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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金(jin)是20世(shi)紀60年代中期(qi)發展(zhan)的(de)一(yi)種既(ji)耐(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)又(you)耐(nai)磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合(he)金，定名為Hastelloy G合(he)金。此合(he)金除了在硫(liu)酸(suan)(suan)和磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)中具(ju)(ju)(ju)有良好的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)外，在氧化－還(huan)原性(xing)介(jie)質(zhi)(zhi)中也具(ju)(ju)(ju)有優秀的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能力。在含氟硅酸(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)鹽、氯離子、氟離子、硝酸(suan)(suan)的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)和磷(lin)(lin)酸(suan)(suan)的(de)混合(he)介(jie)質(zhi)(zhi)中，Hastelloy G合(he)金具(ju)(ju)(ju)有優異的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)。此外，該合(he)金亦具(ju)(ju)(ju)有良好的(de)耐(nai)局部腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)能，如(ru)晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點(dian)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)等。

  在20多(duo)年的(de)應(ying)用實(shi)踐過程中，在HastelloyG合(he)(he)金的(de)基礎上(shang)又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等合(he)(he)金，最終形成了Hastelloy G合(he)(he)金系列。

一、化學成分和組織特點(dian)

  Hestelloy G合金(jin)(jin)的(de)化學成(cheng)分列于表2-4-16中(zhong)。在不同國家中(zhong)，合金(jin)(jin)中(zhong)主要合金(jin)(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基本一致，只(zhi)是碳含量的(de)上限值(zhi)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(fu)蝕性能(neng)

  1. 全面腐蝕

    ①. 海(hai)水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于(yu)鉻、鉬(mu)的(de)(de)恰當配(pei)比，使其既耐低(di)流(liu)速(su)又耐高流(liu)速(su)海水的(de)(de)腐蝕，在(zai)被(bei)污染(ran)的(de)(de)海水和有(you)海洋有(you)機物附著的(de)(de)海水環(huan)(huan)境中(zhong)也(ye)具有(you)足夠的(de)(de)耐點(dian)蝕和耐縫(feng)隙腐蝕性能(neng)。在(zai)深海（720~2070m)環(huan)(huan)境的(de)(de)海水和埋在(zai)沉積(ji)物中(zhong)的(de)(de)試驗結果(guo)指出，在(zai)123~1064天暴露過程(cheng)中(zhong)，Hastelloy G未出現局部(bu)腐蝕。

    ②. 工業水

     在(zai)含有氯化物、硫酸鹽、有機物工業廢水中此類合金具有良(liang)好的(de)(de)耐蝕性，在(zai)22℃的(de)(de)上述工業廢水中Hastelloy G合金的(de)(de)腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在(zai)(zai)純硫(liu)酸中的(de)(de)腐蝕數據(ju)見表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為在(zai)(zai)工廠實際條件下的(de)(de)試驗結果(guo)，圖2-4-16系在(zai)(zai)實驗室不充氣的(de)(de)硫(liu)酸中的(de)(de)試驗結果(guo)。由這些數據(ju)可(ke)以看(kan)出，此合金在(zai)(zai)全濃(nong)硫(liu)酸中40℃以下使用是安(an)全的(de)(de)。在(zai)(zai)濃(nong)度為20%~60%的(de)(de)硫(liu)酸中可(ke)使用到近90℃,而(er)沸騰溫度時僅能(neng)在(zai)(zai)低(di)于10%的(de)(de)硫(liu)酸中使用。

      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)(suan)較硫酸(suan)(suan)具(ju)有更(geng)強的腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)僅在室溫(wen)或略高于(yu)室溫(wen)，濃度(du)小于(yu)2%的稀鹽(yan)酸(suan)(suan)中(zhong)耐(nai)蝕。合金(jin)在鹽(yan)酸(suan)(suan)中(zhong)的腐蝕數(shu)據列(lie)于(yu)表2-4-21和(he)圖2-4-19。

