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0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是(shi)20世紀60年代(dai)中(zhong)期發(fa)展的(de)(de)一種既耐(nai)(nai)硫酸(suan)又耐(nai)(nai)磷酸(suan)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb變形(xing)耐(nai)(nai)蝕(shi)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)，定名為Hastelloy G合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。此合(he)(he)(he)金(jin)(jin)除(chu)了在硫酸(suan)和磷酸(suan)中(zhong)具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)外(wai)(wai)，在氧(yang)化－還原性(xing)介質中(zhong)也具(ju)有優秀的(de)(de)耐(nai)(nai)腐(fu)蝕(shi)能力。在含氟(fu)硅酸(suan)、硫酸(suan)鹽、氯離(li)子、氟(fu)離(li)子、硝酸(suan)的(de)(de)硫酸(suan)和磷酸(suan)的(de)(de)混(hun)合(he)(he)(he)介質中(zhong)，Hastelloy G合(he)(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)有優異的(de)(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)。此外(wai)(wai)，該合(he)(he)(he)金(jin)(jin)亦具(ju)有良好的(de)(de)耐(nai)(nai)局部腐(fu)蝕(shi)性(xing)能，如晶間腐(fu)蝕(shi)、點腐(fu)蝕(shi)和縫隙腐(fu)蝕(shi)等。

  在20多年的應用實踐(jian)過程(cheng)中，在HastelloyG合(he)金的基礎上又發展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以(yi)及G35、G50等合(he)金，最終形(xing)成了Hastelloy G合(he)金系列。

一(yi)、化學成分和(he)組織特(te)點

  Hestelloy G合(he)(he)金的(de)化學成分列于表2-4-16中。在不同國家中，合(he)(he)金中主要合(he)(he)金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的(de)含量基本一致，只是(shi)碳(tan)含量的(de)上限值有所差(cha)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(quan)面(mian)腐蝕

    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(su)(su)又耐(nai)(nai)高(gao)流速(su)(su)海(hai)水的(de)(de)(de)腐蝕(shi)，在(zai)(zai)被污染的(de)(de)(de)海(hai)水和有海(hai)洋有機物附著(zhu)的(de)(de)(de)海(hai)水環境中也具有足夠的(de)(de)(de)耐(nai)(nai)點(dian)蝕(shi)和耐(nai)(nai)縫隙腐蝕(shi)性能。在(zai)(zai)深(shen)海(hai)（720~2070m)環境的(de)(de)(de)海(hai)水和埋在(zai)(zai)沉積物中的(de)(de)(de)試驗結果(guo)指(zhi)出，在(zai)(zai)123~1064天暴露過程中，Hastelloy G未(wei)出現局部腐蝕(shi)。

    ②. 工業水(shui)

     在含有氯化物(wu)、硫酸鹽(yan)、有機物(wu)工(gong)業廢水中此類合金具有良好的耐蝕性，在22℃的上述工(gong)業廢水中Hastelloy G合金的腐蝕速率(lv)為0.04mm/a。

    ③. 硫(liu)酸

     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合(he)金(jin)在(zai)(zai)純硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)腐蝕數據見表(biao)2-4-17和圖2-4-16。表(biao)2-4-17為在(zai)(zai)工廠實際條件下(xia)的(de)(de)試驗結(jie)果，圖2-4-16系在(zai)(zai)實驗室不充氣的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)試驗結(jie)果。由這些數據可以看出，此合(he)金(jin)在(zai)(zai)全(quan)濃硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)40℃以下(xia)使用是安全(quan)的(de)(de)。在(zai)(zai)濃度為20%~60%的(de)(de)硫(liu)酸(suan)中(zhong)(zhong)可使用到近90℃,而沸騰溫度時僅能(neng)在(zai)(zai)低于(yu)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 

   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(fu)蝕(shi)(shi)性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合(he)(he)金(jin)僅在(zai)室溫或略(lve)高(gao)于室溫，濃度小于2%的稀鹽酸中(zhong)耐蝕(shi)(shi)。合(he)(he)金(jin)在(zai)鹽酸中(zhong)的腐(fu)蝕(shi)(shi)數據列于表2-4-21和圖2-4-19。

