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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合(he)金是20世紀(ji)60年代(dai)中(zhong)期發展的(de)一種(zhong)既耐(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)又耐(nai)(nai)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)合(he)(he)金(jin)(jin)，定名為Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)。此(ci)合(he)(he)金(jin)(jin)除了在硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性外，在氧化－還(huan)原性介質(zhi)中(zhong)也具(ju)(ju)有優秀的(de)耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能(neng)力(li)。在含氟(fu)硅酸(suan)(suan)(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、氯離子、氟(fu)離子、硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)(suan)和(he)磷酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)混合(he)(he)介質(zhi)中(zhong)，Hastelloy G合(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)(ju)有優異的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性。此(ci)外，該合(he)(he)金(jin)(jin)亦具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)，如晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和(he)縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。

  在20多(duo)年的應(ying)用(yong)實踐(jian)過程中，在HastelloyG合金的基礎上又發展了(le)HastelloyG-3和(he) Hastelloy G-30以及G35、G50等合金，最終形成了(le)Hastelloy G合金系列。

一、化(hua)學成分和組織特點

  Hestelloy G合(he)(he)金(jin)的化學成分(fen)列于表(biao)2-4-16中。在(zai)不同國家中，合(he)(he)金(jin)中主(zhu)要合(he)(he)金(jin)元(yuan)素Cr、Ni、Mo、Cu等(deng)的含量基本一(yi)致，只是碳含量的上限值有所差別。

  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、耐腐蝕性能

  1. 全面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻(ge)、鉬的(de)恰當配比(bi)，使其既(ji)耐低流速又耐高流速海(hai)(hai)水的(de)腐蝕(shi)，在(zai)被污染(ran)的(de)海(hai)(hai)水和(he)有(you)海(hai)(hai)洋有(you)機物附(fu)著(zhu)的(de)海(hai)(hai)水環(huan)(huan)境(jing)中也(ye)具有(you)足夠的(de)耐點蝕(shi)和(he)耐縫隙腐蝕(shi)性(xing)能。在(zai)深海(hai)(hai)（720~2070m)環(huan)(huan)境(jing)的(de)海(hai)(hai)水和(he)埋在(zai)沉積(ji)物中的(de)試(shi)驗結(jie)果(guo)指(zhi)出(chu)，在(zai)123~1064天暴露過(guo)程中，Hastelloy G未出(chu)現局部腐蝕(shi)。

    ②. 工(gong)業(ye)水

     在(zai)含有氯化(hua)物、硫酸鹽(yan)、有機(ji)物工業(ye)(ye)廢(fei)(fei)水中此類合金(jin)具(ju)有良(liang)好的耐蝕(shi)性，在(zai)22℃的上述(shu)工業(ye)(ye)廢(fei)(fei)水中Hastelloy G合金(jin)的腐蝕(shi)速(su)率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在(zai)(zai)純硫(liu)(liu)酸(suan)中的(de)腐蝕數(shu)據見表2-4-17和(he)圖(tu)2-4-16。表2-4-17為在(zai)(zai)工廠實際條(tiao)件下的(de)試(shi)驗(yan)結果，圖(tu)2-4-16系在(zai)(zai)實驗(yan)室不充氣的(de)硫(liu)(liu)酸(suan)中的(de)試(shi)驗(yan)結果。由這(zhe)些數(shu)據可(ke)(ke)以看出，此(ci)合金在(zai)(zai)全濃硫(liu)(liu)酸(suan)中40℃以下使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)是安(an)全的(de)。在(zai)(zai)濃度為20%~60%的(de)硫(liu)(liu)酸(suan)中可(ke)(ke)使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)到近(jin)90℃,而沸騰溫度時僅(jin)能在(zai)(zai)低于10%的(de)硫(liu)(liu)酸(suan)中使(shi)(shi)(shi)用(yong)(yong)。

