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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世(shi)紀60年代中期發展的(de)(de)一種既耐硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)又耐磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)蝕的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐蝕合(he)(he)金(jin)(jin)，定名為Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)。此合(he)(he)金(jin)(jin)除了在(zai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)中具(ju)(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)耐蝕性外，在(zai)氧化(hua)－還原性介質(zhi)中也具(ju)(ju)有(you)優(you)秀的(de)(de)耐腐(fu)蝕能力。在(zai)含氟硅(gui)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)鹽、氯(lv)離子、氟離子、硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)混合(he)(he)介質(zhi)中，Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)(ju)有(you)優(you)異(yi)的(de)(de)耐蝕性。此外，該(gai)合(he)(he)金(jin)(jin)亦具(ju)(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)耐局部腐(fu)蝕性能，如晶間腐(fu)蝕、點腐(fu)蝕和(he)縫隙腐(fu)蝕等。

  在20多(duo)年的(de)應用實踐過程(cheng)中(zhong)，在HastelloyG合金的(de)基礎上又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等合金，最終(zhong)形成了Hastelloy G合金系列。

一、化學(xue)成分和組織特(te)點

  Hestelloy G合(he)(he)金(jin)的化學成分列于(yu)表2-4-16中(zhong)(zhong)。在不同(tong)國家中(zhong)(zhong)，合(he)(he)金(jin)中(zhong)(zhong)主(zhu)要合(he)(he)金(jin)元(yuan)素Cr、Ni、Mo、Cu等的含量基本一(yi)致，只是(shi)碳含量的上限值有所差別。

  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(er)、耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)能

  1. 全面腐蝕

    ①. 海(hai)水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬的(de)(de)(de)(de)恰當配比(bi)，使其既耐低流(liu)速(su)又耐高流(liu)速(su)海(hai)(hai)水的(de)(de)(de)(de)腐蝕，在(zai)被污染的(de)(de)(de)(de)海(hai)(hai)水和(he)(he)有(you)海(hai)(hai)洋有(you)機物附(fu)著的(de)(de)(de)(de)海(hai)(hai)水環境(jing)中(zhong)也具有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)耐點蝕和(he)(he)耐縫隙腐蝕性能。在(zai)深(shen)海(hai)(hai)（720~2070m)環境(jing)的(de)(de)(de)(de)海(hai)(hai)水和(he)(he)埋在(zai)沉積(ji)物中(zhong)的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)結果指出，在(zai)123~1064天暴露過程中(zhong)，Hastelloy G未出現局部腐蝕。

    ②. 工業水

     在(zai)含有氯化物、硫(liu)酸鹽、有機物工業廢(fei)水(shui)中此類合金具(ju)有良好(hao)的耐蝕性，在(zai)22℃的上述工業廢(fei)水(shui)中Hastelloy G合金的腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫(liu)酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金(jin)在(zai)(zai)純硫酸(suan)(suan)中的(de)(de)(de)腐蝕(shi)數據(ju)見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為(wei)在(zai)(zai)工廠(chang)實(shi)際條件下(xia)的(de)(de)(de)試驗(yan)結果，圖2-4-16系在(zai)(zai)實(shi)驗(yan)室不(bu)充氣的(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)中的(de)(de)(de)試驗(yan)結果。由這些(xie)數據(ju)可以看出，此合金(jin)在(zai)(zai)全(quan)濃硫酸(suan)(suan)中40℃以下(xia)使用(yong)是安全(quan)的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)濃度為(wei)20%~60%的(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)中可使用(yong)到近90℃,而沸騰溫度時僅能在(zai)(zai)低于10%的(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)中使用(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(yan)酸(suan)較硫酸(suan)具有更強的(de)腐(fu)蝕(shi)性(xing)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金僅在室(shi)溫或略高于(yu)室(shi)溫，濃度小(xiao)于(yu)2%的(de)稀鹽(yan)酸(suan)中耐(nai)蝕(shi)。合(he)金在鹽(yan)酸(suan)中的(de)腐(fu)蝕(shi)數據列于(yu)表(biao)2-4-21和圖2-4-19。

