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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金(jin)是20世紀60年代中期發(fa)展(zhan)的(de)(de)一種既耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)又耐(nai)(nai)(nai)磷(lin)酸(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形(xing)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)合(he)(he)金(jin)(jin)，定名(ming)為Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)。此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)除了(le)在(zai)硫(liu)酸(suan)和(he)(he)磷(lin)酸(suan)中具(ju)有良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性外(wai)，在(zai)氧化－還原性介(jie)(jie)質中也具(ju)有優(you)秀的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能(neng)力。在(zai)含(han)氟硅酸(suan)、硫(liu)酸(suan)鹽(yan)、氯離子(zi)、氟離子(zi)、硝酸(suan)的(de)(de)硫(liu)酸(suan)和(he)(he)磷(lin)酸(suan)的(de)(de)混合(he)(he)介(jie)(jie)質中，Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)有優(you)異(yi)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性。此(ci)外(wai)，該合(he)(he)金(jin)(jin)亦具(ju)有良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)，如(ru)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和(he)(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)等。

  在(zai)20多年的(de)(de)應用實踐過程中(zhong)，在(zai)HastelloyG合(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)基礎上又發展了HastelloyG-3和(he) Hastelloy G-30以(yi)及(ji)G35、G50等合(he)(he)金(jin)(jin)，最終形(xing)成了Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)系列。

一、化學成分和組(zu)織特點

  Hestelloy G合金的化學成分(fen)列于表2-4-16中。在(zai)不(bu)同國家中，合金中主要合金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的含量基(ji)本(ben)一致，只是(shi)碳(tan)含量的上限(xian)值有所差別。

  此合金在工廠固溶處理條件下是奧氏體組織并在基體上存在少許M6C和MC型碳化物，若在1150℃以上固溶處理，此合金的組織則成為純奧氏體組織。這種組織決定了合金不能通過熱處理進行強化，只能采用冷加工方法予以強化。在一定受熱條件下，如在650~1093℃范圍內進行敏化處理，合金將析出M₆C、MC(多半是NbC)碳化物和Laves相（Fe2Mo),以及金屬間化合物Z相（Cr-Fe-Ni-Nb)。中溫時效所析出的沉淀相對合金的耐蝕性，特別是耐晶間腐蝕將會產生極不利的影響。

二、耐腐蝕性能

  1. 全面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于(yu)鉻、鉬(mu)的(de)(de)恰當配比，使其既(ji)耐(nai)低流速又耐(nai)高流速海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)，在(zai)被污(wu)染的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)和有(you)(you)海(hai)(hai)洋有(you)(you)機(ji)物附著的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)環(huan)境中(zhong)也具有(you)(you)足夠的(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和耐(nai)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性能。在(zai)深海(hai)(hai)（720~2070m)環(huan)境的(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)(shui)和埋在(zai)沉(chen)積物中(zhong)的(de)(de)試驗(yan)結果指(zhi)出，在(zai)123~1064天(tian)暴露(lu)過(guo)程(cheng)中(zhong)，Hastelloy G未出現局(ju)部腐(fu)蝕(shi)(shi)。

    ②. 工業水(shui)

     在(zai)含有氯(lv)化物、硫(liu)酸鹽、有機物工業廢(fei)水中此(ci)類合金具有良好的耐蝕(shi)性，在(zai)22℃的上述工業廢(fei)水中Hastelloy G合金的腐蝕(shi)速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在純(chun)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)的腐蝕數據見(jian)表2-4-17和圖(tu)2-4-16。表2-4-17為(wei)在工廠實(shi)際條件下的試(shi)驗結果(guo)，圖(tu)2-4-16系在實(shi)驗室不充氣的硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)的試(shi)驗結果(guo)。由這些數據可(ke)以看(kan)出，此合金在全濃硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)40℃以下使用(yong)(yong)是安全的。在濃度為(wei)20%~60%的硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)可(ke)使用(yong)(yong)到(dao)近90℃,而(er)沸騰溫(wen)度時僅能在低于10%的硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)使用(yong)(yong)。

      在工業應用的硫酸中，常常不是單純的純硫酸,而是常混有HF酸、鹽類（硫酸鹽、鹽酸鹽）的硫酸。通常氧化性雜質可以促進合金的鈍化，進而提高合金的耐蝕性，而還原性的雜質，如F^-、Cl^-等會加速合金的腐蝕。在混有雜質的硫酸中，合金的耐蝕性見表2-4-18和圖2-4-17。顯然，在硫酸液相中，氯離子的加入降低了合金的耐蝕性，當在加入200ppm Cl^-的條件下，以腐蝕速率0.13mm/a作為依據，其使用溫度下降10~20℃.在氣相中，氯離子的加入對合金的耐蝕性未見影響。氟離子與氯離子相仿，對合金耐硫酸性能產生不利影響。

