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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世紀(jì)60年代中期發(fā)展的一種既耐硫酸又耐磷酸腐蝕的Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐蝕合金，定名為Hastelloy G合金。此合金除了在硫酸和磷酸中具有良好的耐蝕性外，在氧化－還原性介質(zhì)中也具有優(yōu)秀的耐腐蝕能力。在含氟硅酸、硫酸鹽、氯離子、氟離子、硝酸的硫酸和磷酸的混合介質(zhì)中，Hastelloy G合金具有優(yōu)異的耐蝕性。此外，該合金亦具有良好的耐局部腐蝕性能，如晶間腐蝕、點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕等。

  在20多年的應(yīng)用實(shí)踐過(guò)程中，在HastelloyG合金的基礎(chǔ)上又發(fā)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(xué)成分和組織特點(diǎn)

  Hestelloy G合金的化學(xué)成分列于表2-4-16中。在不同國(guó)家中，合金中主要合金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的含量基本一致，只是碳含量的上限值有所差別。

  此合金在工廠固溶處理?xiàng)l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(guò)熱處理進(jìn)行強(qiáng)化，只能采用冷加工方法予以強(qiáng)化。在一定受熱條件下，如在650~1093℃范圍內(nèi)進(jìn)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(shí)效所析出的沉淀相對(duì)合金的耐蝕性，特別是耐晶間腐蝕將會(huì)產(chǎn)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、鉬的恰當(dāng)配比，使其既耐低流速又耐高流速海水的腐蝕，在被污染的海水和有海洋有機(jī)物附著的海水環(huán)境中也具有足夠的耐點(diǎn)蝕和耐縫隙腐蝕性能。在深海（720~2070m)環(huán)境的海水和埋在沉積物中的試驗(yàn)結(jié)果指出，在123~1064天暴露過(guò)程中，Hastelloy G未出現(xiàn)局部腐蝕。

    ②. 工業(yè)水

     在含有氯化物、硫酸鹽、有機(jī)物工業(yè)廢水中此類(lèi)合金具有良好的耐蝕性，在22℃的上述工業(yè)廢水中Hastelloy G合金的腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在純硫酸中的腐蝕數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為在工廠實(shí)際條件下的試驗(yàn)結(jié)果，圖2-4-16系在實(shí)驗(yàn)室不充氣的硫酸中的試驗(yàn)結(jié)果。由這些數(shù)據(jù)可以看出，此合金在全濃硫酸中40℃以下使用是安全的。在濃度為20%~60%的硫酸中可使用到近90℃,而沸騰溫度時(shí)僅能在低于10%的硫酸中使用。

      在工業(yè)應(yīng)用的硫酸中，常常不是單純的純硫酸,而是常混有HF酸、鹽類(lèi)（硫酸鹽、鹽酸鹽）的硫酸。通常氧化性雜質(zhì)可以促進(jìn)合金的鈍化，進(jìn)而提高合金的耐蝕性，而還原性的雜質(zhì)，如F^-、Cl^-等會(huì)加速合金的腐蝕。在混有雜質(zhì)的硫酸中，合金的耐蝕性見(jiàn)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(dāng)在加入200ppm Cl^-的條件下，以腐蝕速率0.13mm/a作為依據(jù)，其使用溫度下降10~20℃.在氣相中，氯離子的加入對(duì)合金的耐蝕性未見(jiàn)影響。氟離子與氯離子相仿，對(duì)合金耐硫酸性能產(chǎn)生不利影響。

    ④. 磷酸 

   在化學(xué)純和含雜質(zhì)的磷酸中，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐蝕性見(jiàn)表2-4-19和圖2-4-18。在化學(xué)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(zhì)Cl^-、F^-、SO₄^2-等加速了合金的腐蝕，而三價(jià)Fe和A1因與F-形成絡(luò)合物減緩了合金的腐蝕。在化肥生產(chǎn)中，以濕法磷酸為主要原料，濕法磷酸含有大量的雜質(zhì)，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(qiáng)，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在濕法磷酸的腐蝕中的數(shù)據(jù)見(jiàn)表24-20。在不同組成的濕法磷酸中，此合金可使用到110℃,過(guò)高的溫度合金的耐蝕性急劇下降。

    ⑤. 鹽酸

    鹽酸較硫酸具有更強(qiáng)的腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金僅在室溫或略高于室溫，濃度小于2%的稀鹽酸中耐蝕。合金在鹽酸中的腐蝕數(shù)據(jù)列于表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟酸和氟硅酸

