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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(de)(de)(de)一種既耐(nai)硫酸又(you)耐(nai)磷酸腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)(he)(he)金，定名為Hastelloy G合(he)(he)(he)金。此(ci)合(he)(he)(he)金除了在(zai)硫酸和(he)磷酸中(zhong)具有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)外，在(zai)氧化－還原(yuan)性(xing)介質中(zhong)也具有(you)優(you)秀的(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力。在(zai)含氟硅酸、硫酸鹽、氯離子(zi)、氟離子(zi)、硝(xiao)酸的(de)(de)(de)硫酸和(he)磷酸的(de)(de)(de)混合(he)(he)(he)介質中(zhong)，Hastelloy G合(he)(he)(he)金具有(you)優(you)異的(de)(de)(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)。此(ci)外，該(gai)合(he)(he)(he)金亦具有(you)良(liang)好的(de)(de)(de)耐(nai)局部(bu)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能(neng)，如晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)等。

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

一、化學成(cheng)分和組織特點

  Hestelloy G合金的(de)化(hua)學成分列于(yu)表(biao)2-4-16中。在(zai)不同國家中，合金中主要(yao)合金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含(han)量(liang)基本一(yi)致，只是碳含(han)量(liang)的(de)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、耐腐(fu)蝕性能

  1. 全(quan)面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合(he)金(jin)由于(yu)鉻、鉬的恰當配比(bi)，使(shi)其(qi)既耐(nai)(nai)低流速又耐(nai)(nai)高流速海(hai)(hai)(hai)水(shui)的腐(fu)蝕(shi)(shi)，在(zai)被污染的海(hai)(hai)(hai)水(shui)和(he)有海(hai)(hai)(hai)洋有機物附著的海(hai)(hai)(hai)水(shui)環(huan)境(jing)中(zhong)也具有足夠的耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)和(he)耐(nai)(nai)縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)(shi)性能。在(zai)深海(hai)(hai)(hai)（720~2070m)環(huan)境(jing)的海(hai)(hai)(hai)水(shui)和(he)埋在(zai)沉積(ji)物中(zhong)的試驗結果指出，在(zai)123~1064天暴(bao)露(lu)過(guo)程中(zhong)，Hastelloy G未出現局部腐(fu)蝕(shi)(shi)。

    ②. 工(gong)業水

     在含有氯化物、硫酸鹽(yan)、有機物工(gong)業廢水中此(ci)類合(he)金(jin)(jin)具有良好的(de)耐蝕(shi)性，在22℃的(de)上(shang)述工(gong)業廢水中Hastelloy G合(he)金(jin)(jin)的(de)腐(fu)蝕(shi)速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金在(zai)(zai)(zai)純硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)腐蝕(shi)數據(ju)見(jian)表2-4-17和圖(tu)2-4-16。表2-4-17為在(zai)(zai)(zai)工廠實(shi)(shi)際條件下的(de)試驗(yan)結(jie)果(guo)，圖(tu)2-4-16系在(zai)(zai)(zai)實(shi)(shi)驗(yan)室不(bu)充氣(qi)的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)試驗(yan)結(jie)果(guo)。由這(zhe)些數據(ju)可以看出，此合(he)金在(zai)(zai)(zai)全濃(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)40℃以下使(shi)用是安全的(de)。在(zai)(zai)(zai)濃(nong)度為20%~60%的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)可使(shi)用到近90℃,而沸騰溫度時僅能在(zai)(zai)(zai)低于10%的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)使(shi)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(liu)酸(suan)具有更強的(de)腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金僅在室溫(wen)或略高于(yu)室溫(wen)，濃度小于(yu)2%的(de)稀鹽(yan)酸(suan)中(zhong)耐蝕。合金在鹽(yan)酸(suan)中(zhong)的(de)腐蝕數據列于(yu)表2-4-21和圖(tu)2-4-19。

    ⑥. 氫氟酸(suan)和(he)氟硅酸(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(he)燃料包殼溶解(jie)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(you)機物

    在濕氯、鹽類和有機物等介質(zhi)中(zhong)，此合金的耐蝕性見表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)腐蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐蝕(shi)(shi)

 由(you)于此(ci)合金(jin)具(ju)有(you)(you)(you)高鉻、鉬含量，因此(ci)具(ju)有(you)(you)(you)良(liang)好的(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性能(neng)，在(zai)產生(sheng)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)環境中常(chang)常(chang)被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性能(neng)見表(biao)(biao)2-4-26~表(biao)(biao)2-4-28.由(you)這些數據可知(zhi)，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控制污染(ran)的(de)凈化二氧(yang)化硫系統中具(ju)有(you)(you)(you)良(liang)好的(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)性能(neng)，但在(zai)模擬凈化條(tiao)件下只能(neng)在(zai)50℃以下使用(yong)。

  4. 應力腐蝕

  在高濃氯化物中，此合金(jin)的(de)耐應(ying)力腐蝕斷(duan)裂性能優(you)于(yu)一(yi)般(ban)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼和其他鐵(tie)鎳基合金(jin)，與Hastelloy C-276鎳基耐蝕合金(jin)相當(dang)。實驗室試(shi)驗結(jie)果列(lie)于(yu)表2-4-29中。

三、力學性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低溫、室(shi)溫和高濕(shi)力(li)學性能等列于表2-4-30~表2-4-33中。

四、物(wu)理性(xing)能(neng)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物理性能(neng)常數列于(yu)表(biao) 2-4-34 中(zhong)。

五、焊接(jie)性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有(you)良好的(de)焊(han)(han)接性能，可采用常規焊(han)(han)接方法進行焊(han)(han)接，焊(han)(han)前(qian)、焊(han)(han)后均不(bu)需熱處理。在焊(han)(han)接時應控(kong)制(zhi)熱輸入量(liang)，層間溫度≤150℃.焊(han)(han)芯材料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六(liu)、冷熱(re)加工(gong)及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)(de)熱(re)加(jia)(jia)工(gong)性(xing)能良好(hao)。熱(re)加(jia)(jia)工(gong)溫度范圍(wei)為900~1150℃.最適宜(yi)的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)溫度為．1150℃.設備制造(zao)過程中，在熱(re)成(cheng)型(xing)后(hou)，建議進行(xing)固溶(rong)處(chu)理，以便保持(chi)合金(jin)的(de)(de)最宜(yi)耐蝕(shi)性(xing)。合金(jin)的(de)(de)冷(leng)成(cheng)型(xing)性(xing)能良好(hao)，但較通常(chang)的(de)(de)奧氏體不(bu)銹鋼有更大的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)傾向，因此在選用(yong)成(cheng)型(xing)設備時應予以考慮。合金(jin)的(de)(de)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)傾向列于表2-4-35，冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)可以通過中間退火得到軟(ruan)化(hua)(hua)。

七、熱(re)處理(li)工(gong)藝

  為了使(shi)合金獲得最(zui)佳耐蝕性(xing)，固溶退(tui)火溫度應選用1100~1150℃,保溫時(shi)間，視產(chan)品的截面尺寸(cun)而(er)定，冷卻方法為水冷或(huo)快速(su)空冷。

八、應(ying)用

  此合金具有廣泛的(de)適用性(xing)，可(ke)以(yi)生(sheng)產板、管(guan)、絲、帶材(cai)、鍛件和(he)鑄件。此合金在硫酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料溶(rong)解液、污染(ran)控制和(he)造紙工業以(yi)及油氣井開采(cai)中可(ke)用以(yi)制作管(guan)道、容器、換熱器、泵和(he)閥門。