    ④. 磷酸 

   在化學純和含雜質的磷酸中，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐蝕性見表2-4-19和圖2-4-18。在化學純的磷酸中，此合金在沸騰溫度濃度小于30%的酸中是耐蝕的，在30%~85%的H3PO4中其使用溫度要限制在100℃以下。磷酸中的雜質Cl^-、F^-、SO₄^2-等加速了合金的腐蝕，而三價Fe和A1因與F-形成絡合物減緩了合金的腐蝕。在化肥生產中，以濕法磷酸為主要原料，濕法磷酸含有大量的雜質，包括F^-、Cl^-、硫酸根、Al、Fe、Si等，由于F^-、Cl^-的摻雜使其腐蝕性增強，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在濕法磷酸的腐蝕中的數據見表24-20。在不同組成的濕法磷酸中，此合金可使用到110℃,過高的溫度合金的耐蝕性急劇下降。

    ⑤. 鹽酸

    鹽酸(suan)(suan)較硫(liu)酸(suan)(suan)具有更強的(de)腐(fu)蝕性(xing)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金僅(jin)在(zai)室溫或(huo)略高于(yu)室溫，濃度(du)小于(yu)2%的(de)稀鹽酸(suan)(suan)中耐蝕。合金在(zai)鹽酸(suan)(suan)中的(de)腐(fu)蝕數據(ju)列于(yu)表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫(qing)氟酸和氟硅酸

    在不通氣的氫氟酸中，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在60℃耐蝕，在較高溫度將產生明顯的腐蝕甚至完全溶解。氟硅酸的腐蝕性不如氫氟酸強烈，這種介質在濕法磷酸生產中用水凈化含SiF₄氣體時產生，對材料也會產生明顯腐蝕，此合金在氟硅酸中的使用溫度可高于在氫氟酸中的使用溫度。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在氫氟酸和氟硅酸中的耐蝕性見表2-4-22。

    ⑦. 硝酸

   硝酸是一種氧化性酸，由于此合金的鉻含量很高，因此具有良好的耐蝕性，在沸騰溫度，濃度低于40%的HNO₃中，合金具有極好的耐蝕性。在40%~70%HNO₃中，OCr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金可使用到100℃.在硝酸磷肥生產工藝介質中，此合金亦具有極好的耐蝕性。表2-4-23和圖2-4-20給出了合金在硝酸系統中的耐蝕性。

    ⑧. 核燃料包殼溶解(jie)液

   為了在乏核燃料中提取有用物質，必須將核燃料包殼溶解，然后再進行萃取，即通常所說的核燃料化工后處理過程。對于不同的包殼材料采用不同的溶解介質，為了使鋁、鋯合金、不銹鋼等包殼材料溶解，這些介質均具有極強的蝕性，而溶解產物又會改變介質的腐蝕性。在這類工藝介質中所使用的溶解器材料必須經得起氧化性、還原性或氧化－還原性介質的腐蝕。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金在多種復雜介質中均具有良好的耐蝕性，可以滿足核燃料溶解器對結構材料耐蝕性的要求。但在純鹽酸＋硝酸或6mol/L H₂SO₄中，合金的耐蝕性則不足，但當（鋁、錳、不銹鋼、鋯）包殼溶解后，溶解產物會減緩介質對材料的腐蝕性，而在上述介質中溶解工藝開始之前尚需采用要的緩蝕措施。表2-4-24 給出了0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在核燃料包殼溶解介質中的耐蝕性。

    ⑨. 濕氯、鹽和有機(ji)物

    在濕氯、鹽(yan)類和有機物等介質中，此合(he)金的(de)耐(nai)蝕(shi)性見表2-4-25。

   2. 晶間腐蝕(shi)

  由于0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金中含有足夠的穩定化元素Nb,因此具有良好的抗晶間腐蝕性能，可以經受多次焊接的考驗。然而在一定的受熱條件下，經固溶處理的供貨狀態材料的正常組織若遭到破壞，在苛刻的腐蝕介質中會出現晶間腐蝕，在沸騰65%HNO₃ 240h和在沸騰50%H₂SO₄+42g/LFe2(SO₄)₃120h試驗結果指出，在649~1093℃敏化1h的合金，其耐蝕性發生明顯變化，在兩種試驗中出現腐蝕峰值溫度均在704℃,隨著敏化溫度的提高，在硝酸中的腐蝕速率下降，而在硫酸鐵中的腐蝕速率在871℃出現第二個峰值。高的腐蝕速率表明了合金出現了晶間腐蝕，見圖2-4-21。

