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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世(shi)紀60年代(dai)中(zhong)(zhong)期(qi)發展的(de)(de)一種既耐(nai)(nai)(nai)硫酸(suan)(suan)又耐(nai)(nai)(nai)磷(lin)酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形(xing)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)合金(jin)，定名為(wei)Hastelloy G合金(jin)。此(ci)合金(jin)除了在硫酸(suan)(suan)和(he)磷(lin)酸(suan)(suan)中(zhong)(zhong)具有(you)良好的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性外，在氧化－還原性介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)也具有(you)優(you)秀的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)。在含(han)氟硅酸(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)鹽、氯離子(zi)、氟離子(zi)、硝酸(suan)(suan)的(de)(de)硫酸(suan)(suan)和(he)磷(lin)酸(suan)(suan)的(de)(de)混合介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)，Hastelloy G合金(jin)具有(you)優(you)異的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性。此(ci)外，該合金(jin)亦具有(you)良好的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能，如晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)等(deng)。

  在20多年的應(ying)用實踐過程中，在HastelloyG合(he)金(jin)的基(ji)礎上又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等合(he)金(jin)，最終形(xing)成(cheng)了Hastelloy G合(he)金(jin)系列。

一(yi)、化學成分和組織特點

  Hestelloy G合金(jin)的(de)化學成分列于表(biao)2-4-16中。在不同(tong)國家中，合金(jin)中主要合金(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基本(ben)一致，只是碳含量的(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

  1. 全面(mian)腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合(he)金由于鉻、鉬的(de)(de)(de)恰(qia)當配比，使其既耐低流速(su)又耐高流速(su)海(hai)(hai)水(shui)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕，在被污染的(de)(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)和(he)有(you)(you)海(hai)(hai)洋有(you)(you)機物附(fu)著的(de)(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)環境中也(ye)具有(you)(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)耐點蝕和(he)耐縫隙腐(fu)蝕性能。在深海(hai)(hai)（720~2070m)環境的(de)(de)(de)海(hai)(hai)水(shui)和(he)埋在沉積(ji)物中的(de)(de)(de)試驗(yan)結(jie)果指出(chu)，在123~1064天暴露過程(cheng)中，Hastelloy G未出(chu)現(xian)局(ju)部(bu)腐(fu)蝕。

    ②. 工業水

     在含有(you)氯化物、硫(liu)酸鹽(yan)、有(you)機物工業(ye)廢水(shui)中(zhong)此類合(he)金具有(you)良好的(de)耐蝕性(xing)，在22℃的(de)上述工業(ye)廢水(shui)中(zhong)Hastelloy G合(he)金的(de)腐蝕速(su)率為0.04mm/a。

    ③. 硫(liu)酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在(zai)純硫酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)腐蝕數據見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為(wei)在(zai)工廠實際條件(jian)下的(de)試(shi)驗結(jie)果，圖2-4-16系在(zai)實驗室不充氣的(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)試(shi)驗結(jie)果。由這(zhe)些數據可以(yi)(yi)看出，此合金在(zai)全濃(nong)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)40℃以(yi)(yi)下使(shi)用(yong)是安(an)全的(de)。在(zai)濃(nong)度為(wei)20%~60%的(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)可使(shi)用(yong)到近90℃,而(er)沸騰(teng)溫度時僅能在(zai)低于10%的(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)使(shi)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(suan) 

   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)(suan)(suan)較硫酸(suan)(suan)(suan)具有更(geng)強的(de)腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金僅在(zai)室溫或略高于(yu)(yu)室溫，濃度(du)小于(yu)(yu)2%的(de)稀鹽酸(suan)(suan)(suan)中耐蝕。合金在(zai)鹽酸(suan)(suan)(suan)中的(de)腐蝕數據列于(yu)(yu)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. 核燃料包殼(ke)溶解液(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. 濕氯(lv)、鹽和有機物

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

   2. 晶間腐(fu)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. 點腐蝕和縫(feng)隙腐蝕

 由于此(ci)合金具有(you)高(gao)鉻、鉬含(han)量(liang)，因此(ci)具有(you)良(liang)(liang)好的耐點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性能，在(zai)(zai)產生點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)的環境中(zhong)常常被(bei)選(xuan)用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性能見(jian)表2-4-26~表2-4-28.由這(zhe)些數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)(zai)控制污(wu)染(ran)的凈化(hua)二氧化(hua)硫系統中(zhong)具有(you)良(liang)(liang)好的耐點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)性能，但在(zai)(zai)模擬(ni)凈化(hua)條件下只(zhi)能在(zai)(zai)50℃以下使用。

  4. 應力腐(fu)蝕(shi)

  在高濃氯化物(wu)中(zhong)，此合金的耐應力腐蝕斷裂性能優于一般奧氏體不(bu)銹鋼和其(qi)他(ta)鐵鎳基(ji)合金，與Hastelloy C-276鎳基(ji)耐蝕合金相當。實驗室試驗結果列于表2-4-29中(zhong)。

三、力學性能

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

四、物(wu)理性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物理性能常(chang)數(shu)列于表 2-4-34 中。

五、焊接(jie)性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有(you)良好(hao)的(de)焊(han)接(jie)(jie)性能，可采用常規焊(han)接(jie)(jie)方法進行焊(han)接(jie)(jie)，焊(han)前、焊(han)后(hou)均不需熱(re)處理。在焊(han)接(jie)(jie)時應控制(zhi)熱(re)輸入(ru)量，層間溫度≤150℃.焊(han)芯材料為(wei)Nicrofer S6020,其成分(fen)為(wei)0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加(jia)工及成(cheng)型性(xing)能(neng)

  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)范圍為900~1150℃.最適宜的(de)加(jia)熱溫度(du)為．1150℃.設(she)(she)備制(zhi)造過(guo)程中，在熱成型(xing)后，建(jian)議進行固溶處理(li)，以便保持合金的(de)最宜耐蝕性(xing)。合金的(de)冷(leng)成型(xing)性(xing)能良好，但較通(tong)常的(de)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼有更(geng)大的(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)(ying)化(hua)傾向，因(yin)此在選用成型(xing)設(she)(she)備時應予以考慮(lv)。合金的(de)冷(leng)加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)(ying)化(hua)傾向列于表2-4-35，冷(leng)加(jia)工(gong)(gong)(gong)硬(ying)(ying)化(hua)可以通(tong)過(guo)中間退(tui)火得到軟化(hua)。

七(qi)、熱處理工(gong)藝

  為(wei)了使合金獲得(de)最(zui)佳耐蝕性，固溶退火溫(wen)度應(ying)選(xuan)用1100~1150℃,保溫(wen)時間，視產品的截面尺寸而定(ding)，冷(leng)卻方法為(wei)水冷(leng)或快速(su)空冷(leng)。

八(ba)、應用

  此(ci)合金具有廣泛(fan)的適用(yong)(yong)性(xing)，可(ke)以(yi)生產板、管、絲、帶材、鍛件和鑄件。此(ci)合金在硫酸(suan)、磷(lin)酸(suan)、濕(shi)法(fa)磷(lin)酸(suan)、核燃料溶解液、污染(ran)控制(zhi)和造(zao)紙工(gong)業以(yi)及油氣井開采中可(ke)用(yong)(yong)以(yi)制(zhi)作管道、容器、換熱器、泵和閥門。