    在不通氣的氫氟酸中，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在60℃耐蝕，在較高溫度將產(chǎn)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(qiáng)烈，這種介質(zhì)在濕法磷酸生產(chǎn)中用水凈化含SiF₄氣體時(shí)產(chǎn)生，對(duì)材料也會(huì)產(chǎn)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(jiàn)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(chǎn)工藝介質(zhì)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(tǒng)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(zhì)，必須將核燃料包殼溶解，然后再進(jìn)行萃取，即通常所說(shuō)的核燃料化工后處理過(guò)程。對(duì)于不同的包殼材料采用不同的溶解介質(zhì)，為了使鋁、鋯合金、不銹鋼等包殼材料溶解，這些介質(zhì)均具有極強(qiáng)的蝕性，而溶解產(chǎn)物又會(huì)改變介質(zhì)的腐蝕性。在這類(lèi)工藝介質(zhì)中所使用的溶解器材料必須經(jīng)得起氧化性、還原性或氧化－還原性介質(zhì)的腐蝕。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金在多種復(fù)雜介質(zhì)中均具有良好的耐蝕性，可以滿(mǎn)足核燃料溶解器對(duì)結(jié)構(gòu)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(dāng)（鋁、錳、不銹鋼、鋯）包殼溶解后，溶解產(chǎn)物會(huì)減緩介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕性，而在上述介質(zhì)中溶解工藝開(kāi)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(zhì)中的耐蝕性。

    ⑨. 濕氯、鹽和有機(jī)物

    在濕氯、鹽類(lèi)和有機(jī)物等介質(zhì)中，此合金的耐蝕性見(jiàn)表2-4-25。

   2. 晶間腐蝕

  由于0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金中含有足夠的穩(wěn)定化元素Nb,因此具有良好的抗晶間腐蝕性能，可以經(jīng)受多次焊接的考驗(yàn)。然而在一定的受熱條件下，經(jīng)固溶處理的供貨狀態(tài)材料的正常組織若遭到破壞，在苛刻的腐蝕介質(zhì)中會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕，在沸騰65%HNO₃ 240h和在沸騰50%H₂SO₄+42g/LFe2(SO₄)₃120h試驗(yàn)結(jié)果指出，在649~1093℃敏化1h的合金，其耐蝕性發(fā)生明顯變化，在兩種試驗(yàn)中出現(xiàn)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(xiàn)第二個(gè)峰值。高的腐蝕速率表明了合金出現(xiàn)了晶間腐蝕，見(jiàn)圖2-4-21。

  研究結(jié)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(qū)域鉻、鉬、鎳貧化，當(dāng)其沿晶界形成連續(xù)網(wǎng)狀時(shí)，在足夠的腐蝕條件下就會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。實(shí)踐表明，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金的焊接試樣，在大多數(shù)介質(zhì)中具有與未焊合金相同的耐蝕性。

  3. 點(diǎn)腐蝕和縫隙腐蝕

 由于此合金具有高鉻、鉬含量，因此具有良好的耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能，在產(chǎn)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的環(huán)境中常常被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性能見(jiàn)表2-4-26~表2-4-28.由這些數(shù)據(jù)可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污染的凈化二氧化硫系統(tǒng)中具有良好的耐點(diǎn)蝕性能，但在模擬凈化條件下只能在50℃以下使用。

  4. 應(yīng)力腐蝕

  在高濃氯化物中，此合金的耐應(yīng)力腐蝕斷裂性能優(yōu)于一般奧氏體不銹鋼和其他鐵鎳基合金，與Hastelloy C-276鎳基耐蝕合金相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果列于表2-4-29中。

三、力學(xué)性能

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

四、物理性能

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

五、焊接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良好的焊接性能，可采用常規(guī)焊接方法進(jìn)行焊接，焊前、焊后均不需熱處理。在焊接時(shí)應(yīng)控制熱輸入量，層間溫度≤150℃.焊芯材料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加工及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的熱加工性能良好。熱加工溫度范圍為900~1150℃.最適宜的加熱溫度為．1150℃.設(shè)備制造過(guò)程中，在熱成型后，建議進(jìn)行固溶處理，以便保持合金的最宜耐蝕性。合金的冷成型性能良好，但較通常的奧氏體不銹鋼有更大的加工硬化傾向，因此在選用成型設(shè)備時(shí)應(yīng)予以考慮。合金的冷加工硬化傾向列于表2-4-35，冷加工硬化可以通過(guò)中間退火得到軟化。

七、熱處理工藝

  為了使合金獲得最佳耐蝕性，固溶退火溫度應(yīng)選用1100~1150℃,保溫時(shí)間，視產(chǎn)品的截面尺寸而定，冷卻方法為水冷或快速空冷。

八、應(yīng)用

  此合金具有廣泛的適用性，可以生產(chǎn)板、管、絲、帶材、鍛件和鑄件。此合金在硫酸、磷酸、濕法磷酸、核燃料溶解液、污染控制和造紙工業(yè)以及油氣井開(kāi)采中可用以制作管道、容器、換熱器、泵和閥門(mén)。