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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)一種既(ji)耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)又耐(nai)(nai)(nai)磷酸(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金，定(ding)名為Hastelloy G合(he)金。此(ci)合(he)金除了在(zai)(zai)硫(liu)酸(suan)(suan)和(he)(he)磷酸(suan)(suan)中(zhong)具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)外(wai)，在(zai)(zai)氧化－還原性(xing)介質(zhi)中(zhong)也(ye)具(ju)有優秀(xiu)的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力。在(zai)(zai)含氟硅酸(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)鹽(yan)、氯離(li)子、氟離(li)子、硝酸(suan)(suan)的(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)和(he)(he)磷酸(suan)(suan)的(de)(de)混(hun)合(he)介質(zhi)中(zhong)，Hastelloy G合(he)金具(ju)有優異的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)。此(ci)外(wai)，該(gai)合(he)金亦具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能，如晶(jing)間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和(he)(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。

  在(zai)20多年的應用實踐(jian)過程中，在(zai)HastelloyG合(he)金(jin)的基礎上又(you)發展(zhan)了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及(ji)G35、G50等合(he)金(jin)，最終形成了Hastelloy G合(he)金(jin)系列。

一、化學成分和組織(zhi)特(te)點

  Hestelloy G合(he)金(jin)的(de)化學成分列(lie)于表2-4-16中。在不同(tong)國家(jia)中，合(he)金(jin)中主要合(he)金(jin)元素(su)Cr、Ni、Mo、Cu等(deng)的(de)含量(liang)基本一(yi)致(zhi)，只是碳含量(liang)的(de)上(shang)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(neng)

  1. 全面腐(fu)蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬的(de)(de)(de)恰當配比，使其既耐(nai)(nai)低流速又耐(nai)(nai)高流速海(hai)水(shui)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)，在(zai)被污染的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)和有(you)海(hai)洋有(you)機物(wu)附著的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)環境(jing)中也具有(you)足夠的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點蝕(shi)和耐(nai)(nai)縫隙腐(fu)蝕(shi)性能。在(zai)深(shen)海(hai)（720~2070m)環境(jing)的(de)(de)(de)海(hai)水(shui)和埋在(zai)沉積物(wu)中的(de)(de)(de)試(shi)驗結果指出，在(zai)123~1064天暴露(lu)過程中，Hastelloy G未出現局部腐(fu)蝕(shi)。

    ②. 工業水(shui)

     在(zai)含有氯(lv)化物、硫(liu)酸(suan)鹽、有機物工(gong)(gong)業廢(fei)水(shui)中此類(lei)合(he)金(jin)(jin)具有良好的耐(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)，在(zai)22℃的上(shang)述(shu)工(gong)(gong)業廢(fei)水(shui)中Hastelloy G合(he)金(jin)(jin)的腐蝕(shi)(shi)速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金在(zai)純(chun)硫(liu)酸(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)數(shu)據(ju)見表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為(wei)在(zai)工(gong)廠實際條件下(xia)的(de)(de)(de)試驗結果(guo)(guo)，圖2-4-16系(xi)在(zai)實驗室不充氣(qi)的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)試驗結果(guo)(guo)。由這些數(shu)據(ju)可以看出(chu)，此合(he)金在(zai)全濃(nong)硫(liu)酸(suan)中(zhong)40℃以下(xia)使用(yong)是安全的(de)(de)(de)。在(zai)濃(nong)度為(wei)20%~60%的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)可使用(yong)到近90℃,而沸(fei)騰溫(wen)度時僅能在(zai)低于10%的(de)(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)使用(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(suan) 

   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

    鹽酸較(jiao)硫酸具(ju)有(you)更強的(de)腐蝕(shi)性(xing)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)僅在(zai)室(shi)溫(wen)或(huo)略高于(yu)室(shi)溫(wen)，濃度小于(yu)2%的(de)稀鹽酸中(zhong)耐蝕(shi)。合金(jin)在(zai)鹽酸中(zhong)的(de)腐蝕(shi)數據列于(yu)表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟酸(suan)和氟硅(gui)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(xiao)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(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. 濕氯、鹽(yan)和有機物

    在濕氯、鹽類(lei)和有機物等介質中，此合金的耐(nai)蝕(shi)性見表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. 點腐蝕和縫(feng)隙腐蝕

 由(you)于(yu)此(ci)合(he)金具(ju)有高(gao)鉻、鉬含量，因此(ci)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)，在產生點蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)環境(jing)中(zhong)常常被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫(feng)(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由(you)這些數(shu)據(ju)可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控(kong)制污(wu)染的(de)(de)凈化二氧化硫系(xi)統中(zhong)具(ju)有良(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)，但在模擬凈化條件(jian)下(xia)只能(neng)在50℃以下(xia)使用。

  4. 應力腐蝕(shi)

  在(zai)高濃(nong)氯化物中，此合金的(de)耐(nai)應力腐(fu)蝕斷裂性能優于一般奧氏體不銹鋼和其(qi)他鐵(tie)鎳基合金，與Hastelloy C-276鎳基耐(nai)蝕合金相當。實(shi)驗室(shi)試驗結果列于表2-4-29中。

三、力學(xue)性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低(di)溫、室溫和高濕力(li)學性(xing)能等列于(yu)表2-4-30~表2-4-33中。

四、物(wu)理性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合(he)金(jin)的物(wu)理性能常數列于表 2-4-34 中。

五、焊接(jie)性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良(liang)好的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)性能，可采用(yong)常規焊(han)(han)(han)接(jie)方法進行(xing)焊(han)(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)(han)前、焊(han)(han)(han)后均不(bu)需熱處理。在焊(han)(han)(han)接(jie)時應控制熱輸入量(liang)，層間溫度≤150℃.焊(han)(han)(han)芯材料為(wei)Nicrofer S6020,其成分為(wei)0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加工(gong)及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱(re)(re)加(jia)工(gong)性能(neng)良好。熱(re)(re)加(jia)工(gong)溫度范(fan)圍(wei)為(wei)900~1150℃.最適宜(yi)的(de)加(jia)熱(re)(re)溫度為(wei)．1150℃.設備制造過程中，在(zai)熱(re)(re)成型后，建議進行固溶處理，以便保持(chi)合(he)金的(de)最宜(yi)耐蝕(shi)性。合(he)金的(de)冷成型性能(neng)良好，但較通常(chang)的(de)奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼有更大的(de)加(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)傾(qing)向，因此在(zai)選(xuan)用成型設備時(shi)應予以考慮(lv)。合(he)金的(de)冷加(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)傾(qing)向列于表2-4-35，冷加(jia)工(gong)硬化(hua)(hua)可以通過中間退火得到軟(ruan)化(hua)(hua)。

七、熱處理(li)工藝(yi)

  為(wei)了使合金(jin)獲得最佳耐蝕性，固溶(rong)退火溫度應選用1100~1150℃,保溫時間，視產(chan)品的截面尺寸而定，冷(leng)卻(que)方法為(wei)水(shui)冷(leng)或快速(su)空(kong)冷(leng)。

八、應用

  此(ci)合金(jin)具有(you)廣泛的(de)適(shi)用(yong)性，可以生產板、管(guan)、絲、帶材、鍛件(jian)和(he)鑄件(jian)。此(ci)合金(jin)在硫酸、磷酸、濕法(fa)磷酸、核燃料溶解(jie)液、污(wu)染(ran)控制和(he)造紙工(gong)業(ye)以及油氣(qi)井開(kai)采中可用(yong)以制作管(guan)道、容(rong)器、換(huan)熱器、泵和(he)閥門。