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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合(he)金是(shi)20世紀60年代中期發展的(de)(de)一種既耐(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)又耐(nai)磷(lin)酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)蝕合(he)(he)金，定名為Hastelloy G合(he)(he)金。此合(he)(he)金除了在(zai)(zai)硫(liu)酸(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)中具有(you)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)外，在(zai)(zai)氧(yang)化(hua)－還原性(xing)介(jie)質(zhi)中也具有(you)優秀的(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)蝕能力。在(zai)(zai)含氟硅酸(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)鹽、氯(lv)離子、氟離子、硝酸(suan)(suan)的(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)的(de)(de)混合(he)(he)介(jie)質(zhi)中，Hastelloy G合(he)(he)金具有(you)優異的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing)。此外，該合(he)(he)金亦具有(you)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)局部腐(fu)(fu)蝕性(xing)能，如(ru)晶間(jian)腐(fu)(fu)蝕、點(dian)腐(fu)(fu)蝕和縫隙腐(fu)(fu)蝕等。

  在(zai)20多年的(de)應用實踐過程中，在(zai)HastelloyG合(he)金(jin)的(de)基礎(chu)上又發展了HastelloyG-3和(he) Hastelloy G-30以及G35、G50等(deng)合(he)金(jin)，最終形(xing)成了Hastelloy G合(he)金(jin)系列。

一、化學成分和(he)組織(zhi)特點

  Hestelloy G合金(jin)(jin)(jin)的(de)化學(xue)成分列于表2-4-16中(zhong)。在不同國家中(zhong)，合金(jin)(jin)(jin)中(zhong)主要合金(jin)(jin)(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基(ji)本一致，只是碳含量的(de)上限值有(you)所差(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(er)、耐腐蝕性能(neng)

  1. 全面腐蝕(shi)

    ①. 海水(shui) 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬的(de)(de)(de)恰當配比(bi)，使(shi)其既耐低(di)流(liu)速又耐高流(liu)速海水的(de)(de)(de)腐蝕，在被污染的(de)(de)(de)海水和(he)有(you)海洋(yang)有(you)機物(wu)(wu)附著的(de)(de)(de)海水環境中(zhong)(zhong)也具(ju)有(you)足夠的(de)(de)(de)耐點蝕和(he)耐縫(feng)隙腐蝕性(xing)能。在深海（720~2070m)環境的(de)(de)(de)海水和(he)埋在沉(chen)積物(wu)(wu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)試驗(yan)結果指出，在123~1064天(tian)暴露過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，Hastelloy G未出現局部腐蝕。

    ②. 工(gong)業水

     在含(han)有(you)氯化物(wu)、硫酸鹽(yan)、有(you)機(ji)物(wu)工業(ye)廢(fei)水(shui)中此類合(he)金(jin)(jin)具有(you)良好(hao)的(de)耐蝕性，在22℃的(de)上述工業(ye)廢(fei)水(shui)中Hastelloy G合(he)金(jin)(jin)的(de)腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在純硫酸中(zhong)的(de)(de)腐蝕數據見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為(wei)在工(gong)廠實(shi)際條件下的(de)(de)試(shi)(shi)驗結(jie)果(guo)，圖2-4-16系在實(shi)驗室(shi)不充氣的(de)(de)硫酸中(zhong)的(de)(de)試(shi)(shi)驗結(jie)果(guo)。由這些數據可以看出，此合金在全濃硫酸中(zhong)40℃以下使(shi)用是安全的(de)(de)。在濃度(du)為(wei)20%~60%的(de)(de)硫酸中(zhong)可使(shi)用到近90℃,而沸(fei)騰(teng)溫度(du)時僅(jin)能(neng)在低(di)于10%的(de)(de)硫酸中(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(lin)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(suan)

    鹽酸(suan)(suan)較硫酸(suan)(suan)具有更強的腐蝕(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)僅(jin)在(zai)室溫或略高于室溫，濃度小于2%的稀鹽酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)耐蝕(shi)。合金(jin)在(zai)鹽酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)的腐蝕(shi)數據列于表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸(suan)和氟(fu)硅酸(suan)

