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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世(shi)紀60年代中(zhong)期(qi)發展(zhan)的(de)(de)一種(zhong)既耐(nai)(nai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)又耐(nai)(nai)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合(he)金，定(ding)名為Hastelloy G合(he)金。此合(he)金除了在(zai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)具(ju)(ju)有(you)良(liang)好的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性外，在(zai)氧化－還原(yuan)性介(jie)質中(zhong)也具(ju)(ju)有(you)優秀的(de)(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能力。在(zai)含(han)氟硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鹽、氯離子、氟離子、硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)混合(he)介(jie)質中(zhong)，Hastelloy G合(he)金具(ju)(ju)有(you)優異的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性。此外，該合(he)金亦具(ju)(ju)有(you)良(liang)好的(de)(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性能，如晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)等(deng)。

  在20多年(nian)的(de)應用(yong)實(shi)踐過程中，在HastelloyG合金(jin)(jin)的(de)基礎(chu)上又(you)發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等合金(jin)(jin)，最終形(xing)成(cheng)了Hastelloy G合金(jin)(jin)系列(lie)。

一(yi)、化學(xue)成分(fen)和(he)組織(zhi)特點(dian)

  Hestelloy G合金的化學成分列于表2-4-16中(zhong)。在(zai)不同國家中(zhong)，合金中(zhong)主(zhu)要合金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的含量基(ji)本(ben)一致，只是碳(tan)含量的上限值有所(suo)差(cha)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(mian)腐蝕(shi)

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬的(de)恰當配(pei)比，使其既耐(nai)低流速(su)又(you)耐(nai)高流速(su)海水(shui)的(de)腐(fu)蝕(shi)，在(zai)被污染的(de)海水(shui)和有(you)(you)海洋有(you)(you)機物附著的(de)海水(shui)環(huan)境(jing)中(zhong)也具有(you)(you)足夠(gou)的(de)耐(nai)點蝕(shi)和耐(nai)縫隙腐(fu)蝕(shi)性能。在(zai)深(shen)海（720~2070m)環(huan)境(jing)的(de)海水(shui)和埋在(zai)沉積物中(zhong)的(de)試驗結(jie)果指出(chu)，在(zai)123~1064天(tian)暴(bao)露過(guo)程(cheng)中(zhong)，Hastelloy G未(wei)出(chu)現(xian)局(ju)部腐(fu)蝕(shi)。

    ②. 工業水(shui)

     在含(han)有(you)(you)氯化(hua)物、硫(liu)酸鹽(yan)、有(you)(you)機物工(gong)業廢水中此類(lei)合金具有(you)(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)耐蝕性，在22℃的(de)(de)上述工(gong)業廢水中Hastelloy G合金的(de)(de)腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在(zai)(zai)(zai)純(chun)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)腐蝕(shi)數據見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為在(zai)(zai)(zai)工廠(chang)實(shi)際條件下的(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)，圖2-4-16系在(zai)(zai)(zai)實(shi)驗(yan)室不充氣的(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)。由這些數據可(ke)以看出，此合金在(zai)(zai)(zai)全濃硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)40℃以下使(shi)用是(shi)安全的(de)。在(zai)(zai)(zai)濃度(du)為20%~60%的(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)可(ke)使(shi)用到近90℃,而沸騰溫度(du)時僅能(neng)在(zai)(zai)(zai)低于10%的(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)使(shi)用。

      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(yan)酸

    鹽(yan)酸較硫酸具有更強的(de)(de)腐(fu)蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)僅在室溫或(huo)略高于室溫，濃度(du)小于2%的(de)(de)稀鹽(yan)酸中(zhong)耐蝕。合(he)金(jin)在鹽(yan)酸中(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕數據(ju)列(lie)于表(biao)2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸和氟(fu)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(xiao)酸(suan)

   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(ran)料包殼溶(rong)解液(ye)

   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(shi)氯、鹽和有機物

    在濕氯、鹽(yan)類和(he)有機(ji)物等介(jie)質中(zhong)，此合金的耐蝕性見表2-4-25。

   2. 晶間(jian)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(dian)腐(fu)蝕和縫隙腐(fu)蝕

 由(you)于此合(he)金(jin)具(ju)有(you)(you)高(gao)鉻、鉬含量，因此具(ju)有(you)(you)良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)點蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)，在產生點蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)的(de)環境中常常被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)耐(nai)點蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)見(jian)表(biao)2-4-26~表(biao)2-4-28.由(you)這(zhe)些數據可(ke)知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污(wu)染的(de)凈化(hua)(hua)二(er)氧化(hua)(hua)硫系統中具(ju)有(you)(you)良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)點蝕(shi)性(xing)能(neng)，但在模擬凈化(hua)(hua)條件(jian)下只能(neng)在50℃以下使用(yong)。

  4. 應(ying)力腐蝕

  在高濃氯化物中，此合(he)金(jin)的耐應(ying)力腐蝕(shi)(shi)斷裂性能(neng)優于(yu)一般(ban)奧氏體不銹鋼和其他鐵鎳基合(he)金(jin)，與Hastelloy C-276鎳基耐蝕(shi)(shi)合(he)金(jin)相當。實驗室試驗結果列于(yu)表2-4-29中。

三(san)、力學性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和(he)00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金(jin)的低溫、室溫和(he)高濕(shi)力學性能等列于表(biao)2-4-30~表(biao)2-4-33中。

四、物理性能

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

五、焊(han)接性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良(liang)好的焊(han)接(jie)性能，可采用常規(gui)焊(han)接(jie)方法進行焊(han)接(jie)，焊(han)前、焊(han)后均不(bu)需熱處(chu)理。在焊(han)接(jie)時應(ying)控制熱輸入量，層間溫度≤150℃.焊(han)芯材料(liao)為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加工及成型性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的熱(re)加工(gong)性能良(liang)好。熱(re)加工(gong)溫度范圍(wei)為900~1150℃.最適宜的加熱(re)溫度為．1150℃.設備制造過程中，在(zai)熱(re)成(cheng)型后，建議(yi)進行固溶處理，以便保持合金的最宜耐蝕性。合金的冷(leng)成(cheng)型性能良(liang)好，但較通(tong)常的奧氏體(ti)不(bu)銹鋼有更大的加工(gong)硬化(hua)(hua)傾(qing)向(xiang)，因此在(zai)選用成(cheng)型設備時應予以考慮。合金的冷(leng)加工(gong)硬化(hua)(hua)傾(qing)向(xiang)列于表2-4-35，冷(leng)加工(gong)硬化(hua)(hua)可以通(tong)過中間退火得(de)到軟(ruan)化(hua)(hua)。

七、熱處理工藝

  為了使合金獲得最佳耐蝕性，固(gu)溶退火(huo)溫度應選(xuan)用1100~1150℃,保溫時間(jian)，視產品的截(jie)面尺寸而定，冷(leng)卻方法為水冷(leng)或快速空冷(leng)。

八、應用

  此合金具有(you)廣泛的適用(yong)性，可以(yi)生產板、管(guan)、絲、帶材、鍛(duan)件(jian)和(he)(he)鑄(zhu)件(jian)。此合金在硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料溶解液、污染控制和(he)(he)造紙工業以(yi)及油氣井開采中可用(yong)以(yi)制作管(guan)道(dao)、容(rong)器、換(huan)熱(re)器、泵和(he)(he)閥門。