    ⑥. 氫(qing)氟(fu)酸和氟(fu)硅(gui)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(he)燃(ran)料包殼(ke)溶(rong)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、鹽和有機物

    在濕氯、鹽類和有機物等介質中，此合金的耐蝕性(xing)見表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(you)(you)于此(ci)合金具(ju)有(you)高鉻、鉬含量，因此(ci)具(ju)有(you)良好的(de)耐點蝕(shi)和(he)(he)縫隙(xi)腐蝕(shi)性能(neng)，在產生點蝕(shi)和(he)(he)縫隙(xi)腐蝕(shi)的(de)環境中(zhong)常(chang)常(chang)被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐點蝕(shi)和(he)(he)縫隙(xi)腐蝕(shi)性能(neng)見(jian)表2-4-26~表2-4-28.由(you)(you)這些(xie)數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污染的(de)凈(jing)化二氧(yang)化硫系統中(zhong)具(ju)有(you)良好的(de)耐點蝕(shi)性能(neng)，但(dan)在模擬凈(jing)化條件(jian)下(xia)只能(neng)在50℃以下(xia)使用(yong)。

  4. 應力腐蝕

  在(zai)高濃氯化物(wu)中，此合金的耐應(ying)力(li)腐(fu)蝕斷裂性能優于一(yi)般奧氏體不銹鋼和其(qi)他鐵鎳基合金，與Hastelloy C-276鎳基耐蝕合金相(xiang)當(dang)。實驗室試驗結果列于表(biao)2-4-29中。

三、力學性(xing)能

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

四、物理性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物(wu)理性能常數列于表 2-4-34 中。

五(wu)、焊接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良好的焊(han)接性(xing)能，可采用常規焊(han)接方(fang)法進行焊(han)接，焊(han)前、焊(han)后(hou)均不(bu)需熱處理。在焊(han)接時應控制熱輸入量，層(ceng)間溫度(du)≤150℃.焊(han)芯材(cai)料為Nicrofer S6020,其成分(fen)為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加(jia)工(gong)及成型性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加(jia)工性能(neng)良好。熱加(jia)工溫度范圍(wei)為(wei)900~1150℃.最適宜(yi)的(de)加(jia)熱溫度為(wei)．1150℃.設備制造過(guo)程(cheng)中(zhong)，在(zai)熱成(cheng)型后，建議進行(xing)固溶處理，以便保持(chi)合金(jin)的(de)最宜(yi)耐蝕性。合金(jin)的(de)冷(leng)成(cheng)型性能(neng)良好，但較(jiao)通(tong)常(chang)的(de)奧(ao)氏體不銹鋼有更(geng)大的(de)加(jia)工硬化(hua)(hua)傾向，因此在(zai)選用成(cheng)型設備時應予(yu)以考(kao)慮。合金(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工硬化(hua)(hua)傾向列(lie)于表2-4-35，冷(leng)加(jia)工硬化(hua)(hua)可以通(tong)過(guo)中(zhong)間退(tui)火得(de)到軟(ruan)化(hua)(hua)。

七、熱處理工藝

  為了使合金獲得最佳(jia)耐(nai)蝕性，固溶退火溫度應選用(yong)1100~1150℃,保溫時(shi)間，視產品(pin)的截面尺寸而定，冷卻(que)方法為水冷或快速(su)空冷。

八、應用

  此合金(jin)具有(you)廣泛的適用性，可以生產板(ban)、管(guan)、絲、帶材(cai)、鍛(duan)件和鑄(zhu)件。此合金(jin)在硫(liu)酸(suan)、磷(lin)酸(suan)、濕法磷(lin)酸(suan)、核燃料溶解液、污(wu)染(ran)控制(zhi)和造(zao)紙工業以及油氣井開采(cai)中可用以制(zhi)作(zuo)管(guan)道(dao)、容器(qi)、換(huan)熱(re)器(qi)、泵和閥門。