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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是(shi)20世紀(ji)60年(nian)代中(zhong)期發展的(de)(de)(de)一種既耐(nai)(nai)(nai)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)又(you)耐(nai)(nai)(nai)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形(xing)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金(jin)(jin)(jin)，定名為(wei)Hastelloy G合(he)金(jin)(jin)(jin)。此(ci)合(he)金(jin)(jin)(jin)除了在(zai)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)和(he)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)中(zhong)具有(you)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)外，在(zai)氧(yang)化－還原(yuan)性(xing)介(jie)質中(zhong)也具有(you)優(you)秀的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)能力。在(zai)含(han)氟硅酸(suan)(suan)(suan)、硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)鹽(yan)、氯離子、氟離子、硝酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)(suan)和(he)磷(lin)酸(suan)(suan)(suan)的(de)(de)(de)混合(he)介(jie)質中(zhong)，Hastelloy G合(he)金(jin)(jin)(jin)具有(you)優(you)異的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)蝕(shi)(shi)性(xing)。此(ci)外，該合(he)金(jin)(jin)(jin)亦具有(you)良好的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)(nai)局(ju)部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)能，如(ru)晶間腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)、點腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)和(he)縫(feng)隙腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)等。

  在20多(duo)年的應用實(shi)踐過程中(zhong)，在HastelloyG合金(jin)的基礎上又發展了(le)HastelloyG-3和(he) Hastelloy G-30以(yi)及G35、G50等合金(jin)，最終(zhong)形成了(le)Hastelloy G合金(jin)系列(lie)。

一、化學成分和(he)組織特點

  Hestelloy G合(he)金的(de)化學(xue)成(cheng)分列于表2-4-16中。在不(bu)同國家中，合(he)金中主(zhu)要合(he)金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基本一致，只(zhi)是碳含量的(de)上限值有(you)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(xing)能

  1. 全面腐蝕

    ①. 海水 

    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于鉻、鉬(mu)的(de)恰當配(pei)比，使其既耐(nai)(nai)低(di)流(liu)速又耐(nai)(nai)高流(liu)速海(hai)(hai)水的(de)腐蝕(shi)(shi)，在(zai)(zai)被(bei)污染的(de)海(hai)(hai)水和有(you)海(hai)(hai)洋有(you)機物附著的(de)海(hai)(hai)水環(huan)境中也具有(you)足夠的(de)耐(nai)(nai)點蝕(shi)(shi)和耐(nai)(nai)縫隙腐蝕(shi)(shi)性(xing)能。在(zai)(zai)深海(hai)(hai)（720~2070m)環(huan)境的(de)海(hai)(hai)水和埋在(zai)(zai)沉積物中的(de)試驗結(jie)果(guo)指出，在(zai)(zai)123~1064天暴露過程中，Hastelloy G未出現局部腐蝕(shi)(shi)。

    ②. 工(gong)業(ye)水

     在(zai)含(han)有(you)氯化物(wu)、硫酸鹽、有(you)機物(wu)工業(ye)廢(fei)水中(zhong)此類合金具(ju)有(you)良好(hao)的耐蝕性，在(zai)22℃的上述工業(ye)廢(fei)水中(zhong)Hastelloy G合金的腐蝕速率為0.04mm/a。

    ③. 硫酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金在(zai)純硫(liu)酸中的(de)(de)腐蝕數據見表2-4-17和圖(tu)2-4-16。表2-4-17為(wei)在(zai)工廠實(shi)際(ji)條件下的(de)(de)試驗(yan)結(jie)果，圖(tu)2-4-16系在(zai)實(shi)驗(yan)室不充氣的(de)(de)硫(liu)酸中的(de)(de)試驗(yan)結(jie)果。由(you)這些數據可以(yi)看(kan)出(chu)，此合(he)金在(zai)全(quan)濃硫(liu)酸中40℃以(yi)下使用是安全(quan)的(de)(de)。在(zai)濃度(du)為(wei)20%~60%的(de)(de)硫(liu)酸中可使用到近(jin)90℃,而沸騰溫度(du)時僅能在(zai)低于10%的(de)(de)硫(liu)酸中使用。

