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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合(he)金是20世紀(ji)60年代中(zhong)(zhong)期發展的(de)(de)(de)一種既(ji)耐(nai)(nai)(nai)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)又耐(nai)(nai)(nai)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)合(he)金(jin)，定名為Hastelloy G合(he)金(jin)。此合(he)金(jin)除了在硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)中(zhong)(zhong)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)良好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)外，在氧化－還原(yuan)性(xing)介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)也具(ju)(ju)有(you)(you)(you)優秀的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)。在含氟硅酸(suan)(suan)(suan)(suan)、硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)鹽、氯離(li)子、氟離(li)子、硝酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)混合(he)介(jie)質(zhi)中(zhong)(zhong)，Hastelloy G合(he)金(jin)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)優異的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)。此外，該合(he)金(jin)亦具(ju)(ju)有(you)(you)(you)良好(hao)的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)局部(bu)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)能，如晶間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和縫隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)等。

  在20多年的應用實踐過程中，在HastelloyG合(he)金的基礎上(shang)又(you)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(xue)成(cheng)分和組織特點

  Hestelloy G合(he)金(jin)的(de)化(hua)學成分(fen)列于表2-4-16中。在不(bu)同國家中，合(he)金(jin)中主要(yao)合(he)金(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等(deng)的(de)含(han)量(liang)基本一致，只是碳含(han)量(liang)的(de)上限值有(you)所差別(bie)。

  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(fu)蝕

    ①. 海水(shui) 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由(you)于鉻、鉬的(de)恰當配比，使其(qi)既耐低流速又耐高(gao)流速海(hai)水的(de)腐蝕(shi)(shi)，在被(bei)污染的(de)海(hai)水和(he)有海(hai)洋有機物(wu)附著的(de)海(hai)水環境中(zhong)也(ye)具有足夠(gou)的(de)耐點蝕(shi)(shi)和(he)耐縫隙(xi)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能。在深海(hai)（720~2070m)環境的(de)海(hai)水和(he)埋在沉積物(wu)中(zhong)的(de)試(shi)驗結(jie)果指出(chu)，在123~1064天暴露過(guo)程中(zhong)，Hastelloy G未(wei)出(chu)現局部(bu)腐蝕(shi)(shi)。

    ②. 工(gong)業(ye)水

     在含有(you)氯(lv)化物(wu)、硫酸鹽、有(you)機物(wu)工(gong)業廢水中(zhong)此類合金具(ju)有(you)良好的(de)耐蝕性，在22℃的(de)上述工(gong)業廢水中(zhong)Hastelloy G合金的(de)腐蝕速(su)率(lv)為(wei)0.04mm/a。

    ③. 硫酸(suan)

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在(zai)純(chun)硫酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)數據見表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為在(zai)工廠實際條件下(xia)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)，圖2-4-16系在(zai)實驗(yan)室不充氣的(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)中(zhong)的(de)(de)(de)試(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)。由這些數據可以看出，此合金在(zai)全濃(nong)硫酸(suan)(suan)中(zhong)40℃以下(xia)使用是安全的(de)(de)(de)。在(zai)濃(nong)度為20%~60%的(de)(de)(de)硫酸(suan)(suan)中(zhong)可使用到近(jin)90℃,而沸騰溫度時(shi)僅能在(zai)低(di)于10%的(de)(de)(de)硫酸(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(yan)酸(suan)

    鹽(yan)酸較硫酸具有更強的腐(fu)蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金僅在室溫或(huo)略(lve)高于室溫，濃(nong)度小于2%的稀鹽(yan)酸中(zhong)(zhong)耐蝕。合金在鹽(yan)酸中(zhong)(zhong)的腐(fu)蝕數(shu)據(ju)列于表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸(suan)和氟(fu)硅酸(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(he)燃料包(bao)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、鹽和有(you)機物

    在濕氯(lv)、鹽類(lei)和有機物等(deng)介質中(zhong)，此合(he)金的耐蝕性(xing)見(jian)表2-4-25。

   2. 晶(jing)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(shi)和縫隙腐蝕(shi)

 由于此(ci)合(he)金具有高鉻、鉬含量，因此(ci)具有良好的耐點(dian)蝕和縫(feng)隙(xi)腐蝕性(xing)能(neng)，在(zai)產生(sheng)點(dian)蝕和縫(feng)隙(xi)腐蝕的環境中常(chang)常(chang)被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐點(dian)蝕和縫(feng)隙(xi)腐蝕性(xing)能(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由這(zhe)些數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控(kong)制污染的凈(jing)化二(er)氧化硫(liu)系(xi)統中具有良好的耐點(dian)蝕性(xing)能(neng)，但在(zai)模擬(ni)凈(jing)化條件(jian)下只能(neng)在(zai)50℃以下使用。

  4. 應力腐蝕(shi)

  在高濃氯化(hua)物中，此合金(jin)(jin)的耐(nai)應力腐蝕(shi)斷裂性能優于一般奧氏體(ti)不(bu)銹鋼和其他(ta)鐵鎳基(ji)合金(jin)(jin)，與Hastelloy C-276鎳基(ji)耐(nai)蝕(shi)合金(jin)(jin)相(xiang)當。實驗(yan)室(shi)試驗(yan)結果列(lie)于表2-4-29中。

三(san)、力學性能

  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合(he)金(jin)的低溫、室溫和高濕力學性能等(deng)列于表2-4-30~表2-4-33中。

四、物理性能(neng)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金的物(wu)理性能常數列于(yu)表 2-4-34 中。

五、焊接性能

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

六(liu)、冷熱加工及(ji)成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)(de)熱(re)加(jia)(jia)工(gong)性能良好。熱(re)加(jia)(jia)工(gong)溫度(du)(du)范圍為(wei)900~1150℃.最(zui)適宜(yi)的(de)(de)加(jia)(jia)熱(re)溫度(du)(du)為(wei)．1150℃.設(she)備制造過程中，在(zai)(zai)熱(re)成(cheng)型后，建議進行固(gu)溶處理，以(yi)(yi)便保持合金的(de)(de)最(zui)宜(yi)耐蝕性。合金的(de)(de)冷(leng)成(cheng)型性能良好，但較通(tong)常的(de)(de)奧(ao)氏體不銹鋼有更大的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)傾(qing)向，因此在(zai)(zai)選(xuan)用成(cheng)型設(she)備時應予以(yi)(yi)考慮(lv)。合金的(de)(de)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)傾(qing)向列于表2-4-35，冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化(hua)可以(yi)(yi)通(tong)過中間(jian)退火得到軟化(hua)。

七、熱(re)處理工藝

  為(wei)了(le)使合金獲得(de)最佳耐蝕性，固(gu)溶退(tui)火溫度(du)應選用1100~1150℃,保溫時間，視產品(pin)的(de)截(jie)面尺寸而定(ding)，冷卻方法為(wei)水冷或快速空冷。

八、應(ying)用

  此合(he)(he)金具(ju)有廣泛的適用(yong)性，可(ke)以生產板、管(guan)、絲、帶材、鍛件和鑄件。此合(he)(he)金在硫酸(suan)、磷(lin)酸(suan)、濕法磷(lin)酸(suan)、核(he)燃(ran)料溶解液、污染控制和造紙工業以及油氣井開采中(zhong)可(ke)用(yong)以制作(zuo)管(guan)道(dao)、容器、換熱器、泵(beng)和閥(fa)門。