哈(ha)氏(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin)是一種鎳基(ji)耐腐(fu)蝕(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin),主要(yao)分成鎳-鉻(ge)合(he)(he)(he)(he)金(jin)與鎳鉻(ge)鉬合(he)(he)(he)(he)金(jin)兩大(da)類(lei)。哈(ha)氏(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin)具有良好(hao)的(de)抗腐(fu)蝕(shi)性和(he)熱穩定性,多用(yong)于航空事(shi)業(ye),化學領域(yu)等。哈(ha)氏(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(Hastelloy alloy)就(jiu)是美(mei)國(guo)哈(ha)氏(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin)國(guo)際公(gong)司所生產的(de)鎳基(ji)耐蝕(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin)的(de)商(shang)業(ye)牌號的(de)統(tong)稱。
(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(yi)、化學成(cheng)分(fen)和組織特點
(00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)、Hastelloy G30 合(he)金(jin)的(de)化學成分見表2-4-46。可以明顯看出,此(ci)合(he)金(jin)碳量(liang)低(≤0.03%)并含約1%Nb,因(yin)此(ci),此(ci)合(he)金(jin)鉻碳化物析出很(hen)少(shao)。由(you)于鉻量(liang)高,此(ci)合(he)金(jin)中溫敏化(例如871℃長期停留)就(jiu)有σ相沉淀,但由(you)于合(he)金(jin)中的(de)鉻量(liang)雖(sui)高,但鉬、鎢量(liang)相對較低,因(yin)此(ci),此(ci)合(he)金(jin)的(de)熱穩定性尚好。
二、耐腐蝕性能(neng)
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 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。
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。
表2-4-48系 00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合(he)金在(zai)一些酸(suan)介質申(shen)的腐(fu)蝕(shi)速(su)率(lv),并與 Hastelloy G3 和(he) Inconel 625 合(he)金比較的結果。顯然(ran),在(zai)所試驗的條(tiao)件G30 (00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)合(he)金腐(fu)蝕(shi)速(su)率(lv)最(zui)低。
2. 晶(jing)間腐蝕
圖2-4-32系在(zai)80℃,20%HNO3+6%HF中(zhong),時(shi)(shi)效(敏(min)化)處理對此合(he)(he)金(jin)敏(min)化范圍的(de)(de)(de)影響(xiang)。而表2-4-49則指出了Hastelloy G、G3和(he)00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb(G30)合(he)(he)金(jin)之間(jian)(jian)時(shi)(shi)效態(tai)腐蝕速率(lv)的(de)(de)(de)對比。從圖2-4-32中(zhong)的(de)(de)(de)結果(guo)可(ke)知(zhi),G30合(he)(he)金(jin)較G和(he)G3合(he)(he)金(jin)更不易敏(min)化,即使經(jing)過870℃(<10h)敏(min)化(時(shi)(shi)效)仍未見(jian)敏(min)化的(de)(de)(de)出現。從表2-4-49中(zhong)的(de)(de)(de)結果(guo)可(ke)知(zhi),隨時(shi)(shi)效時(shi)(shi)間(jian)(jian)延長,三種(zhong)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)腐蝕速率(lv)均有所增長,特別是G和(he)G3合(he)(he)金(jin)最(zui)為(wei)明顯(xian);但最(zui)敏(min)感的(de)(de)(de)溫度三種(zhong)合(he)(he)金(jin)并不相同。從表2-4-49的(de)(de)(de)結果(guo)同樣得出晶間(jian)(jian)腐蝕敏(min)感性仍存在(zai)G30<G3<G的(de)(de)(de)順序。
3. 點(dian)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。
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(neng)
