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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世紀60年代中(zhong)期發展的一種既耐(nai)硫(liu)酸又(you)耐(nai)磷酸腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合(he)(he)金，定名為Hastelloy G合(he)(he)金。此合(he)(he)金除了在(zai)硫(liu)酸和磷酸中(zhong)具有良好的耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性外，在(zai)氧化－還原(yuan)性介質中(zhong)也(ye)具有優秀的耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能力。在(zai)含氟硅酸、硫(liu)酸鹽、氯(lv)離(li)子、氟離(li)子、硝(xiao)酸的硫(liu)酸和磷酸的混合(he)(he)介質中(zhong)，Hastelloy G合(he)(he)金具有優異的耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性。此外，該(gai)合(he)(he)金亦具有良好的耐(nai)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性能，如晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)等(deng)。

  在20多年的應用實踐過(guo)程(cheng)中(zhong)，在HastelloyG合金的基礎上又(you)發展了(le)HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等(deng)合金，最終形成了(le)Hastelloy G合金系列。

一、化學(xue)成分和組織(zhi)特(te)點

  Hestelloy G合金的(de)化學成分列(lie)于表2-4-16中。在(zai)不同國家中，合金中主(zhu)要合金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基(ji)本一致，只是(shi)碳(tan)含量的(de)上限值有所(suo)差別(bie)。

  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

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬的(de)恰當配比(bi)，使其既耐低流速又耐高流速海(hai)水(shui)的(de)腐蝕(shi)(shi)，在(zai)被污染的(de)海(hai)水(shui)和有海(hai)洋有機物(wu)附著的(de)海(hai)水(shui)環(huan)境中(zhong)也具有足夠(gou)的(de)耐點蝕(shi)(shi)和耐縫隙腐蝕(shi)(shi)性能。在(zai)深海(hai)（720~2070m)環(huan)境的(de)海(hai)水(shui)和埋(mai)在(zai)沉(chen)積物(wu)中(zhong)的(de)試驗結(jie)果指出，在(zai)123~1064天(tian)暴露(lu)過程中(zhong)，Hastelloy G未出現局部腐蝕(shi)(shi)。

    ②. 工業水

     在(zai)含有氯化物(wu)、硫酸鹽、有機物(wu)工(gong)業(ye)廢(fei)水(shui)中此類合金具有良好的耐蝕性，在(zai)22℃的上述工(gong)業(ye)廢(fei)水(shui)中Hastelloy G合金的腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在(zai)純硫(liu)酸中(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕數據(ju)見表2-4-17和圖(tu)(tu)2-4-16。表2-4-17為在(zai)工廠實際條(tiao)件(jian)下的(de)(de)(de)試(shi)驗結果(guo)，圖(tu)(tu)2-4-16系在(zai)實驗室不(bu)充氣的(de)(de)(de)硫(liu)酸中(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗結果(guo)。由這些(xie)數據(ju)可以(yi)看出(chu)，此合金在(zai)全濃硫(liu)酸中(zhong)40℃以(yi)下使用(yong)是安全的(de)(de)(de)。在(zai)濃度為20%~60%的(de)(de)(de)硫(liu)酸中(zhong)可使用(yong)到近90℃,而沸騰溫度時僅能在(zai)低于10%的(de)(de)(de)硫(liu)酸中(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(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

    鹽酸較硫酸具有(you)更強的腐(fu)蝕(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)僅在室(shi)溫(wen)或略高于室(shi)溫(wen)，濃(nong)度小于2%的稀鹽酸中(zhong)耐(nai)蝕(shi)。合(he)金(jin)在鹽酸中(zhong)的腐(fu)蝕(shi)數據列(lie)于表2-4-21和(he)圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸和(he)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(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. 濕氯、鹽和有機物

    在濕氯、鹽類和有機物等介質中，此合金(jin)的耐蝕性見表2-4-25。

   2. 晶間(jian)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(dian)腐(fu)(fu)蝕(shi)和縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)

 由于此(ci)合(he)金(jin)具(ju)有高鉻、鉬(mu)含量，因此(ci)具(ju)有良好的(de)耐點蝕和縫隙(xi)腐蝕性能(neng)，在(zai)產(chan)生點蝕和縫隙(xi)腐蝕的(de)環境中常(chang)常(chang)被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)耐點蝕和縫隙(xi)腐蝕性能(neng)見(jian)表(biao)2-4-26~表(biao)2-4-28.由這些數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控制(zhi)污染(ran)的(de)凈化二氧(yang)化硫系統中具(ju)有良好的(de)耐點蝕性能(neng)，但在(zai)模擬凈化條件下只能(neng)在(zai)50℃以下使(shi)用。

  4. 應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)

  在高濃氯化物中(zhong)(zhong)，此合金的耐應力腐(fu)蝕(shi)斷(duan)裂(lie)性能優(you)于一般奧(ao)氏(shi)體不銹鋼和其他鐵鎳基(ji)合金，與Hastelloy C-276鎳基(ji)耐蝕(shi)合金相當。實驗(yan)室試驗(yan)結果列(lie)于表2-4-29中(zhong)(zhong)。

三、力學性(xing)能

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

四、物理性(xing)能

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

五、焊(han)接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有良好(hao)的焊(han)接(jie)性(xing)能，可采用(yong)常規焊(han)接(jie)方法進行(xing)焊(han)接(jie)，焊(han)前(qian)、焊(han)后均(jun)不需熱處理。在焊(han)接(jie)時應(ying)控制熱輸入量，層(ceng)間溫度≤150℃.焊(han)芯(xin)材料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加工及成(cheng)型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)(de)熱(re)(re)加(jia)工(gong)(gong)性(xing)能良(liang)好。熱(re)(re)加(jia)工(gong)(gong)溫度(du)范圍為900~1150℃.最(zui)適宜(yi)的(de)(de)加(jia)熱(re)(re)溫度(du)為．1150℃.設(she)備制造過(guo)程中，在熱(re)(re)成(cheng)(cheng)型(xing)后，建議進行固(gu)溶處理，以便(bian)保持合金的(de)(de)最(zui)宜(yi)耐蝕(shi)性(xing)。合金的(de)(de)冷成(cheng)(cheng)型(xing)性(xing)能良(liang)好，但(dan)較通常的(de)(de)奧氏體不銹鋼有(you)更大的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)傾向，因(yin)此在選用成(cheng)(cheng)型(xing)設(she)備時應(ying)予以考(kao)慮。合金的(de)(de)冷加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)傾向列(lie)于表2-4-35，冷加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)可以通過(guo)中間退火(huo)得到軟化(hua)。

七(qi)、熱處理工藝

  為了使合金(jin)獲得(de)最佳耐蝕性，固溶退火溫度(du)應選用1100~1150℃,保溫時間(jian)，視產品的截面(mian)尺寸而定(ding)，冷(leng)(leng)卻方法為水冷(leng)(leng)或快速空(kong)冷(leng)(leng)。

八、應(ying)用

  此合金具有廣泛的適用性，可以(yi)生產(chan)板、管(guan)、絲、帶材(cai)、鍛(duan)件(jian)和鑄件(jian)。此合金在硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)、濕法(fa)磷酸(suan)、核燃料(liao)溶解(jie)液(ye)、污染控(kong)制和造紙工業以(yi)及油(you)氣井開(kai)采中可用以(yi)制作管(guan)道(dao)、容器、換熱器、泵和閥(fa)門(men)。