
哈(ha)氏(shi)合(he)(he)金(jin)是(shi)一種鎳基(ji)耐腐蝕(shi)合(he)(he)金(jin),主要分成鎳-鉻合(he)(he)金(jin)與鎳鉻鉬合(he)(he)金(jin)兩大類。哈(ha)氏(shi)合(he)(he)金(jin)具有良好的(de)(de)抗腐蝕(shi)性(xing)和(he)熱穩定性(xing),多(duo)用(yong)于航空事業,化(hua)學領域等(deng)。哈(ha)氏(shi)合(he)(he)金(jin)(Hastelloy alloy)就是(shi)美(mei)國哈(ha)氏(shi)合(he)(he)金(jin)國際(ji)公司所生產的(de)(de)鎳基(ji)耐蝕(shi)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)商業牌號的(de)(de)統(tong)稱。
(00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)、Hastelloy G30 合金 系在(00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb)、Hastelloy G3 合金的基礎上提高鉻量到30%并降鉬和加入適量鎢而發展起來的。由于鉻量高,此合金的主要耐蝕特點是耐含Cl-、F-的磷酸的性能顯著優于00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金。在硝酸+氫氟酸,硫酸+氫氟酸中也具有優良的耐蝕性。此合金可用于濕法磷酸工業生產中的蒸發器以及酸洗不銹鋼的HNO3+HF的混酸用設備和構件。此合金也可用于核燃料生產中的耐蝕裝置。
一、化學成分和(he)組織特點
(00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)、Hastelloy G30 合金(jin)(jin)的(de)化(hua)(hua)學(xue)成分見表2-4-46。可(ke)以明顯看出(chu),此(ci)合金(jin)(jin)碳量(liang)(liang)低(≤0.03%)并含約1%Nb,因(yin)(yin)此(ci),此(ci)合金(jin)(jin)鉻(ge)(ge)碳化(hua)(hua)物析出(chu)很(hen)少。由于鉻(ge)(ge)量(liang)(liang)高,此(ci)合金(jin)(jin)中(zhong)溫(wen)敏化(hua)(hua)(例如871℃長期(qi)停留)就(jiu)有(you)σ相(xiang)(xiang)沉淀,但(dan)由于合金(jin)(jin)中(zhong)的(de)鉻(ge)(ge)量(liang)(liang)雖高,但(dan)鉬(mu)、鎢量(liang)(liang)相(xiang)(xiang)對較(jiao)低,因(yin)(yin)此(ci),此(ci)合金(jin)(jin)的(de)熱穩(wen)定性尚(shang)好。

二、耐腐(fu)蝕(shi)性能
1. 全面(mian)腐蝕
研制 00C30N43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的主要目的是提高合金在含Cl-、F-的磷酸中的耐蝕性,以適應磷肥生產的需求。圖2-4-23系此合金在純磷酸中的等腐蝕圖,圖2-4-44和表2-4-47系此合金在工業酸中的耐蝕性并與已知的耐工業磷酸(即含Cl-、F-的磷酸)較好的三種合金(Hesteloy G3、Senicro-28 和lnconel 625)的比。圖2-42-4和圖2-4-25則00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金在工業磷酸中的腐蝕速率與 Hastelloy G3 和 Inconel 625腐蝕速率之比。從表2-4-47 中結果可知,在所試驗條件下,00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的耐蝕性顯著優于Hastelloy G、G3及 Inconel 625合金;從圖2-4-24 可看出,在所試驗條件下,Hastelloy G合金的腐蝕速率為00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 的2倍以上,最高可達10倍;而從圖2-4-25中可知,Inconel 625的腐蝕速率則為00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的1.5倍以上,最高也可達10倍。


