庫房內，焊材存放在焊材一級庫內），注意表面的維護。

凡制作受壓組件的材料應有承認的符號。在制造過程中，如原有承認符號被裁掉或材料分成幾塊，應于材料切割前完結符號移植。不應在材料的耐腐蝕面選用硬印作為材料的承認符號。承認符號可采用不溶于水的、不含金屬顏料的、無硫的墨水書寫。在材料上劃線應盡量選用金屬鉛筆，只有在今后的加工工序中能去除的部分才答應打蟲眼。

材料在搬運和劃線過程中使用軟質材料包墊，避免材料外表劃傷。

材料的切開和坡口加工一般應選用機械辦法，厚度較大或形狀不規則時允許用等離子切開。此時應避免火花濺落在材料外表，且切開邊緣和坡口仍使用機械辦法加工和去除污染層。選用等離子切開鎳基合金材料，因其熱影響區比較大，故必須用機械辦法去除，機械加工余量不得小于5mm。剪切材料時，必須十分注意材料外表維護，要先查看和修整剪板機的臺面及壓緊柱腳，使其到達平整、潤滑、無硬粒，避免有色材料外表壓傷。焊接坡口外表不該有裂紋、分層、摻雜及影響焊接質量的其他缺點。

3.2壓力加工

圓筒與殼體的卷制一般采用冷卷，關于直徑較小而卷板機欠好卷制的圓筒可采用折彎機折制的方法。卷板機滾筒或折彎機折刀外表應整理干凈，在卷曲或折制時宜在材料外表墊上一層薄的不銹鋼板和塑料薄膜，以維護材料外表。因鎳基材料的加工硬化比較嚴重，卷制應盡量一次成形。在卷制前可先用其他材料試卷，適宜后再正式卷制。

3.3脹接

脹接廣泛用于管板與換熱管的結合，是靠管子和管板變形來達到密封和緊固的一種連接辦法。脹接連接的辦法有2種，柔性脹接和機械脹接。其間，柔性脹接辦法在脹接過程中不會損傷資料外表且比較容易操控脹管壓力，比較合適鎳基合金資料的脹接。

B-3管中脹接操作要點：

1)首先要正確把握脹管器的運用。在脹接時，脹管器的裝置方位有必要垂直于管板平面，脹管頭放置方位恰當，不該偏斜并要控制脹緊力的大小。

2)在管板管孔內開槽能夠增加拉脫力。管孔光潔度高能夠增加密封功能，但也有降低拉脫力的傾向。一般管板孔粗糙度應控制在Ra6.3左右，不應存在影響脹接緊密性的缺點。

3)銜接部位的換熱管和管板孔表面應清理干凈，不該留有影響粘接質量的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。

4)脹接連接時，其脹接長度，不該伸出管板背面（殼程側），換熱管脹接部分與非脹接部分應圓滑過渡，不該有急劇的棱角。

5)脹接時應根據要求選擇適宜的脹管壓力。脹接程度不足（欠脹）或脹接過量（過脹），都不能保證脹接質量。過脹會使管壁減薄過多而導致管子開裂和管板變形。因欠脹而進行屢次脹接，也會造成加工硬化使管子開裂。因此在正式脹接前沒有經驗的情況下應先進行試脹，以確認適宜的脹管壓力。

3.4組對、安裝

安裝過程中，會有很多焊接作業，應掌握焊接應力和變形情況，在安裝時，要采納恰當辦法，避免或減少焊后變形和矯正作業。如采用加強圈加強或選擇適宜的焊接辦法和焊接次序。

制品在組對前，應對其內外表或內件進行鏟除污染處理。組對過程中，對有或許再次被污染的工序要做好防護辦法。

吊裝時應選用軟繩，不允許選用鋼絲繩。

筒體縱縫和環縫裝配不允許選用強力拼裝的方式，不允許使用鐵器直接擊打金屬外表，防止發生鐵離子污染。

在拼裝過程中要注意維護金屬外表和設備法蘭密封面。法蘭外表應覆維護膜，防止發生拉毛和碰傷。組隊時要參考設備管口方位圖，盡量防止接收器開到焊縫上。

修磨拋光有色金屬材料制品外外表部分缺陷時，打磨方向應保持與母材的加工方向共同（軋制方向或切削方向），不準許恣意的穿插打磨、拋光。關于尖銳傷痕以及外表的部分傷痕、刻槽等缺陷應予修磨，修磨范圍的斜度至少為1:3。修磨的深度應不大于2mm，不然應予焊補。

管制或換熱器的拼裝關鍵：管板、折流板應全部鏟除毛刺，銳角倒鈍，筒體內部整理潔凈后方可組對；穿管前，管子、管板和折流板要進行去油、脫脂，清洗潔凈后方可穿管；穿管時，操作人員應穿潔凈的工作服，戴潔凈的白手套，工作場地周圍不得進行打磨及有粉塵的作業；拉桿上的螺母應擰緊，以免在裝入或抽出管制時，因折流板竄動而損害換熱管；穿管時不應強行擊打，換熱管表面不應出現凹癟或劃傷。除換熱管與管板間以焊接聯接外，其他任何零件均不準與換熱管相焊。

