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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世紀60年代中(zhong)期發展的(de)(de)一種既耐(nai)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)又耐(nai)磷酸(suan)(suan)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形(xing)耐(nai)蝕(shi)(shi)合金(jin)，定名為Hastelloy G合金(jin)。此合金(jin)除了在硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)和(he)磷酸(suan)(suan)中(zhong)具有(you)(you)(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)外，在氧化－還原性(xing)介質中(zhong)也具有(you)(you)(you)優秀(xiu)的(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)(shi)能力。在含(han)氟(fu)硅酸(suan)(suan)、硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鹽、氯離(li)(li)子、氟(fu)離(li)(li)子、硝酸(suan)(suan)的(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)和(he)磷酸(suan)(suan)的(de)(de)混合介質中(zhong)，Hastelloy G合金(jin)具有(you)(you)(you)優異的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)。此外，該合金(jin)亦具有(you)(you)(you)良(liang)(liang)好的(de)(de)耐(nai)局部腐蝕(shi)(shi)性(xing)能，如晶間腐蝕(shi)(shi)、點腐蝕(shi)(shi)和(he)縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)等。

  在20多年(nian)的應用實踐(jian)過程(cheng)中，在HastelloyG合金的基礎(chu)上又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以(yi)及G35、G50等(deng)合金，最終形成了Hastelloy G合金系列。

一、化(hua)學成分和組(zu)織特(te)點(dian)

  Hestelloy G合(he)金的(de)化學成分列于(yu)表2-4-16中(zhong)。在不同國家中(zhong)，合(he)金中(zhong)主(zhu)要合(he)金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量(liang)基本(ben)一致(zhi)，只是碳含量(liang)的(de)上(shang)限值有所差別。

  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(neng)

  1. 全面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由(you)于(yu)鉻、鉬的(de)(de)(de)恰當配比，使其既(ji)耐低流速(su)(su)又耐高(gao)流速(su)(su)海(hai)水的(de)(de)(de)腐蝕(shi)，在(zai)被(bei)污(wu)染(ran)的(de)(de)(de)海(hai)水和有(you)海(hai)洋(yang)有(you)機物附著的(de)(de)(de)海(hai)水環境(jing)中也具有(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)耐點蝕(shi)和耐縫隙腐蝕(shi)性(xing)能。在(zai)深海(hai)（720~2070m)環境(jing)的(de)(de)(de)海(hai)水和埋(mai)在(zai)沉積(ji)物中的(de)(de)(de)試驗結果(guo)指(zhi)出，在(zai)123~1064天(tian)暴露過程(cheng)中，Hastelloy G未出現局部(bu)腐蝕(shi)。

    ②. 工業(ye)水

     在含有氯化(hua)物(wu)、硫酸鹽、有機(ji)物(wu)工(gong)業廢水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)此類合(he)金具有良(liang)好的耐蝕(shi)性(xing)，在22℃的上(shang)述工(gong)業廢水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)Hastelloy G合(he)金的腐蝕(shi)速率為(wei)0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金在(zai)純(chun)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)腐(fu)蝕數(shu)據(ju)見表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為在(zai)工廠實際條件下的(de)試驗(yan)結果，圖2-4-16系在(zai)實驗(yan)室不充氣的(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)試驗(yan)結果。由這(zhe)些數(shu)據(ju)可(ke)以看(kan)出，此(ci)合(he)金在(zai)全濃硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)40℃以下使用(yong)是安全的(de)。在(zai)濃度為20%~60%的(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)可(ke)使用(yong)到近90℃,而沸騰(teng)溫(wen)度時僅(jin)能在(zai)低于10%的(de)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)使用(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)較硫酸(suan)具(ju)有更強的腐蝕(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金僅(jin)在室溫或略高于(yu)(yu)室溫，濃度小于(yu)(yu)2%的稀鹽酸(suan)中耐蝕(shi)。合金在鹽酸(suan)中的腐蝕(shi)數據列于(yu)(yu)表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟酸和氟硅酸

