0Cr16Ni60Mo16W4 (Hastelloy C)

（0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C合金 系20世紀(jì)30年代問(wèn)世的Hastelloy C系列中第一個(gè)Ni-Cr-Mo(W)型耐蝕合金。

一、化學(xué)成分和組織特點(diǎn)

（0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C合金的化學(xué)成分見(jiàn)下表

  此合金主要耐濕氯、各種氧化性氯化物（如氯化鐵、氯化銅、氧化汞等）、氯化鹽溶液（如氯化鈣、氯化鎂、氯化鉛等）、硫酸與氧化性鹽的混合物、亞硫酸、沸騰溫度的各種濃度有機(jī)酸的腐蝕，以及耐氯化物和海水的點(diǎn)蝕等。

 根據(jù)Ni-Cr-Mo三元合金相圖，此合金僅在≥1150℃時(shí)才具有均勻的單相固溶體組織。而當(dāng)溫度低于1150℃,特別是在700~1050℃時(shí)，此合金中便有大量碳化物（M₆C、M₂C、M₂₃C₆)和金屬間相（o、μ、P)等析出，不僅導(dǎo)致合金的耐蝕性下降，而且還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的脆化傾向。

二、耐腐蝕性能

 1. 在海水中

 0Cr16Ni60Mo16W4合金浸入海水中，經(jīng)10年的試驗(yàn)結(jié)果表明，其腐蝕速率≤0.025mm/a,而且沒(méi)有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。

 2. 在硫酸中

（0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金在室溫下各種濃度的H₂SO₄中，其耐蝕性良好（≤0.025mm/a),而且充人空氣對(duì)其耐蝕性無(wú)影響。圖3-5-7系0Cr16Ni60Mo16W4合金在H₂SO₄中試驗(yàn)的結(jié)果。顯然，在70℃以下的任何濃度H₂SO₄中，0Cr1Ni60Mo16W4合金均耐蝕。在發(fā)煙硫酸中的試驗(yàn)表明，0Cr16Ni60Mo16W4在一些條件下也耐蝕，見(jiàn)表3-5-7。

 3. 在鹽酸中

（0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金耐鹽酸腐蝕的性能雖然低于鎳鉬合金，但在各種濃度室溫鹽酸中，腐蝕速率不高于0.10mm/a;在65℃的鹽酸中，腐蝕速率也≤0.5mm/a; 當(dāng)鹽酸中充入空氣時(shí)，耐蝕性只在室溫以上的鹽酸中才稍有降低。此合金對(duì)氧的敏感性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鎳鉬合金，當(dāng)酸中有FeCl₃、CaCl₂等氧化性鹽時(shí)，此合金的耐全面腐蝕性能稍有降低。圖3-5-8系0Cr16Ni60Mo16W4 合金在鹽酸中進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果。在不同氣氛下的鹽酸中，0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蝕情況見(jiàn)表3-5-8。

 4. 在氫氟酸中

 （0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金在HF酸中，隨溫度升高，其耐蝕性下降。HF酸的恒沸點(diǎn)濃度約為36%,沸點(diǎn)為112℃.更高濃度的HF酸只有通過(guò)無(wú)水HF溶于水才能獲得。表3-5-9系0Cr16Ni60Mo16W4合金在不同濃度、溫度和不同試驗(yàn)條件下的結(jié)果。在室溫HF酸中，此合金的腐蝕速率不超過(guò)0.25mm/a,隨溫度升高和充入空氣0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蝕速率會(huì)有所增加。

  5. 在磷酸中

  磷酸的腐蝕性與磷酸的制取方法關(guān)系密切。一般濕法磷酸較普通磷酸具有更大的腐蝕性。這是因?yàn)闈穹姿岷杏坞x的F^-、Cl^-離子和SO₂^-4。圖3-5-9和表3-5-10系0Cr16Ni60Mo16W4合金在各種H3PO4中的試驗(yàn)結(jié)果。由圖表可知，除高溫H₃PO₄外，0Cr16Ni60Mo16W4合金在許多條件下耐蝕性是良好的。試驗(yàn)還表明，即使在沸騰溫度下的55%H3PO4+0.8%HF的條件下，0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蝕速率也不超過(guò)0.75mm/a。表3-5-11系在含HF的磷酸和濕法磷酸中的試驗(yàn)結(jié)果。顯然，0Cr16Ni60Mo16W4合金在這些條件下具有相當(dāng)好的耐蝕性。特別是在濕法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中，耐蝕性極佳。