    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(he)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、鹽和有機物(wu)

    在濕氯、鹽類和(he)有(you)機(ji)物等介(jie)質中，此合金的(de)耐蝕性(xing)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)腐蝕和(he)縫(feng)隙腐蝕

 由于此(ci)(ci)合金具(ju)有高鉻、鉬含量，因此(ci)(ci)具(ju)有良好(hao)(hao)的耐點(dian)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)，在(zai)產生(sheng)點(dian)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的環境(jing)中(zhong)常常被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐點(dian)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)見(jian)表2-4-26~表2-4-28.由這些數(shu)據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控制污(wu)染的凈(jing)化(hua)二氧(yang)化(hua)硫系統(tong)中(zhong)具(ju)有良好(hao)(hao)的耐點(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)，但在(zai)模(mo)擬凈(jing)化(hua)條件下(xia)只能(neng)在(zai)50℃以(yi)下(xia)使用(yong)。

  4. 應力(li)腐蝕

  在(zai)高濃氯化(hua)物中(zhong)，此合金的(de)耐應力腐蝕(shi)(shi)斷(duan)裂性能優于(yu)(yu)一般奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)和其他(ta)鐵鎳基(ji)合金，與Hastelloy C-276鎳基(ji)耐蝕(shi)(shi)合金相當。實驗(yan)室試驗(yan)結果列于(yu)(yu)表2-4-29中(zhong)。

三、力(li)學(xue)性能

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

四、物理(li)性(xing)能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金(jin)的物(wu)理性能常(chang)數列于(yu)表 2-4-34 中(zhong)。

五、焊接性(xing)能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良好的焊(han)接(jie)(jie)性能(neng)，可采(cai)用常規焊(han)接(jie)(jie)方法進行焊(han)接(jie)(jie)，焊(han)前、焊(han)后均(jun)不(bu)需熱(re)處理。在焊(han)接(jie)(jie)時應控制(zhi)熱(re)輸入量，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(liu)、冷熱加工及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的熱加(jia)(jia)工(gong)性(xing)(xing)能(neng)良好(hao)。熱加(jia)(jia)工(gong)溫度范圍為900~1150℃.最適宜的加(jia)(jia)熱溫度為．1150℃.設備制造過程中，在熱成(cheng)型后，建議進行固溶處理，以便保持合金的最宜耐(nai)蝕性(xing)(xing)。合金的冷(leng)成(cheng)型性(xing)(xing)能(neng)良好(hao)，但較(jiao)通(tong)(tong)常的奧氏體不銹(xiu)鋼有更大(da)的加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)傾(qing)向，因此在選用(yong)成(cheng)型設備時應予(yu)以考慮。合金的冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)傾(qing)向列于表(biao)2-4-35，冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)可(ke)以通(tong)(tong)過中間退火得(de)到軟(ruan)化(hua)。

七、熱處理工藝(yi)

  為了使合(he)金(jin)獲得最佳(jia)耐蝕(shi)性，固溶(rong)退火溫度應選用1100~1150℃,保溫時間(jian)，視產(chan)品的截面(mian)尺寸而定，冷卻方(fang)法為水冷或快速空冷。

八(ba)、應用(yong)

  此(ci)(ci)合金具有廣泛的(de)適(shi)用(yong)性，可(ke)以生產(chan)板、管、絲(si)、帶材、鍛(duan)件(jian)和(he)(he)鑄件(jian)。此(ci)(ci)合金在(zai)硫酸(suan)、磷(lin)酸(suan)、濕法磷(lin)酸(suan)、核燃(ran)料溶解液、污(wu)染控(kong)制(zhi)和(he)(he)造紙(zhi)工業以及油(you)氣井開采中可(ke)用(yong)以制(zhi)作(zuo)管道(dao)、容器(qi)、換(huan)熱器(qi)、泵和(he)(he)閥門。