圖 2-4-26~圖2-4-28 系 00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金分別在鹽酸、硝酸、和硫酸中的等腐蝕圖。顯然,00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金可耐常壓下任何溫度、任何濃度HNO3 的腐蝕(圖2-4-26),而在鹽酸中,當酸的濃度超過10%后,此合金也僅用于50℃以下才屬于耐蝕的范圍(圖2-4-27).圖2-4-28系在硫酸中的試驗結果,可見,G30合金在溫度≤50℃條件下,對于各種濃度的硫酸而言都是耐蝕的。


在腐蝕性極強的HNO3+H2SO4、HNO3+HCl、HNO3+HF等混酸介質中,Hastelloy G,G3,G30 等合金的耐蝕性見圖24-20~圖2-4-31。顯然 G30 的耐蝕性既優于Hastelloy G3 又優于 Hastelloy C-276 和 Hastelloy C-22 等鎳基耐蝕合金,00Cr30Ni46Mo5W2Cu2Nb在濕法磷酸和磷復肥生產中將是一種最理想的耐蝕結構材料。

表2-4-48系 00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金(jin)在一些酸介質(zhi)申的腐(fu)蝕速(su)率,并與 Hastelloy G3 和 Inconel 625 合金(jin)比較的結果。顯(xian)然,在所試驗(yan)的條件G30 (00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)合金(jin)腐(fu)蝕速(su)率最(zui)低。


2. 晶間腐蝕
圖2-4-32系在(zai)80℃,20%HNO3+6%HF中,時(shi)效(xiao)(敏(min)化)處理對此(ci)合(he)金敏(min)化范圍的(de)(de)影(ying)響。而(er)表2-4-49則指出(chu)了Hastelloy G、G3和(he)00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb(G30)合(he)金之間(jian)時(shi)效(xiao)態腐(fu)蝕(shi)速率(lv)的(de)(de)對比。從圖2-4-32中的(de)(de)結果(guo)可知(zhi),G30合(he)金較(jiao)G和(he)G3合(he)金更不易敏(min)化,即使經(jing)過870℃(<10h)敏(min)化(時(shi)效(xiao))仍未見(jian)敏(min)化的(de)(de)出(chu)現。從表2-4-49中的(de)(de)結果(guo)可知(zhi),隨時(shi)效(xiao)時(shi)間(jian)延長(chang)(chang),三(san)種合(he)金的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)均有所增(zeng)長(chang)(chang),特(te)別(bie)是G和(he)G3合(he)金最為明顯;但最敏(min)感(gan)的(de)(de)溫度三(san)種合(he)金并不相同(tong)。從表2-4-49的(de)(de)結果(guo)同(tong)樣得(de)出(chu)晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)敏(min)感(gan)性(xing)仍存(cun)在(zai)G30<G3<G的(de)(de)順序。

3. 點腐蝕
在4%NaCl+0.1%Fe2(SO4)3+0.01mol/L HCl,pH為2的溶液中進行點蝕試驗,每個溫度下試驗24小時,測得臨界點蝕溫度見表2-4-50。

根據表2-4-50的結果,在50℃的4%NaCl+0.1%Fe2(SO4)3+0.01mol/L HCI溶液全浸48小時后觀察,所試驗的G30、825、20Cb-3 和 316 不銹鋼四種材料中,只有00Cr30N43M05.5W2.5Cu2Nb(G30)未見點蝕,且G30合金的臨界點蝕溫度可高達70℃。
三、力學性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金的室溫(wen)(wen)和高溫(wen)(wen)拉伸性能見表2-4-51和表2-4-52。

