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。
(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
(00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)、Hastelloy G30 合金的化學(xué)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(wěn)定性尚好。
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 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。
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。
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,在所試驗的條件G30 (00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb)合金腐蝕速率最低。
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(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(時效)仍未見敏化的出現(xiàn)。從表2-4-49中的結(jié)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(jié)果同樣得出晶間腐蝕敏感性仍存在G30<G3<G的順序。
3. 點腐蝕
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(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(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)十時裝態(tài)的沖擊韌性??梢钥闯觯?0Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb 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℃時效或固溶再經(jīng)中溫時效后,此合金在強(qiáng)度提高的同時,塑、韌性均有較明顯下降。
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。
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。
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。