    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。

    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(shi)氯、鹽和有機(ji)物

    在(zai)濕氯、鹽類和有機(ji)物等介(jie)質中，此合金的耐蝕性見(jian)表2-4-25。

   2. 晶間腐蝕(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. 點腐蝕和縫隙腐蝕

 由于此合金具有高(gao)鉻(ge)、鉬(mu)含(han)量，因此具有良(liang)(liang)好的耐點(dian)蝕(shi)和縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性能，在產(chan)生點(dian)蝕(shi)和縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)的環境(jing)中常常被(bei)選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐點(dian)蝕(shi)和縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)性能見表2-4-26~表2-4-28.由這些數(shu)據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污染的凈化二氧化硫系統中具有良(liang)(liang)好的耐點(dian)蝕(shi)性能，但在模擬凈化條件下(xia)只能在50℃以下(xia)使用(yong)。

  4. 應力腐蝕

  在高(gao)濃氯(lv)化(hua)物中(zhong)，此(ci)合金的耐(nai)應(ying)力腐蝕斷裂性能(neng)優于一般奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼和其他鐵鎳(nie)基合金，與Hastelloy C-276鎳(nie)基耐(nai)蝕合金相當。實驗(yan)室試驗(yan)結(jie)果列于表2-4-29中(zhong)。

三、力學性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低溫、室溫和高(gao)濕(shi)力學(xue)性能(neng)等列于表2-4-30~表2-4-33中。

四(si)、物理性(xing)能(neng)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合(he)金的物理性能常數(shu)列于(yu)表 2-4-34 中。

五(wu)、焊接性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有(you)良(liang)好的焊(han)(han)接性能，可采用常規(gui)焊(han)(han)接方法進行(xing)焊(han)(han)接，焊(han)(han)前(qian)、焊(han)(han)后均不需熱處理。在焊(han)(han)接時(shi)應控制(zhi)熱輸(shu)入量，層間溫度≤150℃.焊(han)(han)芯材(cai)料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷(leng)熱加工及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加(jia)(jia)工(gong)性能良(liang)好。熱加(jia)(jia)工(gong)溫度范圍為900~1150℃.最適(shi)宜的(de)加(jia)(jia)熱溫度為．1150℃.設(she)備制(zhi)造過程(cheng)中，在(zai)熱成型(xing)(xing)后，建(jian)議進行固溶處理，以(yi)便保持(chi)合金的(de)最宜耐(nai)蝕(shi)性。合金的(de)冷(leng)成型(xing)(xing)性能良(liang)好，但較通(tong)常(chang)的(de)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼有更大的(de)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)(ying)化傾向，因此在(zai)選(xuan)用成型(xing)(xing)設(she)備時應(ying)予以(yi)考慮(lv)。合金的(de)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)(ying)化傾向列于表2-4-35，冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)(ying)化可以(yi)通(tong)過中間退火得(de)到軟化。

七(qi)、熱處理工藝

  為(wei)(wei)了使(shi)合金獲得最佳耐蝕性(xing)，固溶退(tui)火溫(wen)度應(ying)選用1100~1150℃,保溫(wen)時間，視產品(pin)的截面尺寸(cun)而定，冷卻方(fang)法(fa)為(wei)(wei)水冷或快(kuai)速空(kong)冷。

八(ba)、應用

  此合金(jin)具(ju)有廣泛的適用性(xing)，可以(yi)(yi)生(sheng)產板、管、絲、帶材、鍛(duan)件和鑄件。此合金(jin)在硫酸、磷酸、濕(shi)法磷酸、核(he)燃料(liao)溶解(jie)液、污染(ran)控制和造紙工(gong)業以(yi)(yi)及油氣井(jing)開采(cai)中(zhong)可用以(yi)(yi)制作管道、容器、換熱器、泵和閥門(men)。