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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世紀60年代中期發展的(de)(de)(de)一種(zhong)既耐(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)又耐(nai)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)(he)金，定名為Hastelloy G合(he)(he)金。此(ci)合(he)(he)金除了在硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)中具(ju)有良好的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)外，在氧化－還(huan)原性(xing)(xing)介質中也具(ju)有優(you)秀(xiu)的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力。在含氟硅酸(suan)(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽、氯離子(zi)、氟離子(zi)、硝酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)混(hun)合(he)(he)介質中，Hastelloy G合(he)(he)金具(ju)有優(you)異的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。此(ci)外，該合(he)(he)金亦(yi)具(ju)有良好的(de)(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)，如(ru)晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。

  在20多年的應用實(shi)踐過程中，在HastelloyG合(he)金(jin)的基礎上又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等合(he)金(jin)，最終形(xing)成了Hastelloy G合(he)金(jin)系列。

一、化學成分和組織(zhi)特點(dian)

  Hestelloy G合金(jin)的(de)(de)(de)化(hua)學(xue)成分列于(yu)表2-4-16中。在不同國家中，合金(jin)中主要合金(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)(de)(de)含量(liang)基本一致，只(zhi)是(shi)碳含量(liang)的(de)(de)(de)上限(xian)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(nai)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)

  1. 全面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬的恰當配比，使其既耐低流速(su)又(you)耐高流速(su)海(hai)(hai)水(shui)的腐蝕，在被污染的海(hai)(hai)水(shui)和有(you)海(hai)(hai)洋(yang)有(you)機物(wu)附(fu)著的海(hai)(hai)水(shui)環境中也具(ju)有(you)足夠的耐點蝕和耐縫隙腐蝕性能。在深海(hai)(hai)（720~2070m)環境的海(hai)(hai)水(shui)和埋在沉積物(wu)中的試驗結果指出(chu)，在123~1064天暴(bao)露(lu)過程中，Hastelloy G未(wei)出(chu)現局部(bu)腐蝕。

    ②. 工(gong)業(ye)水

     在含有氯化物、硫酸(suan)鹽、有機物工業廢(fei)水中此(ci)類合金具有良好的耐蝕(shi)性(xing)，在22℃的上述工業廢(fei)水中Hastelloy G合金的腐(fu)蝕(shi)速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金(jin)在(zai)純硫酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕數(shu)據見表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為在(zai)工廠實際(ji)條(tiao)件下的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)，圖2-4-16系在(zai)實驗(yan)室不充(chong)氣的(de)(de)(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)。由這(zhe)些(xie)數(shu)據可以看(kan)出，此合(he)金(jin)在(zai)全濃硫酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)40℃以下使用是安全的(de)(de)(de)。在(zai)濃度(du)為20%~60%的(de)(de)(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)可使用到近90℃,而沸(fei)騰溫度(du)時(shi)僅能在(zai)低于(yu)10%的(de)(de)(de)硫酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)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(yan)酸

    鹽(yan)酸(suan)較硫酸(suan)具有更強的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)僅在室(shi)溫(wen)或(huo)略(lve)高于(yu)室(shi)溫(wen)，濃度小于(yu)2%的(de)稀鹽(yan)酸(suan)中(zhong)耐蝕(shi)(shi)。合(he)金(jin)在鹽(yan)酸(suan)中(zhong)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)數據(ju)列(lie)于(yu)表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸和氟(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(ran)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(shi)氯、鹽(yan)和有機物

    在濕氯、鹽(yan)類和有機物等介質中，此合(he)金(jin)的耐蝕(shi)性見表2-4-25。

   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。

  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)蝕和縫隙腐(fu)(fu)蝕

 由于此合(he)金(jin)具有(you)(you)高鉻、鉬含量，因此具有(you)(you)良好的耐(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)，在(zai)產生(sheng)點蝕(shi)(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的環境中常(chang)常(chang)被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)耐(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由這些數據(ju)可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控制(zhi)污染(ran)的凈化二氧(yang)化硫系統中具有(you)(you)良好的耐(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)，但在(zai)模(mo)擬凈化條件下只能(neng)在(zai)50℃以下使用。

  4. 應力腐蝕

  在高濃氯化物中(zhong)，此合金(jin)(jin)的耐應力腐(fu)蝕斷裂性(xing)能優于(yu)一般奧(ao)氏體不銹鋼和其他鐵鎳基合金(jin)(jin)，與(yu)Hastelloy C-276鎳基耐蝕合金(jin)(jin)相當。實驗室試驗結果列于(yu)表(biao)2-4-29中(zhong)。

三、力學(xue)性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金(jin)的低溫(wen)、室(shi)溫(wen)和高濕(shi)力學性能(neng)等列于表(biao)(biao)2-4-30~表(biao)(biao)2-4-33中(zhong)。

四、物理(li)性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物理性能(neng)常(chang)數列于表(biao) 2-4-34 中。

五(wu)、焊接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有(you)良好的(de)焊(han)接(jie)性能，可(ke)采用常規(gui)焊(han)接(jie)方法進行焊(han)接(jie)，焊(han)前、焊(han)后均不需(xu)熱處理(li)。在焊(han)接(jie)時應控(kong)制熱輸入量(liang)，層(ceng)間溫度≤150℃.焊(han)芯(xin)材料為(wei)Nicrofer S6020,其成(cheng)分為(wei)0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷(leng)熱加工(gong)及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加(jia)工(gong)(gong)性(xing)能良好(hao)。熱加(jia)工(gong)(gong)溫度范圍為900~1150℃.最適宜的(de)加(jia)熱溫度為．1150℃.設(she)備(bei)制造過程中(zhong)，在(zai)熱成(cheng)型(xing)(xing)后，建議進行固溶處(chu)理，以(yi)(yi)(yi)便(bian)保持合(he)金(jin)的(de)最宜耐(nai)蝕性(xing)。合(he)金(jin)的(de)冷(leng)成(cheng)型(xing)(xing)性(xing)能良好(hao)，但較通常的(de)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼有更大的(de)加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)(hua)傾向(xiang)，因此(ci)在(zai)選用成(cheng)型(xing)(xing)設(she)備(bei)時應予以(yi)(yi)(yi)考慮。合(he)金(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)(hua)傾向(xiang)列于(yu)表2-4-35，冷(leng)加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)(hua)可(ke)以(yi)(yi)(yi)通過中(zhong)間退(tui)火得到(dao)軟化(hua)(hua)(hua)。

七(qi)、熱處理工藝

  為(wei)了(le)使合(he)金獲得最佳耐蝕(shi)性，固溶退火溫(wen)(wen)度應(ying)選用1100~1150℃,保溫(wen)(wen)時間，視產品的截(jie)面尺(chi)寸而定，冷(leng)卻方(fang)法為(wei)水冷(leng)或快(kuai)速空冷(leng)。

八、應用

  此合(he)金具有(you)廣泛(fan)的適(shi)用(yong)(yong)性，可以生產板(ban)、管(guan)、絲、帶材、鍛件(jian)和(he)鑄(zhu)件(jian)。此合(he)金在(zai)硫酸、磷酸、濕法磷酸、核燃料(liao)溶(rong)解(jie)液、污染控制和(he)造紙工業以及油氣井開采中可用(yong)(yong)以制作管(guan)道(dao)、容器、換熱器、泵和(he)閥門。