3.5焊接

B-3可以選用全部常用的焊接辦法焊接，但推薦在腐蝕環境下運用的部件用氬弧焊辦法。在焊接時要特別注意采用一定的預防措施以避免過度熱輸入。除非客戶特別要求，全部B-3鍛件都是以固溶熱處理狀況供給。對B-3鍛件加熱到1065℃并隨后快速淬冷。薄板或線材作亮光退火，其加熱溫度為1150℃，隨后在空中冷卻。

接口處每一面的焊接表面和鄰近區域在焊接前都要完全清潔和除油。在焊接時，焊接區的近鄰氧化層表面有必要磨至光亮；如果沒有進行打磨，氧化膜和焊渣會引起熱影響區的腐蝕。

用完的焊絲應密閉儲存在溫度為121～200℃的爐中，暴露在室溫下所引起的濕潤會形成機械性能的降低。

施焊環境：操作人員有必要穿戴潔凈的勞保用品（鞋套、手套、帽子）；焊接區域相對獨立，空氣潔凈、無塵、無煙；風速小于1.5m/s，相對濕度小于60%，

溫度不低于5℃。

焊接前重新用丙酮等清洗，熱吹風機或火焰槍吹掃烘干。嚴禁使用鋼絲刷拋光輪清理，能夠使用不銹鋼絲刷。施焊前各個氣體管路和保護罩應預通氣一段時間，保證無殘留雜質和水氣。在焊接時，在底部焊道的反面必需要一向用100%氬氣保護，嚴格按照焊接工藝的要求來挑選焊接參數。

為了到達焊接件最佳的抗腐蝕性，必需要防止過熱輸入。比如選用最小交織縫技能，尤其在薄的地方防止過慢的速度；操控層間溫度，一般在93℃或以下。在焊接時，選用電流安穩，高頻起弧、預先延時噴氣和電流操控（腳操控板）的電源。焊接坡口60°～80°。焊接參數如下：ERNiMo-10，準2.4mm，I=100～

130A，U=11～16V，v＝7～8m/h。防止長時間在538～816℃溫度逗留。

焊接結束后，依照企業的壓力容器質量手冊有關要求，施焊人員在規則部位做好焊工代號鋼印，并由查驗員對焊縫的外觀、成形等進行查驗。焊縫外觀查驗合格后，依照設計圖樣規則進行射線探傷，并按規范JB/T4730進行驗收。

3.6熱處理

哈氏合金的熱處理是關鍵技術，加熱和冷卻都有必要快速通過475℃低溫脆化區和高溫時的σ相及其他中間相的生成，因此有必要使工件快速加熱和冷卻。有必要要先將爐溫加熱到規則的溫度后再將工件放入爐中。工件在裝入爐中前，有必要先將外表整理潔凈。保溫一段時間后推出，快速吊入槽內水中水冷。

關于B-3來說，唯一的熱處理辦法就是在1065℃時進行恰當時間的固熔退火，并隨后用水冷或迅速空冷。固溶熱處理溫度要控制在1060～1080℃，之后進行水冷淬火以獲得最好的耐蝕性能。因為固熔處理的溫度比較高，而且還要經過快速冷卻，因而工件的變形是難免的。

在進行熱處理時還要注意以下一些問題：為了防止設備部件熱處理變形，需要選用不銹鋼加強環；對裝爐溫度、加熱和冷卻時間應嚴格控制；裝爐前，對熱處理件進行預處理，防止產生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件進行100%的浸透檢測；在熱處理過程中如產生熱裂紋，經過打磨消除后需補焊者，要采用專門的補焊工藝。

4結論

1)在允許的情況下，哈氏合金B-3資料制設備設計時可以選用平蓋封頭替代橢圓封頭，法蘭選用PJ/SE或LF/SE的形式，以節省資料。法蘭的資料應選擇不銹鋼，防止形成B-3資料的污染等。

2)B-3在加工制造過程中，應采取辦法防止材料外表劃傷。柔性脹接辦法在脹接過程中不會損傷材料外表且比較簡單控制脹管壓力，比較適合鎳基合金材料的脹接；B-3可以用一切常用的焊接辦法焊接，在腐蝕環境下使用的部件引薦用氬弧焊辦法；B-3熱處理是關鍵技術，加熱和冷卻都有必要快速通過475℃低溫脆化區和高溫時的σ相及其他中心相的生成。因此有必要使工件快速加熱和冷卻。

盡管B-3合金制換熱器的制造在我國還比較少見，可是，若能充沛了解材料的特殊性，注意制造過程中的許多細節，嚴格遵循標準規范的要求，能夠制造出合格的產品。