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哈氏合金｜Hastelloy

哈氏合金是一種鎳基耐腐蝕合金，主要分成鎳-鉻合金與鎳鉻鉬合金兩大類。哈氏合金具有良好的抗腐蝕性和熱穩(wěn)定性，多用于航空事業(yè)，化學(xué)領(lǐng)域等。哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美國哈氏合金國際公司所生產(chǎn)的鎳基耐蝕合金的商業(yè)牌號的統(tǒng)稱。

產(chǎn)品分類 / 用途

00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb Hastelloy G-30


（00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb）、Hastelloy G30 合金 系在（00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb）、Hastelloy G3 合金的基礎(chǔ)上提高鉻量到30%并降鉬和加入適量鎢而發(fā)展起來的。由于鉻量高，此合金的主要耐蝕特點(diǎn)是耐含Cl-、F-的磷酸的性能顯著優(yōu)于00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金。在硝酸＋氫氟酸，硫酸＋氫氟酸中也具有優(yōu)良的耐蝕性。此合金可用于濕法磷酸工業(yè)生產(chǎn)中的蒸發(fā)器以及酸洗不銹鋼的HNO3+HF的混酸用設(shè)備和構(gòu)件。此合金也可用于核燃料生產(chǎn)中的耐蝕裝置。


一、化學(xué)成分和組織特點(diǎn)


  （00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb）、Hastelloy G30 合金的化學(xué)成分見表2-4-46。可以明顯看出，此合金碳量低（≤0.03%)并含約1%Nb,因此，此合金鉻碳化物析出很少。由于鉻量高，此合金中溫敏化（例如871℃長期停留）就有σ相沉淀，但由于合金中的鉻量雖高，但鉬、鎢量相對較低，因此，此合金的熱穩(wěn)定性尚好。


表 4-46.jpg


二、耐腐蝕性能


  1. 全面腐蝕


  研制 00C30N43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的主要目的是提高合金在含Cl-、F-的磷酸中的耐蝕性，以適應(yīng)磷肥生產(chǎn)的需求。圖2-4-23系此合金在純磷酸中的等腐蝕圖，圖2-4-44和表2-4-47系此合金在工業(yè)酸中的耐蝕性并與已知的耐工業(yè)磷酸（即含Cl-、F-的磷酸）較好的三種合金（Hesteloy G3、Senicro-28 和lnconel 625)的比。圖2-42-4和圖2-4-25則00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金在工業(yè)磷酸中的腐蝕速率與 Hastelloy G3 和 Inconel 625腐蝕速率之比。從表2-4-47 中結(jié)果可知，在所試驗(yàn)條件下，00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的耐蝕性顯著優(yōu)于Hastelloy G、G3及 Inconel 625合金；從圖2-4-24 可看出，在所試驗(yàn)條件下，Hastelloy G合金的腐蝕速率為00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 的2倍以上，最高可達(dá)10倍；而從圖2-4-25中可知，Inconel 625的腐蝕速率則為00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的1.5倍以上，最高也可達(dá)10倍。



圖 4-24.jpg

圖 4-25.jpg



  圖 2-4-26~圖2-4-28 系 00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金分別在鹽酸、硝酸、和硫酸中的等腐蝕圖。顯然，00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金可耐常壓下任何溫度、任何濃度HNO3 的腐蝕（圖2-4-26),而在鹽酸中，當(dāng)酸的濃度超過10%后，此合金也僅用于50℃以下才屬于耐蝕的范圍（圖2-4-27).圖2-4-28系在硫酸中的試驗(yàn)結(jié)果，可見，G30合金在溫度≤50℃條件下，對于各種濃度的硫酸而言都是耐蝕的。


圖 4-27.jpg

圖 4-28.jpg



  在腐蝕性極強(qiáng)的HNO3+H2SO4、HNO3+HCl、HNO3+HF等混酸介質(zhì)中，Hastelloy G,G3,G30 等合金的耐蝕性見圖24-20~圖2-4-31。顯然 G30 的耐蝕性既優(yōu)于Hastelloy G3 又優(yōu)于 Hastelloy  C-276 和 Hastelloy C-22 等鎳基耐蝕合金，00Cr30Ni46Mo5W2Cu2Nb在濕法磷酸和磷復(fù)肥生產(chǎn)中將是一種最理想的耐蝕結(jié)構(gòu)材料。


圖 4-31.jpg


  表2-4-48系 00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金在一些酸介質(zhì)申的腐蝕速率，并與 Hastelloy G3 和 Inconel 625 合金比較的結(jié)果。顯然，在所試驗(yàn)的條件G30 (00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)合金腐蝕速率最低。