  6. 在亞硫酸中

  亞硫酸的氧化性要高于H₂SO₄.因此，Cr≥15%的0Cr16Ni60Mo16W4合金在該介質(zhì)中，在任何濃度和溫度下都是耐蝕的。

  7. 在硝酸中

  雖然0Cr16Ni60Mo16W4合金能夠耐室溫下所有濃度的HNO₃或較高溫度下、低濃度的HNO₃,但是，由于許多不銹鋼可耐此種酸的腐蝕而且價(jià)格遠(yuǎn)比0Cr16Ni60Mo16W4低廉，因此，在耐HNO₃ 材料中一般不選用0Cr16Ni60Mo16W4(除非在耐HNO3的同時(shí)，還要求耐一般不銹鋼和低牌號(hào)的合金無(wú)法解決的腐蝕介質(zhì)）。

 8. 在含硝酸的混酸中

 HNO₃+HF酸是冶金廠酸洗工藝和核燃料處理工藝中經(jīng)常遇到的介質(zhì)。Ni-Cr-Mo合金，包括0Cr16Ni60Mo16W4的耐蝕性隨溫度和介質(zhì)濃度，特別是混酸中HNO₃濃度的增加而提高。表3-5-12系一些試驗(yàn)結(jié)果。HNO₃+HCl酸的腐蝕性很強(qiáng)，特別是王水（HCl ：HNO₃=3 ：1),當(dāng)高于室溫時(shí)，任何一種Ni-Cr-Mo合金都無(wú)法耐蝕，見(jiàn)表3-5-13。

 9. 在鉻酸中

 鉻酸雖然是強(qiáng)氧化性酸，但其離子化傾向并不大。因此，（0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金在中等溫度的任何濃度下是耐蝕性的。表3-5-14 列出了一些試驗(yàn)結(jié)果。

 10. 在一些有機(jī)酸及其混合物中

 （0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金在甲酸、醋酸等有機(jī)酸及其混合物中的耐蝕性見(jiàn)表 3-5-15 ~ 表3-5-20 。顯然，在所試驗(yàn)的條件下 （0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金具有非常好和比較好的耐腐蝕性能。

 11. 在鹵素氣體中

  除氟氣外，0Cr16Ni60Mo16W4合金耐干的氯、溴、碘的腐蝕。當(dāng)有水分存在時(shí)，例如在濕氯中，僅能用于≤40℃.在濕氯中的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-5-21.顯然，在大多數(shù)情況下，Ni-Cr-Mo(W)合金具有非常優(yōu)異的耐蝕性。因而，耐干、濕氯氣的腐蝕是高鉬含量的Ni-Cr-Mo(W)耐蝕合金的一個(gè)重要特性。表3-5-22是在含氯氣的水溶液中Ni-Cr-Mo合金耐蝕性的試驗(yàn)結(jié)果。

 12. 在HF氣體中

  0Cr16Ni60Mo16W4合金耐高溫 HF氣腐蝕的性能優(yōu)良，它可允許在≤750℃的HF氣中使用，而且氧的存在對(duì)0Cr16Ni60Mo16W4 合金并無(wú)明顯影響。國(guó)內(nèi)一些試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3-5-11和圖3-5-12。

 13. 晶間腐蝕

 0Cr16Ni60Mo16W4 合金經(jīng)過(guò)600~1150℃敏化處理或焊接，在一些介質(zhì)，例如鹽酸、鉻酸、碳酸中會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。圖3-5-13系在10%沸騰鹽酸中的試驗(yàn)結(jié)果。由圖可知，此合金敏化區(qū)范圍較寬。在此區(qū)域內(nèi)加熱，Cr16Ni60Mo16W4合金不僅產(chǎn)生晶間腐蝕，耐蝕性下降，而且還伴隨著嚴(yán)重的脆化傾向。試驗(yàn)表明，隨腐蝕介質(zhì)的不同，此合金的敏化溫度亦異。

