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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定性,多用于航空事業,化學領域等。哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美國哈氏合金國際公司所生產的鎳基耐蝕合金的商業牌號的統稱。

產品分類 / 用途

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


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


一、化學成分和組織特點


  (00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)、Hastelloy G30 合金的化學成分見表2-4-46??梢悦黠@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,以適應磷肥生產的需求。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系此合金在工業酸中的耐蝕性并與已知的耐工業磷酸(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 中結果可知,在所試驗條件下,00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的耐蝕性顯著優于Hastelloy G、G3及 Inconel 625合金;從圖2-4-24 可看出,在所試驗條件下,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系在硫酸中的試驗結果,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



  在腐蝕性極強的HNO3+H2SO4、HNO3+HCl、HNO3+HF等混酸介質中,Hastelloy G,G3,G30 等合金的耐蝕性見圖24-20~圖2-4-31。顯然 G30 的耐蝕性既優于Hastelloy G3 又優于 Hastelloy  C-276 和 Hastelloy C-22 等鎳基耐蝕合金,00Cr30Ni46Mo5W2Cu2Nb在濕法磷酸和磷復肥生產中將是一種最理想的耐蝕結構材料。


圖 4-31.jpg


  表2-4-48系 00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金在一些酸介質申的腐蝕速率,并與 Hastelloy G3 和 Inconel 625 合金比較的結果。顯然,在所試驗的條件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)合金之間時效態腐蝕速率的對比。從圖2-4-32中的結果可知,G30合金較G和G3合金更不易敏化,即使經過870℃(<10h)敏化(時效)仍未見敏化的出現。從表2-4-49中的結果可知,隨時效時間延長,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. 點腐蝕


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


表 4-49.jpg


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


三、力學性能


  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和冷軋并時效態的拉伸性能和沖擊韌性,而表2-4-55則系此合金退火(固濟)和過(固溶)十時裝態的沖擊韌性??梢钥闯?,00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金退火(固溶)態不僅強度高,且塑性、韌性優良(橫、縱向韌性無差別),但經冷軋、冷軋+500℃時效或固溶再經中溫時效后,此合金在強度提高的同時,塑、韌性均有較明顯下降。


表 4-53.jpg



四、冷熱加工性能


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


  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,但由于強度遠高于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)進行GMAW和GTAW 工藝的焊接:用G30合金的焊條(ENICrMo-11,UNS W86030)進行焊條電弧焊。


  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磷酸的磷酸生產制造過程的蒸發器,又可用于耐硫酸和硝酸+鹽酸,硝酸+氫氟酸等混酸的環境中的化工設備和構件。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中的油、氣井套管。


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