      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(liu)酸具有更強的腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金僅在室溫或略高于室溫，濃(nong)度小于2%的稀(xi)鹽(yan)酸中(zhong)耐(nai)蝕。合(he)金在鹽(yan)酸中(zhong)的腐蝕數據列(lie)于表2-4-21和圖(tu)2-4-19。

    ⑥. 氫氟酸和氟硅(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)、鹽和有機物

    在濕(shi)氯、鹽類(lei)和有機物等介(jie)質中，此合金的耐蝕性(xing)見表2-4-25。

   2. 晶間腐(fu)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)腐蝕和(he)縫隙腐蝕

 由(you)于此合(he)金具有高鉻(ge)、鉬含(han)量，因此具有良好的(de)耐點蝕(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)性(xing)能(neng)，在產生點蝕(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)的(de)環境(jing)中常常被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐點蝕(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)性(xing)能(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由(you)這些數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制(zhi)污染(ran)的(de)凈(jing)化(hua)二(er)氧化(hua)硫系統中具有良好的(de)耐點蝕(shi)性(xing)能(neng)，但在模擬凈(jing)化(hua)條件(jian)下只能(neng)在50℃以下使用(yong)。

  4. 應力腐(fu)蝕

  在高濃氯化物中，此(ci)合金(jin)的耐應力(li)腐蝕斷裂性(xing)能優于一般奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)和其他(ta)鐵鎳(nie)基(ji)合金(jin)，與Hastelloy C-276鎳(nie)基(ji)耐蝕合金(jin)相當。實驗(yan)室試驗(yan)結果列于表2-4-29中。

三、力學性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合(he)金的(de)低溫(wen)、室溫(wen)和高(gao)濕力學性能等列于表2-4-30~表2-4-33中。

四、物(wu)理(li)性能

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

五、焊接性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有良好的焊接(jie)(jie)性能(neng)，可采(cai)用(yong)常(chang)規焊接(jie)(jie)方法進行焊接(jie)(jie)，焊前、焊后均不需熱(re)處理(li)。在焊接(jie)(jie)時應控(kong)制熱(re)輸(shu)入(ru)量，層(ceng)間溫度≤150℃.焊芯材料為Nicrofer S6020,其(qi)成(cheng)分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱(re)加工(gong)及(ji)成型性能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)(de)熱加(jia)工性能(neng)良好(hao)。熱加(jia)工溫度(du)范圍為900~1150℃.最適(shi)宜(yi)的(de)(de)加(jia)熱溫度(du)為．1150℃.設備(bei)制(zhi)造過(guo)程中，在熱成(cheng)型后，建議進行固溶處理，以(yi)(yi)(yi)便保持合金的(de)(de)最宜(yi)耐(nai)蝕性。合金的(de)(de)冷(leng)成(cheng)型性能(neng)良好(hao)，但較(jiao)通常的(de)(de)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼有更大的(de)(de)加(jia)工硬化(hua)傾向(xiang)，因此在選用成(cheng)型設備(bei)時應予以(yi)(yi)(yi)考(kao)慮。合金的(de)(de)冷(leng)加(jia)工硬化(hua)傾向(xiang)列于(yu)表2-4-35，冷(leng)加(jia)工硬化(hua)可以(yi)(yi)(yi)通過(guo)中間退火得到軟化(hua)。

七(qi)、熱處理工藝(yi)

  為(wei)了使合金獲得最佳(jia)耐(nai)蝕性(xing)，固(gu)溶退(tui)火溫度(du)應選用1100~1150℃,保溫時間，視產品的截面尺寸而定，冷卻方法為(wei)水(shui)冷或快速空冷。

八(ba)、應用

  此合金具(ju)有廣泛(fan)的(de)適用性(xing)，可(ke)以(yi)生產板、管(guan)、絲、帶材、鍛件和鑄件。此合金在硫酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料溶(rong)解(jie)液、污染控制(zhi)(zhi)和造紙工業以(yi)及油氣井開采中(zhong)可(ke)用以(yi)制(zhi)(zhi)作管(guan)道(dao)、容器(qi)、換熱器(qi)、泵和閥門。