    ⑥. 氫(qing)氟酸(suan)(suan)和(he)氟硅酸(suan)(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(suan)

   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(shi)氯、鹽和有機(ji)物(wu)

    在濕氯、鹽類(lei)和有機物等介質中，此合(he)金(jin)的耐蝕性見表(biao)2-4-25。

   2. 晶間腐蝕(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. 點腐蝕和縫隙(xi)腐蝕

 由(you)于此合金具有(you)(you)高鉻、鉬含(han)量，因此具有(you)(you)良好的(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能，在產生點(dian)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)的(de)環境中常常被選(xuan)用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)和縫(feng)隙(xi)腐蝕(shi)(shi)性(xing)能見表(biao)2-4-26~表(biao)2-4-28.由(you)這些數據(ju)可知，0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污染的(de)凈化二氧化硫(liu)系統中具有(you)(you)良好的(de)耐(nai)點(dian)蝕(shi)(shi)性(xing)能，但(dan)在模(mo)擬凈化條(tiao)件下只能在50℃以下使用。

  4. 應(ying)力腐蝕

  在高濃氯化物(wu)中(zhong)(zhong)，此合金的耐應力腐蝕(shi)斷裂性(xing)能(neng)優于一般奧(ao)氏體不銹鋼(gang)和其(qi)他鐵鎳(nie)基(ji)合金，與(yu)Hastelloy C-276鎳(nie)基(ji)耐蝕(shi)合金相當。實驗室試驗結果列于表2-4-29中(zhong)(zhong)。

三、力學性能(neng)

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

四、物理性能

  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G 合金(jin)的(de)物(wu)理性能常數列于表 2-4-34 中。

五、焊(han)接性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良好(hao)的焊(han)(han)(han)接性(xing)能，可采(cai)用常規焊(han)(han)(han)接方(fang)法進行焊(han)(han)(han)接，焊(han)(han)(han)前、焊(han)(han)(han)后均不需熱(re)處理。在焊(han)(han)(han)接時應控制熱(re)輸入量(liang)，層間溫度≤150℃.焊(han)(han)(han)芯(xin)材料為Nicrofer S6020,其成分為0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。

六、冷(leng)熱加工及(ji)成(cheng)型性能

  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的(de)熱(re)(re)加工性能(neng)良(liang)好。熱(re)(re)加工溫度(du)范(fan)圍為900~1150℃.最適宜(yi)的(de)加熱(re)(re)溫度(du)為．1150℃.設備制(zhi)造過程中，在(zai)熱(re)(re)成(cheng)型后(hou)，建議進(jin)行固溶處理(li)，以(yi)便保持合金的(de)最宜(yi)耐(nai)蝕性。合金的(de)冷成(cheng)型性能(neng)良(liang)好，但較(jiao)通常(chang)的(de)奧(ao)氏體不銹鋼有(you)更大的(de)加工硬化(hua)傾向(xiang)，因此在(zai)選用成(cheng)型設備時應予以(yi)考慮。合金的(de)冷加工硬化(hua)傾向(xiang)列于(yu)表2-4-35，冷加工硬化(hua)可以(yi)通過中間退火(huo)得到軟化(hua)。

七、熱處理(li)工藝

  為了使合金獲得最佳耐蝕(shi)性，固溶(rong)退火溫(wen)度應選用1100~1150℃,保溫(wen)時(shi)間，視產品的截(jie)面尺寸而定，冷卻方(fang)法(fa)為水冷或快速空冷。

八(ba)、應用

  此(ci)合金具有廣泛的適用性，可(ke)以生產(chan)板、管(guan)、絲、帶材、鍛件和(he)鑄(zhu)件。此(ci)合金在(zai)硫酸、磷酸、濕法磷酸、核(he)燃料溶解液、污染控制和(he)造紙(zhi)工業以及(ji)油(you)氣井開采中可(ke)用以制作管(guan)道、容器(qi)、換熱(re)器(qi)、泵和(he)閥門。