    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(you)機(ji)物

    在(zai)濕(shi)氯、鹽類和有(you)機(ji)物等介質中，此(ci)合金的耐蝕性見(jian)表2-4-25。

   2. 晶間腐蝕

  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)和縫(feng)隙腐蝕(shi)

 由于此合(he)金具(ju)有高鉻、鉬含量，因(yin)此具(ju)有良好的(de)耐點蝕和(he)縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)，在(zai)產生點蝕和(he)縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕的(de)環境中常常被選(xuan)用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐點蝕和(he)縫(feng)隙(xi)(xi)腐(fu)(fu)蝕性能(neng)(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由這些數(shu)據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控制污染的(de)凈(jing)化(hua)二氧化(hua)硫系統中具(ju)有良好的(de)耐點蝕性能(neng)(neng)，但在(zai)模擬凈(jing)化(hua)條件下(xia)只能(neng)(neng)在(zai)50℃以下(xia)使用。

  4. 應(ying)力腐蝕

  在高濃氯化物中，此合金的耐(nai)(nai)應(ying)力(li)腐蝕(shi)斷裂性能優于一(yi)般奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和其他鐵鎳基(ji)(ji)合金，與(yu)Hastelloy C-276鎳基(ji)(ji)耐(nai)(nai)蝕(shi)合金相當。實驗室試(shi)驗結果列于表(biao)2-4-29中。

三、力學(xue)性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低(di)溫、室溫和高(gao)濕力學性能等(deng)列(lie)于表(biao)(biao)2-4-30~表(biao)(biao)2-4-33中。

四(si)、物理性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物理性(xing)能常數列(lie)于(yu)表 2-4-34 中。

五(wu)、焊(han)接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有(you)良好的焊(han)接(jie)性能(neng)，可(ke)采用常規焊(han)接(jie)方法進行焊(han)接(jie)，焊(han)前(qian)、焊(han)后均不(bu)需熱處(chu)理(li)。在焊(han)接(jie)時應控制熱輸入量(liang)，層間溫度≤150℃.焊(han)芯材(cai)料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加工及成型性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加(jia)工(gong)(gong)(gong)性(xing)能良好。熱加(jia)工(gong)(gong)(gong)溫度(du)范圍(wei)為900~1150℃.最(zui)適宜(yi)(yi)的(de)加(jia)熱溫度(du)為．1150℃.設(she)備制造過程(cheng)中(zhong)，在(zai)熱成(cheng)型后，建(jian)議進(jin)行固(gu)溶處理，以(yi)便(bian)保持合(he)金(jin)的(de)最(zui)宜(yi)(yi)耐蝕性(xing)。合(he)金(jin)的(de)冷成(cheng)型性(xing)能良好，但較通(tong)常的(de)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)有更大的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)化(hua)傾向，因此(ci)在(zai)選用成(cheng)型設(she)備時應予以(yi)考慮。合(he)金(jin)的(de)冷加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)化(hua)傾向列于表2-4-35，冷加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)化(hua)可以(yi)通(tong)過中(zhong)間退火得(de)到(dao)軟化(hua)。

七、熱處理工藝

  為了使合金獲得最佳耐(nai)蝕性，固(gu)溶退火溫(wen)度應選用1100~1150℃,保溫(wen)時間，視產品(pin)的截(jie)面(mian)尺寸(cun)而定(ding)，冷卻方法為水冷或快速(su)空冷。

八、應(ying)用(yong)

  此(ci)合金具有(you)廣泛(fan)的適用性，可以(yi)生產板、管、絲、帶材、鍛件(jian)和(he)鑄件(jian)。此(ci)合金在硫酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料溶解液、污染(ran)控制(zhi)(zhi)和(he)造紙工業(ye)以(yi)及油氣井開(kai)采中可用以(yi)制(zhi)(zhi)作管道、容器、換熱器、泵和(he)閥門。