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哈氏合金|Hastelloy

哈(ha)(ha)氏合(he)金(jin)(jin)是一(yi)種鎳(nie)基耐腐蝕(shi)合(he)金(jin)(jin),主要分(fen)成鎳(nie)-鉻(ge)合(he)金(jin)(jin)與鎳(nie)鉻(ge)鉬合(he)金(jin)(jin)兩大類。哈(ha)(ha)氏合(he)金(jin)(jin)具有良(liang)好的(de)(de)抗腐蝕(shi)性和(he)熱穩(wen)定性,多用(yong)于航空事業(ye),化學領域等。哈(ha)(ha)氏合(he)金(jin)(jin)(Hastelloy alloy)就是美國哈(ha)(ha)氏合(he)金(jin)(jin)國際公司(si)所生產的(de)(de)鎳(nie)基耐蝕(shi)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)商業(ye)牌(pai)號的(de)(de)統稱(cheng)。

產品分類 / 用途

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。


表 4-16.jpg


  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)。


表 4-17.jpg

圖 4-16.jpg


      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。


表 4-18.jpg


圖 4-17.jpg


    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-、SO42-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。


表 4-19.jpg

表 4-20.jpg

表 4-20.1.jpg


    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。


圖 4-19.jpg


    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。


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    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。


表 4-23.jpg

圖 4-20.jpg


    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。


表 4-24.jpg

 

    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。


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   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。


表 4-26.jpg


  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。


表 4-26.jpg

表 4-28.jpg




  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。


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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。


表 4-30.jpg

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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。


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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)。


表 4-35.jpg


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。