表 4-48.jpg

表 4-48.1.jpg


  2. 晶間腐蝕


  圖2-4-32系在80℃,20%HNO3+6%HF中，時(shí)效（敏化）處理對此合金敏化范圍的影響。而表2-4-49則指出了Hastelloy G、G3和00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb（G30)合金之間時(shí)效態(tài)腐蝕速率的對比。從圖2-4-32中的結(jié)果可知，G30合金較G和G3合金更不易敏化，即使經(jīng)過870℃(<10h)敏化（時(shí)效）仍未見敏化的出現(xiàn)。從表2-4-49中的結(jié)果可知，隨時(shí)效時(shí)間延長，三種合金的腐蝕速率均有所增長，特別是G和G3合金最為明顯；但最敏感的溫度三種合金并不相同。從表2-4-49的結(jié)果同樣得出晶間腐蝕敏感性仍存在G30<G3<G的順序。


圖 4-32.jpg


  3. 點(diǎn)腐蝕


  在4%NaCl+0.1%Fe2(SO4)3+0.01mol/L HCl,pH為2的溶液中進(jìn)行點(diǎn)蝕試驗(yàn)，每個(gè)溫度下試驗(yàn)24小時(shí),測得臨界點(diǎn)蝕溫度見表2-4-50。


表 4-49.jpg


  根據(jù)表2-4-50的結(jié)果，在50℃的4%NaCl+0.1%Fe2(SO4)3+0.01mol/L HCI溶液全浸48小時(shí)后觀察，所試驗(yàn)的G30、825、20Cb-3 和 316 不銹鋼四種材料中，只有00Cr30N43M05.5W2.5Cu2Nb(G30)未見點(diǎn)蝕，且G30合金的臨界點(diǎn)蝕溫度可高達(dá)70℃。


三、力學(xué)性能


  00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金的室溫和高溫拉伸性能見表2-4-51和表2-4-52。


表 4-51.jpg


  表2-4-53和表2-4-54系合金不同變形量的冷軋態(tài)和冷軋并時(shí)效態(tài)的拉伸性能和沖擊韌性，而表2-4-55則系此合金退火（固濟(jì)）和過（固溶）十時(shí)裝態(tài)的沖擊韌性。可以看出，00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金退火（固溶）態(tài)不僅強(qiáng)度高，且塑性、韌性優(yōu)良（橫、縱向韌性無差別），但經(jīng)冷軋、冷軋＋500℃時(shí)效或固溶再經(jīng)中溫時(shí)效后，此合金在強(qiáng)度提高的同時(shí)，塑、韌性均有較明顯下降。


表 4-53.jpg



四、冷熱加工性能


  00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金可進(jìn)行熱加工和熱成型，但熱加工和熱成型構(gòu)件在最終裝配、安裝使用前，必須先進(jìn)行固溶處理。


  由于此合金室溫下所具有的高塑、韌性，故冷加工性、冷成型性均良好，但由于強(qiáng)度遠(yuǎn)高于Cr-Ni不銹鋼和鉻、鉬、鎢量低的鐵鎳基合金，故冷加工需更大外力。


五、熱處理工藝


  此合金固溶處理溫度為約1177℃,隨后水淬或快速冷卻。


六、焊接性能


  00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金焊接性良好，可采用GTAW、GMAW和焊條電弧焊等工藝焊接，由于埋弧焊的高熱輸人且冷卻緩慢故不推薦用于焊接此合金。建議采用G30焊絲（ERNiCrMo-11、UNS N06030)進(jìn)行GMAW和GTAW 工藝的焊接：用G30合金的焊條（ENICrMo-11,UNS W86030)進(jìn)行焊條電弧焊。


  表 2-4-56 列出了典型焊接材料的拉伸性能。


表 4-56.jpg


  室溫下，典型焊接材料V型缺口的沖擊韌性：GTAW 為 144J ，SMAW 為 61J。


七、物理性能


  00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的物理性能見表2-4-57。


表 4-57.jpg


八、應(yīng)用


  由于00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金是一種高鉻量（＞25%)并含有高鉬、鎢、銅等元素的高鎳耐蝕合金，因此該合金既可用于制造耐工業(yè)磷酸的磷酸生產(chǎn)制造過程的蒸發(fā)器，又可用于耐硫酸和硝酸＋鹽酸，硝酸＋氫氟酸等混酸的環(huán)境中的化工設(shè)備和構(gòu)件。由于此合金不僅含鈮且含碳量低（≤0.03%),故可用于各種焊接件且無晶間腐蝕的敏感性。此合金也可用于石油天然氣開發(fā)中的油、氣井套管。