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                哈氏合金|Hastelloy

                哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金,主要分成镍-铬合金与镍ω 铬钼合金两大类。哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性,多用于航空事业,化学领域等。哈氏合金(Hastelloy alloy)就是◆美国哈氏合金国际公司所生产的镍基耐蚀合金的商业牌号的统称。

                产品分类 / 用途

                0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G)

                  

                  (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2) 、Hastelloy G合金是20世纪60年代中期发展的一种既耐硫『酸又耐磷酸腐蚀的Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb变形耐蚀合金,定名为Hastelloy G合金。此合金除了在硫酸和磷酸中具有良好︾的耐蚀性外,在氧化-还原性介质中√也具有优秀的耐腐蚀能力。在含氟硅酸、硫酸盐、氯离子、氟离子、硝酸的硫酸和磷酸的混合介质中,Hastelloy G合金具有优异的」耐蚀性。此外,该合金亦具有良好的耐局部腐蚀性能,如晶间腐蚀々、点腐蚀和★缝隙腐蚀等。


                  在20多年的应用实践过程中,在HastelloyG合金的基础上又发展了HastelloyG-3和 Hastelloy G-30以及G35、G50等合金,最终形成了Hastelloy G合金系列。


                一、化学成分和组█织特点


                  Hestelloy G合金的化学成分列于表2-4-16中。在不同国家中,合金中主要合金元素Cr、Ni、Mo、Cu等的含△量基本一致,只是碳含量的上限值有所差别。


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                  此合金在工厂ㄨ固溶处理条件下是奥氏体组织并在基体上存在少许M6C和MC型碳化物,若在1150℃以上固溶处理,此合金的组织则成为纯奥氏体组织。这种组织决←定了合金不能通过热处理进行△强化,只能采用冷加工方法予以强化。在一定受热条件下,如在650~1093℃范围内进行敏化处【理,合金将析出M6C、MC(多半是NbC)碳化物和Laves相(Fe2Mo),以及金属间化合物→Z相(Cr-Fe-Ni-Nb)。中温时效所析出的沉⊙淀相对合金的耐蚀性,特别是耐晶间腐蚀将会产生极不利的影响。


                二、耐腐蚀性能


                  1. 全面腐蚀


                    ①. 海水 


                    Ni-Fe-Cr-Mo-Cu-Nb合金由于铬、钼的恰当配¤比,使其既耐低流速又耐高流速海水的腐蚀,在被污染的海水和有海洋有机物附着的海水环境中也具有足够的耐点蚀和耐缝隙√腐蚀性能。在深海(720~2070m)环境的海水和埋在沉积物中的试验结果指↑出,在123~1064天暴露过♀程中,Hastelloy G未出@ 现局部腐蚀。



                    ②. 工业水


                     在含有氯化物、硫酸盐、有机物工业废水中此类合金具有良好的◥耐蚀性,在22℃的上述工业废水◣中Hastelloy G合金的腐蚀速率为0.04mm/a。


                    ③. 硫酸


                     (0Cr22Ni47M06.5Cu2Nb2)Hastelloy G合金在纯硫酸中的腐蚀数据见表2-4-17和图2-4-16。表2-4-17为在工■厂实际条件下的试验结果,图2-4-16系在实验室不充气的硫酸中的试验结果。由这些∮数据可以看出,此合金在全浓硫酸中40℃以下使用是安全的。在浓度为20%~60%的硫酸中可使用到近90℃,而沸腾温度时仅能在ㄨ低于10%的硫酸中使用。