      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. 鹽酸

    鹽酸(suan)較硫酸(suan)具有(you)更強的腐蝕性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金(jin)僅在室溫或略高于(yu)室溫，濃度小于(yu)2%的稀(xi)鹽酸(suan)中耐蝕。合金(jin)在鹽酸(suan)中的腐蝕數據列(lie)于(yu)表2-4-21和圖(tu)2-4-19。

    ⑥. 氫氟酸(suan)和氟硅酸(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(lv)、鹽和有機物

    在濕氯、鹽(yan)類和(he)有機物(wu)等(deng)介質中，此合金的耐蝕(shi)性見表2-4-25。

   2. 晶間腐蝕

  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. 點腐蝕和縫隙腐蝕

 由(you)于此合(he)金(jin)具(ju)有高鉻、鉬含量(liang)，因此具(ju)有良好的耐點蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)，在(zai)(zai)產(chan)生點蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的環境中常常被選用(yong)。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)金(jin)耐點蝕(shi)(shi)(shi)和(he)縫隙腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)見表(biao)2-4-26~表(biao)2-4-28.由(you)這些數(shu)據(ju)可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在(zai)(zai)控制污染(ran)的凈化(hua)(hua)二氧化(hua)(hua)硫系統中具(ju)有良好的耐點蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)，但在(zai)(zai)模擬(ni)凈化(hua)(hua)條件下(xia)只能(neng)在(zai)(zai)50℃以(yi)下(xia)使用(yong)。

  4. 應力腐蝕

  在高濃氯化物中，此合金的耐應力腐蝕斷裂(lie)性能優于(yu)一般奧氏(shi)體不銹鋼和其他鐵鎳基合金，與Hastelloy C-276鎳基耐蝕合金相當。實驗室試驗結果列于(yu)表(biao)2-4-29中。

三、力(li)學性能

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

四、物理性能(neng)

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

五、焊接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具(ju)有良好(hao)的焊(han)接(jie)性能，可(ke)采(cai)用(yong)常(chang)規焊(han)接(jie)方法進行焊(han)接(jie)，焊(han)前、焊(han)后均(jun)不需熱(re)處理。在(zai)焊(han)接(jie)時應控(kong)制熱(re)輸入量，層間溫度(du)≤150℃.焊(han)芯材料為(wei)Nicrofer S6020,其成分為(wei)0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷熱加工及成型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱加(jia)工(gong)性能良(liang)好。熱加(jia)工(gong)溫度(du)范圍為(wei)900~1150℃.最適宜的(de)加(jia)熱溫度(du)為(wei)．1150℃.設備(bei)制造過程(cheng)中，在熱成(cheng)型后，建議進(jin)行固溶(rong)處理，以便保(bao)持(chi)合(he)金(jin)(jin)的(de)最宜耐蝕性。合(he)金(jin)(jin)的(de)冷(leng)成(cheng)型性能良(liang)好，但(dan)較通常的(de)奧氏體不銹鋼有更(geng)大(da)的(de)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)(hua)傾向(xiang)(xiang)，因此在選用成(cheng)型設備(bei)時應予(yu)以考慮。合(he)金(jin)(jin)的(de)冷(leng)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)(hua)傾向(xiang)(xiang)列于表(biao)2-4-35，冷(leng)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)(hua)可以通過中間退火得到軟化(hua)(hua)。

七、熱處理工藝

  為了使(shi)合金獲得最佳耐(nai)蝕性，固溶退(tui)火溫(wen)度應選用1100~1150℃,保溫(wen)時(shi)間，視(shi)產品的截(jie)面尺寸而(er)定，冷(leng)卻方(fang)法(fa)為水冷(leng)或快速空(kong)冷(leng)。

八、應(ying)用

  此合金具有(you)廣泛的適(shi)用性(xing)，可以(yi)生(sheng)產板、管、絲(si)、帶(dai)材(cai)、鍛件(jian)(jian)和鑄件(jian)(jian)。此合金在(zai)硫酸(suan)、磷酸(suan)、濕法磷酸(suan)、核燃料(liao)溶(rong)解液、污染控制和造紙工業以(yi)及油(you)氣(qi)井(jing)開采中可用以(yi)制作管道、容器、換熱器、泵和閥門。