  研究結果表明，此合金在650~870℃間敏化，在奧氏體組織的晶界上或基體上析出，M₂₃C₆、M₆C和金屬間化合物（o相、Z相），高于此溫度可析出Laves相。這些碳化物和金屬間相的析出，造成臨近區域鉻、鉬、鎳貧化，當其沿晶界形成連續網狀時，在足夠的腐蝕條件下就會產生晶間腐蝕。實踐表明，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金的焊接試樣，在大多數介質中具有與未焊合金相同的耐蝕性。

  3. 點腐蝕(shi)(shi)和縫隙腐蝕(shi)(shi)

 由于此(ci)合(he)金具(ju)有(you)高鉻、鉬含(han)量，因此(ci)具(ju)有(you)良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕和(he)縫隙腐蝕性(xing)(xing)能，在產(chan)生點(dian)蝕和(he)縫隙腐蝕的(de)環境中常(chang)(chang)常(chang)(chang)被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐(nai)(nai)點(dian)蝕和(he)縫隙腐蝕性(xing)(xing)能見表2-4-26~表2-4-28.由這些數據可知(zhi)，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污染的(de)凈化(hua)二(er)氧化(hua)硫(liu)系統中具(ju)有(you)良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕性(xing)(xing)能，但(dan)在模(mo)擬凈化(hua)條件(jian)下(xia)只能在50℃以下(xia)使用。

  4. 應力腐蝕

  在(zai)高濃氯化物中，此合金的耐應力(li)腐蝕(shi)斷裂性能優于一般奧氏體不銹(xiu)鋼和其他鐵鎳基合金，與(yu)Hastelloy C-276鎳基耐蝕(shi)合金相當。實驗室試驗結(jie)果(guo)列于表(biao)2-4-29中。

三、力(li)學性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和(he)00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合(he)金的(de)低溫、室溫和(he)高濕力學性能等列于表2-4-30~表2-4-33中。

四、物理性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物理(li)性能(neng)常數列于(yu)表 2-4-34 中。

五、焊接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有(you)良好的焊(han)接性能(neng)，可采(cai)用常規焊(han)接方法進行(xing)焊(han)接，焊(han)前、焊(han)后均不(bu)需熱處理(li)。在焊(han)接時應控制熱輸入量，層(ceng)間溫度≤150℃.焊(han)芯(xin)材料為Nicrofer S6020,其成(cheng)分(fen)為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加(jia)工及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)(de)熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)性(xing)能(neng)良好。熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)溫度(du)范圍(wei)為(wei)(wei)900~1150℃.最適宜的(de)(de)加(jia)(jia)熱溫度(du)為(wei)(wei)．1150℃.設(she)備制造過程中，在熱成(cheng)(cheng)型后，建議(yi)進行固溶處理(li)，以(yi)便保持合金(jin)的(de)(de)最宜耐蝕性(xing)。合金(jin)的(de)(de)冷成(cheng)(cheng)型性(xing)能(neng)良好，但較(jiao)通(tong)常的(de)(de)奧氏(shi)體不銹鋼有更大的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)傾向(xiang)，因此(ci)在選用成(cheng)(cheng)型設(she)備時應予以(yi)考慮。合金(jin)的(de)(de)冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)傾向(xiang)列于表(biao)2-4-35，冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)可以(yi)通(tong)過中間(jian)退火得到軟化(hua)。

七、熱處(chu)理工藝(yi)

  為了使合金獲得(de)最佳耐蝕性，固溶(rong)退火溫(wen)度應選用1100~1150℃,保溫(wen)時(shi)間(jian)，視產(chan)品(pin)的截面尺寸而(er)定，冷(leng)卻方法為水冷(leng)或快速空冷(leng)。

八、應(ying)用

  此合(he)金具有(you)廣泛的適用性，可以(yi)(yi)生產板、管、絲、帶材、鍛件和鑄件。此合(he)金在(zai)硫酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核(he)燃(ran)料溶解(jie)液、污染控制(zhi)和造紙工業(ye)以(yi)(yi)及油氣(qi)井開采中可用以(yi)(yi)制(zhi)作管道、容(rong)器、換熱器、泵和閥門。