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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世紀60年代中(zhong)期發展的一種既耐硫酸(suan)(suan)又(you)耐磷酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐蝕(shi)(shi)合(he)(he)金，定(ding)名為Hastelloy G合(he)(he)金。此合(he)(he)金除了在(zai)硫酸(suan)(suan)和(he)磷酸(suan)(suan)中(zhong)具(ju)(ju)(ju)有良好的耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)外，在(zai)氧(yang)化(hua)－還原性(xing)(xing)(xing)介(jie)質(zhi)中(zhong)也(ye)具(ju)(ju)(ju)有優秀(xiu)的耐腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力。在(zai)含氟(fu)硅酸(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)鹽、氯離(li)子(zi)、氟(fu)離(li)子(zi)、硝酸(suan)(suan)的硫酸(suan)(suan)和(he)磷酸(suan)(suan)的混合(he)(he)介(jie)質(zhi)中(zhong)，Hastelloy G合(he)(he)金具(ju)(ju)(ju)有優異的耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)。此外，該合(he)(he)金亦具(ju)(ju)(ju)有良好的耐局部腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)(xing)能，如晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點(dian)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和(he)縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。

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

一、化(hua)學成分和組(zu)織特點

  Hestelloy G合(he)金(jin)的(de)(de)化學成分列(lie)于(yu)表2-4-16中(zhong)。在不同(tong)國家中(zhong)，合(he)金(jin)中(zhong)主要合(he)金(jin)元(yuan)素(su)Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)(de)含(han)量(liang)(liang)基本(ben)一致，只(zhi)是碳含(han)量(liang)(liang)的(de)(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(nai)腐蝕性能

  1. 全面腐蝕(shi)

    ①. 海(hai)水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合(he)金(jin)由于(yu)鉻、鉬的(de)恰(qia)當配比，使(shi)其既耐低流速又(you)耐高流速海(hai)水的(de)腐蝕，在被污染的(de)海(hai)水和(he)有海(hai)洋(yang)有機物附著的(de)海(hai)水環境中也(ye)具有足夠的(de)耐點蝕和(he)耐縫隙腐蝕性能。在深海(hai)（720~2070m)環境的(de)海(hai)水和(he)埋在沉積物中的(de)試驗結果指(zhi)出，在123~1064天暴露過(guo)程(cheng)中，Hastelloy G未出現(xian)局部腐蝕。

    ②. 工業水

     在含有(you)氯化(hua)物、硫酸鹽、有(you)機物工業(ye)廢水中(zhong)此類合金(jin)具有(you)良(liang)好的(de)耐蝕性，在22℃的(de)上(shang)述(shu)工業(ye)廢水中(zhong)Hastelloy G合金(jin)的(de)腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金(jin)在(zai)純硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕數(shu)據見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為(wei)在(zai)工廠實際(ji)條件(jian)下(xia)的(de)(de)(de)試驗結果，圖2-4-16系在(zai)實驗室(shi)不充氣的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)試驗結果。由(you)這些數(shu)據可以(yi)看出，此合金(jin)在(zai)全濃(nong)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)40℃以(yi)下(xia)使用是安全的(de)(de)(de)。在(zai)濃(nong)度為(wei)20%~60%的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)中(zhong)可使用到(dao)近(jin)90℃,而沸(fei)騰溫(wen)度時(shi)僅能在(zai)低于10%的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)中(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(lin)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

    鹽酸(suan)(suan)較硫酸(suan)(suan)具有更強(qiang)的腐(fu)蝕(shi)(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)僅在(zai)室(shi)溫或略高于室(shi)溫，濃度(du)小(xiao)于2%的稀(xi)鹽酸(suan)(suan)中(zhong)耐蝕(shi)(shi)。合(he)金(jin)在(zai)鹽酸(suan)(suan)中(zhong)的腐(fu)蝕(shi)(shi)數據列于表(biao)2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸(suan)(suan)和氟(fu)硅酸(suan)(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. 核燃料包殼溶(rong)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(yan)和有機物

    在(zai)濕氯、鹽類和有機物等介質中(zhong)，此合金的(de)耐蝕性見表(biao)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(fu)蝕和縫隙(xi)腐(fu)蝕

 由(you)于此(ci)合(he)金具(ju)(ju)有高鉻(ge)、鉬(mu)含量，因此(ci)具(ju)(ju)有良好(hao)的(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)，在(zai)產生點(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)環境中常常被(bei)選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐點(dian)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)(xi)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)見(jian)表(biao)(biao)2-4-26~表(biao)(biao)2-4-28.由(you)這些(xie)數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控制污染(ran)的(de)(de)凈(jing)化(hua)二氧化(hua)硫系統中具(ju)(ju)有良好(hao)的(de)(de)耐點(dian)蝕(shi)(shi)性能(neng)，但在(zai)模擬凈(jing)化(hua)條件下只能(neng)在(zai)50℃以(yi)下使用(yong)。

  4. 應(ying)力腐蝕

  在高濃氯化物中(zhong)，此合(he)金的耐(nai)應力腐蝕(shi)(shi)斷裂性能優(you)于一般奧氏體不銹鋼和其他鐵鎳基合(he)金，與Hastelloy C-276鎳基耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金相當。實(shi)驗室(shi)試驗結果(guo)列于表(biao)2-4-29中(zhong)。

三、力學性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和(he)00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低溫(wen)(wen)、室(shi)溫(wen)(wen)和(he)高濕力學性能等(deng)列于表2-4-30~表2-4-33中。

四、物理性能

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

五、焊接(jie)性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良好的焊接(jie)性(xing)能，可采用常規焊接(jie)方法進行焊接(jie)，焊前、焊后均不需熱處理。在焊接(jie)時應控制熱輸入量，層間溫度≤150℃.焊芯材料(liao)為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱(re)加工及(ji)成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加工(gong)性(xing)能良(liang)好。熱加工(gong)溫度(du)范圍為(wei)900~1150℃.最適(shi)宜的(de)加熱溫度(du)為(wei)．1150℃.設(she)(she)備制造(zao)過(guo)程中，在(zai)(zai)熱成(cheng)型后，建議進行固溶(rong)處理，以(yi)便保持合(he)金(jin)的(de)最宜耐蝕性(xing)。合(he)金(jin)的(de)冷(leng)成(cheng)型性(xing)能良(liang)好，但較(jiao)通(tong)常(chang)的(de)奧氏體不銹鋼有更大的(de)加工(gong)硬化傾(qing)向，因此在(zai)(zai)選(xuan)用(yong)成(cheng)型設(she)(she)備時應(ying)予以(yi)考(kao)慮。合(he)金(jin)的(de)冷(leng)加工(gong)硬化傾(qing)向列(lie)于表2-4-35，冷(leng)加工(gong)硬化可以(yi)通(tong)過(guo)中間退火得(de)到軟(ruan)化。

七(qi)、熱處(chu)理(li)工藝

  為了(le)使(shi)合金(jin)獲得(de)最佳耐蝕(shi)性，固溶退火溫(wen)度應選用1100~1150℃,保溫(wen)時間(jian)，視產品的截面尺寸而定，冷卻方法(fa)為水冷或快速空冷。

八、應用

  此合金具有廣(guang)泛的適用性，可(ke)以生產板、管、絲、帶材、鍛(duan)件和(he)鑄件。此合金在硫酸、磷(lin)(lin)酸、濕法磷(lin)(lin)酸、核燃料溶解(jie)液(ye)、污染控(kong)制(zhi)和(he)造紙工業以及油氣井開采中(zhong)可(ke)用以制(zhi)作管道、容器、換(huan)熱器、泵和(he)閥門。