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                图 4-16.jpg


                      在工业应用的硫酸中,常常不是单纯的纯硫酸,而是常混有HF酸、盐类(硫酸盐、盐酸盐)的硫酸。通常氧化性杂质可以促进】合金的钝化,进而提高合金的耐蚀性,而还原性的杂质,如F-、Cl-等会加速合金的腐蚀。在混有杂质的硫酸中,合金的耐蚀性见表2-4-18和图2-4-17。显然,在硫酸⊙液相中,氯离ξ子的加入降低了合金的耐蚀性,当在加入200ppm Cl-的条件下,以腐蚀速率0.13mm/a作为依据,其使用温度下降10~20℃.在气相中,氯离〗子的加入对合金的耐蚀性未见影响。氟离子与氯离子♀相仿,对合金耐硫酸性能产生不利影响。


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                图 4-17.jpg


                    ④. 磷酸 


                   在化学纯和含杂质的磷酸中,0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐蚀性见表2-4-19和图2-4-18。在化学纯的磷酸中,此合金在沸腾温度◥浓度小于30%的酸中『是耐蚀的,在30%~85%的H3PO4中其使用温度要限制在100℃以下。磷酸中的杂质Cl-、F-、SO42-等加速了合金的■腐蚀,而三价Fe和A1因与F-形成络合物∮减缓了合金的腐蚀。在化肥生产中,以湿法磷酸为主要原料,湿法磷酸含有大量的杂质,包括F-、Cl-、硫酸根、Al、Fe、Si等,由于F-、Cl-的掺杂使其腐蚀性增强,0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在湿法磷酸的腐蚀中的数据见表24-20。在不同组成的湿法≡磷酸中,此合金可使用到110℃,过高的温度合金的耐蚀性急剧下降。


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                表 4-20.1.jpg


                    ⑤. 盐酸


                    盐酸较硫酸具有更强的腐蚀性。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金仅在室〇温或略高于室温,浓度小于2%的稀盐酸中耐蚀。合金在盐酸中的腐蚀数据列于表2-4-21和图2-4-19。


                图 4-19.jpg


                    ⑥. 氢氟酸和氟硅酸


                    在不通气的氢氟酸中,0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在60℃耐蚀,在较高温度将产生明显的腐蚀甚至完全溶解。氟硅酸的腐▂蚀性不如氢氟酸强烈,这种介质在湿法磷酸生产中用水净化含SiF4气体时产生,对材料也会产生明显腐蚀,此合金在氟硅酸中的使用温度可▲高于在氢氟酸中的使用温度。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在氢氟酸和氟硅酸中的耐蚀性见表2-4-22。


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                    ⑦. 硝酸


                   硝酸是一种氧化性酸,由于此合金的铬含量很高,因此具有良好的耐蚀性,在沸腾温度,浓度低于40%的HNO3中,合金具有极好的耐蚀性。在40%~70%HNO3中,OCr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金可使用到100℃.在硝酸磷肥生产工艺介质中,此合金亦具有极好的耐蚀性。表2-4-23和图2-4-20给出了合金在硝酸系♀统中的耐蚀性。


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                    ⑧. 核燃料包壳溶解〓液

                 

                   为了在乏核燃料中提取有用物质,必须将核燃料包壳溶解,然后再进行萃取,即通常所说的核燃料化工后处理过程。对于不同的︼包壳材料采用不同的溶解介质,为了使铝、锆合金、不锈钢等包壳材料溶解,这些介质均具有极强的蚀性,而溶解产物又会改变介质的腐蚀性。在这类∮工艺介质中所使用的溶解器材料必须经得起氧化性、还原性或氧化-还原性介质的腐蚀。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金在多种复杂介质中均具◥有良好的耐蚀性,可以满足核燃料溶解器对结构材料耐蚀性的要◢求。但在纯盐酸+硝酸或6mol/L H2SO4中,合金的耐蚀性则不足,但当(铝、锰、不锈钢、锆)包壳溶解后,溶解产物会减缓介质对材料的腐蚀性,而在上述介质中溶解工艺开╱始之前尚需采用要的缓蚀措施。表2-4-24 给出了0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金在核燃料包壳溶解介质中的耐蚀性。


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                    ⑨. 湿氯、盐和有机物


