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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世紀(ji)60年代中(zhong)期發展的(de)一(yi)種既耐(nai)(nai)硫酸(suan)(suan)又耐(nai)(nai)磷酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)合金，定(ding)名為Hastelloy G合金。此合金除了在(zai)硫酸(suan)(suan)和磷酸(suan)(suan)中(zhong)具(ju)有良好的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)外，在(zai)氧化－還原性(xing)(xing)介質(zhi)中(zhong)也具(ju)有優秀(xiu)的(de)耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)能力。在(zai)含氟硅酸(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)鹽、氯離子、氟離子、硝(xiao)酸(suan)(suan)的(de)硫酸(suan)(suan)和磷酸(suan)(suan)的(de)混合介質(zhi)中(zhong)，Hastelloy G合金具(ju)有優異的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)。此外，該合金亦(yi)具(ju)有良好的(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能，如晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)和縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)等。

  在20多年(nian)的應用(yong)實踐過程(cheng)中(zhong)，在HastelloyG合(he)金的基礎上又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及(ji)G35、G50等合(he)金，最終形(xing)成(cheng)了Hastelloy G合(he)金系列。

一、化學(xue)成分和組織特點

  Hestelloy G合金(jin)(jin)的(de)化(hua)學成分列于(yu)表(biao)2-4-16中。在不(bu)同(tong)國(guo)家(jia)中，合金(jin)(jin)中主要(yao)合金(jin)(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基本一(yi)致，只是(shi)碳含量的(de)上限值有(you)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(quan)面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于(yu)鉻、鉬的(de)(de)恰(qia)當配比，使其既(ji)耐(nai)低流速又耐(nai)高(gao)流速海水的(de)(de)腐(fu)蝕，在(zai)被污(wu)染的(de)(de)海水和有海洋(yang)有機物附著的(de)(de)海水環境中也具有足(zu)夠的(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕和耐(nai)縫隙(xi)腐(fu)蝕性能(neng)。在(zai)深海（720~2070m)環境的(de)(de)海水和埋在(zai)沉(chen)積物中的(de)(de)試驗結(jie)果指出，在(zai)123~1064天暴露過程中，Hastelloy G未(wei)出現局(ju)部腐(fu)蝕。

    ②. 工業(ye)水

     在(zai)含有氯化物、硫(liu)酸(suan)鹽(yan)、有機物工業廢水(shui)中(zhong)此類合金具有良好的(de)耐蝕(shi)性，在(zai)22℃的(de)上述(shu)工業廢水(shui)中(zhong)Hastelloy G合金的(de)腐蝕(shi)速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金(jin)在(zai)純硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)腐蝕數(shu)據見表2-4-17和圖(tu)2-4-16。表2-4-17為在(zai)工廠實際條件下(xia)(xia)的(de)(de)試驗結果，圖(tu)2-4-16系(xi)在(zai)實驗室不充氣的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)試驗結果。由這些數(shu)據可(ke)以看出，此(ci)合(he)金(jin)在(zai)全濃(nong)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)40℃以下(xia)(xia)使用是安全的(de)(de)。在(zai)濃(nong)度為20%~60%的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)(zhong)可(ke)使用到近90℃,而沸(fei)騰(teng)溫度時(shi)僅能在(zai)低于10%的(de)(de)硫(liu)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. 鹽酸

    鹽(yan)酸較(jiao)硫酸具有更(geng)強(qiang)的腐(fu)蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)(he)金(jin)僅(jin)在(zai)室溫或略高(gao)于室溫，濃度小于2%的稀(xi)鹽(yan)酸中耐蝕。合(he)(he)金(jin)在(zai)鹽(yan)酸中的腐(fu)蝕數據列于表2-4-21和圖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(suan)

   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. 濕氯(lv)、鹽(yan)和有(you)機物(wu)

    在濕氯、鹽類和有機(ji)物等介質中，此合金的(de)耐蝕性見表(biao)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. 點腐蝕和縫隙腐蝕

 由于此(ci)合金(jin)具(ju)有(you)(you)高鉻、鉬含(han)量(liang)，因(yin)此(ci)具(ju)有(you)(you)良(liang)好(hao)的(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)和縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)，在產(chan)生點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)和縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)環(huan)境中常常被(bei)選用(yong)(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)和縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由這些數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污(wu)染(ran)的(de)凈化(hua)二氧(yang)化(hua)硫(liu)系統中具(ju)有(you)(you)良(liang)好(hao)的(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)性能(neng)，但(dan)在模擬凈化(hua)條件下只能(neng)在50℃以(yi)下使(shi)用(yong)(yong)。

  4. 應力腐(fu)蝕

  在高(gao)濃氯化物中，此合(he)金的耐應力(li)腐蝕(shi)斷裂性能(neng)優于一般(ban)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼和其他鐵鎳基(ji)(ji)合(he)金，與Hastelloy C-276鎳基(ji)(ji)耐蝕(shi)合(he)金相當。實(shi)驗室(shi)試驗結果(guo)列于表2-4-29中。

三、力學性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低溫、室溫和高濕力(li)學(xue)性能(neng)等列于表(biao)2-4-30~表(biao)2-4-33中。

四、物理(li)性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合(he)金的物理性能(neng)常數列于表 2-4-34 中。

五、焊接(jie)性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良(liang)好(hao)的焊(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、焊(han)(han)后(hou)均(jun)不(bu)需熱處理。在焊(han)(han)接時應控制(zhi)熱輸(shu)入(ru)量，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)、冷熱加工(gong)及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱(re)加(jia)工(gong)(gong)性(xing)能良好(hao)。熱(re)加(jia)工(gong)(gong)溫度(du)范(fan)圍為900~1150℃.最(zui)適(shi)宜的(de)加(jia)熱(re)溫度(du)為．1150℃.設(she)備制造過程中，在(zai)熱(re)成(cheng)型(xing)后，建議進行固(gu)溶處理，以便保持合金的(de)最(zui)宜耐蝕性(xing)。合金的(de)冷成(cheng)型(xing)性(xing)能良好(hao)，但較通(tong)常的(de)奧氏體不銹鋼有(you)更大的(de)加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)傾(qing)向，因此在(zai)選(xuan)用成(cheng)型(xing)設(she)備時(shi)應予(yu)以考慮。合金的(de)冷加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)傾(qing)向列于表2-4-35，冷加(jia)工(gong)(gong)硬化(hua)(hua)可以通(tong)過中間(jian)退火(huo)得到(dao)軟化(hua)(hua)。

七、熱處理(li)工(gong)藝

  為了使合金獲(huo)得最佳耐蝕(shi)性，固溶(rong)退火(huo)溫度應選用1100~1150℃,保(bao)溫時間，視產品的截面尺寸而定，冷卻方法(fa)為水冷或快速(su)空冷。

八、應用

  此(ci)合金(jin)具(ju)有(you)廣泛的適用性，可以生(sheng)產(chan)板、管、絲(si)、帶材(cai)、鍛件和(he)鑄件。此(ci)合金(jin)在硫酸(suan)、磷(lin)(lin)酸(suan)、濕法磷(lin)(lin)酸(suan)、核燃料(liao)溶解液、污染控制和(he)造紙工業(ye)以及油氣井開采中可用以制作管道、容器(qi)、換熱器(qi)、泵和(he)閥(fa)門。