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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金(jin)是20世紀(ji)60年(nian)代(dai)中期發展的(de)一種(zhong)既耐(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)又耐(nai)(nai)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)腐蝕(shi)(shi)的(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)合(he)(he)金，定名為Hastelloy G合(he)(he)金。此合(he)(he)金除了在硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)中具(ju)(ju)(ju)有(you)良好的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)外(wai)，在氧化－還原性(xing)介質(zhi)中也(ye)具(ju)(ju)(ju)有(you)優(you)秀的(de)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)(shi)能力。在含氟硅酸(suan)(suan)(suan)、硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽、氯離(li)子(zi)、氟離(li)子(zi)、硝(xiao)酸(suan)(suan)(suan)的(de)硫(liu)酸(suan)(suan)(suan)和磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)的(de)混合(he)(he)介質(zhi)中，Hastelloy G合(he)(he)金具(ju)(ju)(ju)有(you)優(you)異(yi)的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)。此外(wai)，該合(he)(he)金亦具(ju)(ju)(ju)有(you)良好的(de)耐(nai)(nai)局部腐蝕(shi)(shi)性(xing)能，如晶間腐蝕(shi)(shi)、點腐蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)等。

  在(zai)20多年的應用實踐過程中，在(zai)HastelloyG合(he)金(jin)的基礎上又發(fa)展(zhan)了(le)HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及(ji)G35、G50等合(he)金(jin)，最終形成(cheng)了(le)Hastelloy G合(he)金(jin)系列(lie)。

一、化學成分和組織特點

  Hestelloy G合(he)(he)金(jin)的(de)化學(xue)成分列于表2-4-16中(zhong)。在(zai)不(bu)同國(guo)家中(zhong)，合(he)(he)金(jin)中(zhong)主要合(he)(he)金(jin)元素Cr、Ni、Mo、Cu等(deng)的(de)含量基本一致，只是碳含量的(de)上限值有所(suo)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(shi)性能(neng)

  1. 全面腐(fu)蝕(shi)

    ①. 海(hai)水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由(you)于鉻、鉬(mu)的(de)(de)恰當配比，使(shi)其既耐(nai)低流速(su)(su)又耐(nai)高(gao)流速(su)(su)海(hai)水(shui)的(de)(de)腐蝕(shi)(shi)，在被(bei)污染的(de)(de)海(hai)水(shui)和(he)有海(hai)洋有機物附著的(de)(de)海(hai)水(shui)環境中(zhong)也(ye)具(ju)有足夠的(de)(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和(he)耐(nai)縫(feng)隙腐蝕(shi)(shi)性(xing)能。在深海(hai)（720~2070m)環境的(de)(de)海(hai)水(shui)和(he)埋在沉積(ji)物中(zhong)的(de)(de)試驗結果指出(chu)，在123~1064天暴露(lu)過程中(zhong)，Hastelloy G未(wei)出(chu)現局部腐蝕(shi)(shi)。

    ②. 工業水

     在含有(you)氯化物(wu)、硫(liu)酸(suan)鹽、有(you)機物(wu)工業廢水(shui)(shui)中此類合金具有(you)良好的(de)耐蝕性，在22℃的(de)上述工業廢水(shui)(shui)中Hastelloy G合金的(de)腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫(liu)酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金(jin)在(zai)(zai)純(chun)硫(liu)酸中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)腐蝕數(shu)據見表2-4-17和圖2-4-16。表2-4-17為(wei)在(zai)(zai)工廠實際條(tiao)件下(xia)的(de)(de)(de)試驗結果，圖2-4-16系在(zai)(zai)實驗室不(bu)充氣的(de)(de)(de)硫(liu)酸中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)試驗結果。由(you)這些數(shu)據可(ke)(ke)以(yi)看出，此(ci)合金(jin)在(zai)(zai)全(quan)濃硫(liu)酸中(zhong)(zhong)40℃以(yi)下(xia)使用是安全(quan)的(de)(de)(de)。在(zai)(zai)濃度為(wei)20%~60%的(de)(de)(de)硫(liu)酸中(zhong)(zhong)可(ke)(ke)使用到近90℃,而沸(fei)騰溫度時僅能在(zai)(zai)低(di)于(yu)10%的(de)(de)(de)硫(liu)酸中(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(lin)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

    鹽酸較硫酸具有更(geng)強的腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)僅在(zai)室溫或略高于(yu)室溫，濃度小(xiao)于(yu)2%的稀鹽酸中耐蝕。合(he)金(jin)在(zai)鹽酸中的腐蝕數據列于(yu)表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫氟(fu)酸和(he)氟(fu)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、鹽和有機物

    在濕氯、鹽類和有(you)機物等介質中，此合金的(de)耐蝕性見表(biao)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. 點腐蝕和縫隙腐蝕

 由于(yu)此(ci)合(he)金具有高(gao)鉻(ge)、鉬含量，因此(ci)具有良(liang)好(hao)的(de)耐點蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)，在(zai)產生點蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)環境中常(chang)常(chang)被選用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金耐點蝕(shi)(shi)和(he)縫隙(xi)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性能(neng)見表2-4-26~表2-4-28.由這些數據(ju)可知(zhi)，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)控(kong)制(zhi)污染的(de)凈化(hua)二(er)氧化(hua)硫系統中具有良(liang)好(hao)的(de)耐點蝕(shi)(shi)性能(neng)，但在(zai)模擬凈化(hua)條件下只能(neng)在(zai)50℃以下使(shi)用。

  4. 應(ying)力腐蝕(shi)

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

三、力學性能

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

四、物理性能

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

五、焊接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有良好的焊(han)接性能，可(ke)采(cai)用常規焊(han)接方(fang)法進行焊(han)接，焊(han)前、焊(han)后均不需熱(re)處(chu)理(li)。在焊(han)接時應控(kong)制熱(re)輸入量，層間溫(wen)度≤150℃.焊(han)芯材料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六(liu)、冷(leng)熱(re)加(jia)工及(ji)成型性(xing)能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加(jia)(jia)工(gong)性能(neng)良好。熱加(jia)(jia)工(gong)溫度范(fan)圍為900~1150℃.最(zui)適宜的(de)加(jia)(jia)熱溫度為．1150℃.設(she)備(bei)制造過(guo)程中，在熱成型(xing)后，建議進行固溶(rong)處理(li)，以便保持合金的(de)最(zui)宜耐蝕性。合金的(de)冷(leng)成型(xing)性能(neng)良好，但較通常的(de)奧氏體(ti)不銹鋼有更大的(de)加(jia)(jia)工(gong)硬化傾向，因(yin)此在選(xuan)用成型(xing)設(she)備(bei)時應(ying)予以考慮(lv)。合金的(de)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化傾向列于表2-4-35，冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化可(ke)以通過(guo)中間(jian)退火得到軟化。

七(qi)、熱處(chu)理工藝

  為(wei)了使合金(jin)獲得最(zui)佳耐蝕性，固溶(rong)退火(huo)溫度應選用1100~1150℃,保溫時間，視產品(pin)的截面尺寸而定，冷(leng)(leng)卻方法為(wei)水冷(leng)(leng)或(huo)快速(su)空冷(leng)(leng)。

八、應用

  此(ci)合(he)金具有廣泛的適用性，可以生產(chan)板(ban)、管、絲、帶材、鍛件(jian)和鑄(zhu)件(jian)。此(ci)合(he)金在硫酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料溶(rong)解液、污染控制和造(zao)紙(zhi)工業以及油氣井開采中可用以制作管道(dao)、容器、換熱器、泵和閥門。