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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合(he)金是20世紀60年代中(zhong)期(qi)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)既耐硫酸(suan)又(you)耐磷酸(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變(bian)形耐蝕(shi)(shi)合金，定名為Hastelloy G合金。此合金除了(le)在硫酸(suan)和(he)磷酸(suan)中(zhong)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)外(wai)(wai)，在氧化－還原性(xing)介(jie)質中(zhong)也具(ju)有(you)優(you)秀的(de)(de)(de)(de)(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力(li)。在含氟硅酸(suan)、硫酸(suan)鹽、氯離子、氟離子、硝酸(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)硫酸(suan)和(he)磷酸(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)混合介(jie)質中(zhong)，Hastelloy G合金具(ju)有(you)優(you)異的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)。此外(wai)(wai)，該合金亦(yi)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)耐局部腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能，如晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。

  在20多年的應用實踐(jian)過程中，在HastelloyG合金的基礎(chu)上(shang)又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以(yi)及(ji)G35、G50等合金，最終形成了Hastelloy G合金系列。

一、化(hua)學(xue)成(cheng)分和(he)組織特點(dian)

  Hestelloy G合(he)金的(de)化學成分列于表2-4-16中。在不同國(guo)家中，合(he)金中主要(yao)合(he)金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基(ji)本一致，只是碳含量的(de)上限(xian)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(mian)腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金(jin)由于鉻、鉬的(de)恰當配比，使(shi)其(qi)既耐(nai)低(di)流速又耐(nai)高流速海(hai)水的(de)腐蝕，在(zai)(zai)(zai)被污染的(de)海(hai)水和有海(hai)洋有機物附著的(de)海(hai)水環境(jing)中(zhong)也具有足夠(gou)的(de)耐(nai)點蝕和耐(nai)縫(feng)隙腐蝕性(xing)能。在(zai)(zai)(zai)深海(hai)（720~2070m)環境(jing)的(de)海(hai)水和埋(mai)在(zai)(zai)(zai)沉積(ji)物中(zhong)的(de)試驗結果指(zhi)出(chu)，在(zai)(zai)(zai)123~1064天暴露(lu)過程(cheng)中(zhong)，Hastelloy G未出(chu)現(xian)局(ju)部腐蝕。

    ②. 工業水

     在含有氯化(hua)物(wu)、硫酸鹽(yan)、有機物(wu)工(gong)業廢水中此類合金具有良好(hao)的(de)耐蝕(shi)性，在22℃的(de)上(shang)述工(gong)業廢水中Hastelloy G合金的(de)腐蝕(shi)速(su)率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金(jin)在(zai)純硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕數據(ju)見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為在(zai)工廠(chang)實際條件下的(de)(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)，圖2-4-16系(xi)在(zai)實驗(yan)室不(bu)充氣的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)試(shi)驗(yan)結果(guo)(guo)。由這(zhe)些數據(ju)可以(yi)看出(chu)，此合金(jin)在(zai)全濃硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)40℃以(yi)下使用是(shi)安全的(de)(de)。在(zai)濃度(du)為20%~60%的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)可使用到近90℃,而(er)沸騰(teng)溫度(du)時僅能(neng)在(zai)低(di)于10%的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(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

    鹽(yan)(yan)酸較硫酸具有更(geng)強的(de)腐(fu)蝕(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)僅在室溫或(huo)略高于室溫，濃度小(xiao)于2%的(de)稀鹽(yan)(yan)酸中耐蝕(shi)。合金(jin)在鹽(yan)(yan)酸中的(de)腐(fu)蝕(shi)數(shu)據列(lie)于表2-4-21和圖(tu)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(bao)殼溶解(jie)液(ye)

   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(he)有機物

    在濕氯、鹽類(lei)和有機(ji)物等介質中(zhong)，此合金的耐蝕性見表2-4-25。

   2. 晶(jing)間腐蝕(shi)

  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)腐蝕和縫隙腐蝕

 由(you)于(yu)此合金(jin)具(ju)有高鉻(ge)、鉬含量，因(yin)此具(ju)有良好的(de)耐點(dian)(dian)蝕(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能，在(zai)(zai)產生點(dian)(dian)蝕(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)環境中常常被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)耐點(dian)(dian)蝕(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)性能見表(biao)2-4-26~表(biao)2-4-28.由(you)這些數據可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)(zai)控制污染的(de)凈化(hua)二氧化(hua)硫系統(tong)中具(ju)有良好的(de)耐點(dian)(dian)蝕(shi)性能，但在(zai)(zai)模擬凈化(hua)條(tiao)件下只(zhi)能在(zai)(zai)50℃以下使用(yong)。

  4. 應力腐蝕

  在高(gao)濃(nong)氯化物中(zhong)，此合(he)金(jin)(jin)(jin)的耐(nai)(nai)應力腐蝕斷(duan)裂性能優于一般奧氏體不銹鋼和其(qi)他鐵鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)(jin)，與Hastelloy C-276鎳(nie)基耐(nai)(nai)蝕合(he)金(jin)(jin)(jin)相當(dang)。實驗室(shi)試(shi)驗結果列于表2-4-29中(zhong)。

三、力學性能(neng)

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

四、物(wu)理性(xing)能

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

五、焊(han)接性(xing)能(neng)

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良(liang)好的焊(han)接(jie)性能(neng)，可采(cai)用常(chang)規(gui)焊(han)接(jie)方法(fa)進行焊(han)接(jie)，焊(han)前、焊(han)后均不需(xu)熱(re)處理。在焊(han)接(jie)時應控制熱(re)輸(shu)入(ru)量，層間(jian)溫度≤150℃.焊(han)芯材料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加(jia)工及(ji)成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)(de)熱加工(gong)性(xing)能良好(hao)。熱加工(gong)溫(wen)度范圍為(wei)900~1150℃.最適宜(yi)的(de)(de)加熱溫(wen)度為(wei)．1150℃.設備制造(zao)過(guo)程中(zhong)，在(zai)熱成型后，建議進行固(gu)溶(rong)處理，以便保持合(he)金的(de)(de)最宜(yi)耐蝕(shi)性(xing)。合(he)金的(de)(de)冷成型性(xing)能良好(hao)，但較通常的(de)(de)奧氏體不銹鋼(gang)有更大的(de)(de)加工(gong)硬(ying)化傾(qing)向(xiang)，因此在(zai)選用(yong)成型設備時應予以考慮。合(he)金的(de)(de)冷加工(gong)硬(ying)化傾(qing)向(xiang)列于表2-4-35，冷加工(gong)硬(ying)化可以通過(guo)中(zhong)間退火(huo)得到軟化。

七(qi)、熱處理工藝

  為了使(shi)合金獲得最(zui)佳耐蝕性，固溶退火(huo)溫度應選(xuan)用(yong)1100~1150℃,保溫時間，視產品(pin)的截面尺寸而定，冷(leng)卻方法為水冷(leng)或(huo)快速空冷(leng)。

八、應用

  此(ci)合金具(ju)有廣泛的(de)適用性，可(ke)以生(sheng)產板、管(guan)(guan)、絲(si)、帶材(cai)、鍛件和(he)鑄件。此(ci)合金在硫(liu)酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料溶解液、污染(ran)控制(zhi)和(he)造(zao)紙工業以及油氣井開(kai)采中可(ke)用以制(zhi)作管(guan)(guan)道、容器(qi)、換熱器(qi)、泵和(he)閥門。