                    在湿氯、盐类和有机』物等介质中,此合金的耐蚀性见表2-4-25。


                表 4-25.jpg


                   2. 晶间腐蚀


                  由于0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金中含有足够的稳定化元素Nb,因此卐具有良好的抗晶间腐蚀性能,可以经受多次焊接的考验。然而在一定的受热条件下,经固溶∏处理的供货状态材料的正常组织若遭到破坏,在苛刻的腐蚀介质中会出现晶间腐蚀,在沸腾65%HNO3 240h和在沸腾50%H2SO4+42g/LFe2(SO4)3120h试验结果指出,在649~1093℃敏化1h的合金,其▽耐蚀性发生明显变化,在两种试验中出现腐蚀峰值温度均在704℃,随着↙敏化温度的提高,在硝酸中的腐蚀速率下降,而在硫酸铁中的腐蚀速率在871℃出现第二个峰值。高的腐蚀速率表明了合金∑出现了晶间腐蚀,见图2-4-21。


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                  研究结果表明,此合金在650~870℃间敏化,在奥氏体组织的晶界上或基体上析出,M23C6、M6C和金属间化合物(o相、Z相),高于此温度可析出Laves相。这些碳化物和▲金属间相的析出,造成临近区域铬、钼、镍贫化,当其沿晶界形成连续◣网状时,在足够的腐蚀条件下就会产生晶间腐蚀。实践表明,0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2合金的焊接试样,在大多数介质中具有与未焊合金相同的↑耐蚀性。


                  3. 点腐蚀和缝隙腐蚀


                 由于此合金具有高铬、钼含量,因此具有良好的耐点蚀和缝隙腐蚀性能,在々产生点蚀和缝隙腐蚀的环境中常常被选用。0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 合金耐点蚀和缝隙腐蚀性能见表2-4-26~表2-4-28.由这些∞数据可知,0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2在控制污染的净化二氧化硫系统中具有良好的耐点蚀性能,但在模拟净化条件下只能在50℃以下使用。


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                  4. 应力腐蚀


                  在高浓氯化物中☉,此合金的耐※应力腐蚀断裂性能优于一般奥氏体不锈钢和其他铁镍基合金,与Hastelloy C-276镍基耐蚀合金相当。实验室试验结果◆列于表2-4-29中。


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                三、力学性能


                  0Cr22Ni47Mo6,5Cu2Nb2和00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb合金的低温、室温和高湿力学性能等列于※表2-4-30~表2-4-33中。


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                四、物理性能


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


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                五、焊接性能


                  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2具有良好的焊接性能,可采用常规焊接方法进行焊接,焊前、焊后均不需热处理。在焊接时应控制⌒热输入量,层间温度≤150℃.焊芯材料为Nicrofer S6020,其成分为0.05C-21Cr-9Mo-3Nb-65Ni。


                六、冷热加工及成型性能


                  0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2的热加◤工性能良好。热加工√温度范围为900~1150℃.最适宜的加热温度为.1150℃.设备制∑ 造过程中,在热成型后,建议进行固溶处理,以便保持合金的最宜耐蚀性。合金的★冷成型性能良好,但较通常的奥氏体不锈钢有更大的加工硬化倾向,因此在选用成型设备时〗应予以考虑。合金的冷加工硬化倾向列ζ于表2-4-35,冷加工硬化可以通过中间退火得到软化。


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                七、热处理工艺〖


                  为了使合金获得最佳耐蚀性,固溶退火温度应选用1100~1150℃,保温时间,视产品的截面尺寸而定,冷却方法为水冷或快速空冷。


                八、应用


                  此合金具有广泛的适♀用性,可以生产板、管、丝、带材、锻件和铸件。此合金在硫酸、磷酸、湿法磷酸、核燃料Ψ溶解液、污染控制和造纸工业以及油气井开采中可用以∴制作管道、容器、换热器、泵和阀门。