表(biao)2-4-53和(he)表(biao)2-4-54系合(he)金不(bu)同(tong)變(bian)形(xing)量的冷(leng)軋態(tai)和(he)冷(leng)軋并時(shi)效(xiao)態(tai)的拉伸性(xing)(xing)(xing)能和(he)沖(chong)(chong)擊韌(ren)性(xing)(xing)(xing),而(er)表(biao)2-4-55則(ze)系此(ci)合(he)金退火(固濟(ji))和(he)過(固溶)十時(shi)裝態(tai)的沖(chong)(chong)擊韌(ren)性(xing)(xing)(xing)。可以看出(chu),00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合(he)金退火(固溶)態(tai)不(bu)僅強度高(gao),且塑性(xing)(xing)(xing)、韌(ren)性(xing)(xing)(xing)優良(橫、縱(zong)向韌(ren)性(xing)(xing)(xing)無差別),但經冷(leng)軋、冷(leng)軋+500℃時(shi)效(xiao)或固溶再(zai)經中溫(wen)時(shi)效(xiao)后,此(ci)合(he)金在強度提高(gao)的同(tong)時(shi),塑、韌(ren)性(xing)(xing)(xing)均有較明顯下(xia)降。

四、冷熱加工性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合(he)金可進行熱加工和熱成(cheng)型(xing),但熱加工和熱成(cheng)型(xing)構件在最終裝配、安(an)裝使用前(qian),必須先進行固溶處理。
由于(yu)此合金室溫下所具(ju)有的(de)(de)高塑(su)、韌(ren)性,故冷(leng)加工性、冷(leng)成(cheng)型性均良好,但由于(yu)強度遠高于(yu)Cr-Ni不銹(xiu)鋼和鉻、鉬(mu)、鎢量低的(de)(de)鐵鎳基(ji)合金,故冷(leng)加工需更(geng)大外力(li)。
五、熱處理工藝
此合金固溶處理溫(wen)度為約1177℃,隨后水淬或快速冷卻。
六、焊(han)接性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合(he)金焊(han)接(jie)性良好,可采(cai)用(yong)GTAW、GMAW和焊(han)條(tiao)電(dian)弧(hu)焊(han)等工藝焊(han)接(jie),由于埋弧(hu)焊(han)的高(gao)熱輸人(ren)且冷卻緩慢故不推薦用(yong)于焊(han)接(jie)此合(he)金。建議采(cai)用(yong)G30焊(han)絲(si)(ERNiCrMo-11、UNS N06030)進(jin)(jin)行(xing)GMAW和GTAW 工藝的焊(han)接(jie):用(yong)G30合(he)金的焊(han)條(tiao)(ENICrMo-11,UNS W86030)進(jin)(jin)行(xing)焊(han)條(tiao)電(dian)弧(hu)焊(han)。
表(biao) 2-4-56 列(lie)出了典型焊接(jie)材料的拉伸性能。

室溫下(xia),典型焊接材(cai)料V型缺口的沖擊(ji)韌性:GTAW 為(wei) 144J ,SMAW 為(wei) 61J。
七、物理(li)性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的物理性能見表2-4-57。

八、應用(yong)
由(you)于00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合(he)(he)(he)金(jin)(jin)是一種(zhong)高(gao)鉻量(liang)(liang)(>25%)并含有高(gao)鉬、鎢、銅等元素的(de)(de)高(gao)鎳耐蝕合(he)(he)(he)金(jin)(jin),因此(ci)該合(he)(he)(he)金(jin)(jin)既(ji)可(ke)用于制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)耐工業磷酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)磷酸(suan)(suan)(suan)生產制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)過程的(de)(de)蒸發器(qi),又可(ke)用于耐硫酸(suan)(suan)(suan)和硝酸(suan)(suan)(suan)+鹽酸(suan)(suan)(suan),硝酸(suan)(suan)(suan)+氫氟酸(suan)(suan)(suan)等混酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)環(huan)境中的(de)(de)化工設備(bei)和構件。由(you)于此(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)不僅含鈮(ni)且(qie)含碳量(liang)(liang)低(di)(≤0.03%),故可(ke)用于各種(zhong)焊接件且(qie)無晶間腐蝕的(de)(de)敏感性。此(ci)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)也(ye)可(ke)用于石(shi)油天然氣開發中的(de)(de)油、氣井(jing)套(tao)管。