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金(jin)的室溫和高溫拉(la)伸(shen)性(xing)能見表(biao)2-4-51和表(biao)2-4-52。
表2-4-53和(he)表2-4-54系合金(jin)(jin)不同變形量的(de)冷軋態(tai)和(he)冷軋并時(shi)(shi)效態(tai)的(de)拉伸性(xing)能和(he)沖擊韌(ren)性(xing),而表2-4-55則系此合金(jin)(jin)退火(huo)(固濟)和(he)過(固溶)十時(shi)(shi)裝態(tai)的(de)沖擊韌(ren)性(xing)。可以看出,00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 合金(jin)(jin)退火(huo)(固溶)態(tai)不僅強(qiang)度高,且(qie)塑性(xing)、韌(ren)性(xing)優良(橫(heng)、縱向韌(ren)性(xing)無差別),但經(jing)冷軋、冷軋+500℃時(shi)(shi)效或(huo)固溶再(zai)經(jing)中溫時(shi)(shi)效后,此合金(jin)(jin)在強(qiang)度提高的(de)同時(shi)(shi),塑、韌(ren)性(xing)均(jun)有較明顯下降。
四、冷(leng)熱加工性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合(he)金可進(jin)(jin)行熱(re)(re)加(jia)工和熱(re)(re)成型(xing),但(dan)熱(re)(re)加(jia)工和熱(re)(re)成型(xing)構(gou)件(jian)在最(zui)終裝配、安(an)裝使用(yong)前,必須先進(jin)(jin)行固溶處理。
由于此合金室溫下所具有的高塑、韌(ren)性(xing),故(gu)冷加(jia)工性(xing)、冷成型性(xing)均(jun)良(liang)好,但由于強度(du)遠高于Cr-Ni不銹(xiu)鋼和鉻、鉬、鎢量(liang)低的鐵鎳基合金,故(gu)冷加(jia)工需更大外(wai)力。
五、熱處(chu)理(li)工(gong)藝
此(ci)合金固溶處理溫度為約1177℃,隨后水淬或快速(su)冷卻。
六、焊接性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金(jin)焊(han)(han)接(jie)(jie)性良好,可(ke)采用GTAW、GMAW和焊(han)(han)條(tiao)(tiao)(tiao)電(dian)弧(hu)焊(han)(han)等工(gong)藝焊(han)(han)接(jie)(jie),由于埋弧(hu)焊(han)(han)的高(gao)熱輸人且冷卻緩慢故(gu)不推薦用于焊(han)(han)接(jie)(jie)此合金(jin)。建(jian)議采用G30焊(han)(han)絲(ERNiCrMo-11、UNS N06030)進行GMAW和GTAW 工(gong)藝的焊(han)(han)接(jie)(jie):用G30合金(jin)的焊(han)(han)條(tiao)(tiao)(tiao)(ENICrMo-11,UNS W86030)進行焊(han)(han)條(tiao)(tiao)(tiao)電(dian)弧(hu)焊(han)(han)。
表 2-4-56 列出了典型(xing)焊接材料的拉伸(shen)性能(neng)。
室(shi)溫(wen)下,典型焊接材料V型缺(que)口的沖擊韌性(xing):GTAW 為 144J ,SMAW 為 61J。
七、物理性能
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金的物(wu)理性能見(jian)表2-4-57。
八、應用
由于00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb合金(jin)(jin)是一(yi)種(zhong)高鉻量(liang)(>25%)并含(han)有高鉬、鎢、銅等元素的(de)(de)高鎳(nie)耐(nai)(nai)蝕合金(jin)(jin),因(yin)此該合金(jin)(jin)既可(ke)用(yong)(yong)于制造(zao)(zao)耐(nai)(nai)工業磷酸(suan)(suan)的(de)(de)磷酸(suan)(suan)生產(chan)制造(zao)(zao)過程的(de)(de)蒸發(fa)(fa)器,又可(ke)用(yong)(yong)于耐(nai)(nai)硫(liu)酸(suan)(suan)和(he)硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)+鹽酸(suan)(suan),硝(xiao)(xiao)酸(suan)(suan)+氫氟酸(suan)(suan)等混酸(suan)(suan)的(de)(de)環境中的(de)(de)化工設備和(he)構件(jian)。由于此合金(jin)(jin)不僅含(han)鈮且(qie)含(han)碳量(liang)低(≤0.03%),故(gu)可(ke)用(yong)(yong)于各種(zhong)焊接件(jian)且(qie)無晶間腐(fu)蝕的(de)(de)敏感(gan)性。此合金(jin)(jin)也可(ke)用(yong)(yong)于石油(you)天然(ran)氣(qi)開(kai)發(fa)(fa)中的(de)(de)油(you)、氣(qi)井套管。