 研究表明，0Cr16Ni60Mo16W4合金產(chǎn)生晶間腐蝕的原因是由于合金在600~1150℃加熱時(shí)，有大量碳化物（M₆C、M₂C、M₂₃C₆)和金屬間相（o、Ni7Mo6、μ、P相）沉淀。這些析出相中有的富鉻，有的高鉻，有的既高鉬、又富鉻，它們沿晶界沉淀，導(dǎo)致其周?chē)t、鉬元素貧化。在一些介質(zhì)作用下，由于貧化區(qū)受到優(yōu)先腐蝕而產(chǎn)生晶間腐蝕。當(dāng)然，在一些氧化性介質(zhì)中，0Cr16Ni60Mo16W4合金中碳化物和富鉬相本身的選擇性溶解也是一個(gè)原因。

 為了防止0Cr16Ni60Mo16W4合金的晶間腐蝕，采取的措施有選用適宜的熱處理（見(jiàn)本節(jié)熱處理工藝）和用低碳、低硅的第二代合金00Cr15Ni60Mo16W4（Hastelloy C-276)及低碳、低硅、降鐵、加鈦和不含鎢的第三代合金000Cr16Ni63Mo16Ti (Hastelloy C-4)。

 14. 點(diǎn)蝕

 0Cr16Ni60Mo16W4和其他高鉻、高鉬的Ni-Cr-Mo型耐蝕合金是最耐點(diǎn)蝕的一類(lèi)合金。無(wú)論是在NaCl、FeCl₃等介質(zhì)中，還是在易產(chǎn)生點(diǎn)蝕的其他介質(zhì)中，0Cr16Ni60Mo16W4均具有很好的性能。

三、力學(xué)性能

  表 3-5-23系 （0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金的室溫和高溫瞬時(shí)力學(xué)性能。

四、物理性能

 （0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金的物理常數(shù)見(jiàn)表 3-5-24。

五、焊接性能

  （0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金焊接性能良好，它可采用各種通用焊接方法，例如TIG、MIG、電弧焊、電阻焊等焊接而無(wú)特殊困難。焊接時(shí)所用填絲和焊芯一般與母材相同。

六、冷熱加工及成型性能

（0Cr16Ni60Mo16W4）Hastelloy C 合金冷加工并無(wú)特殊困難。但是，其熱加工則是鎳基耐蝕合金中較困難的一種。這并不是由于其熱塑性低，而是由于變形抗力大，加工工藝控制要求嚴(yán)格所致。圖3-5-14和圖3-5-15系國(guó)內(nèi)對(duì)0Cr16Ni60Mo16W4合金的熱塑性進(jìn)行試驗(yàn)所取得的結(jié)果。顯然，電渣重熔冶煉可明顯提高此合金的熱塑性。合金鍛態(tài)的熱塑性高于鑄態(tài)。合金的熱加工及熱成型溫度以1000~1200℃為宜。

七、熱處理工藝

 適宜的熱處理是使0Cr16Ni60Mo16W4合金獲得良好的耐蝕性，特別是耐晶間腐蝕性能不可缺少的環(huán)節(jié)。試驗(yàn)表明，為了使0Cr16Ni60Mo16W4合金具有良好的耐蝕性和塑、韌性，在約1218℃加熱后急冷是需要的，這既包括焊后，也包括熱成型后。但對(duì)于鑄件，則建議在1177℃加熱后急冷或空冷。

八、應(yīng)用

  0Cr16Ni60Mo16W4合金可制成板、棒、帶、絲材，焊管和鑄件。由于高溫變形抗力大，一般不生產(chǎn)無(wú)縫管材。此合金由于在各種氯化物，如濕氯、氧化性氯化物（FeCl₃,CuCl₂等）、氯化物鹽（NaCl、CaCl₂、MgCl₂等），以及含各種氧化性鹽的硫酸、亞硫酸、磷酸，各種有機(jī)酸、高溫氟化氫等介質(zhì)中的良好的耐全面腐蝕和局部腐蝕性能，因此可制造耐這些介質(zhì)腐蝕的各種容器、管道、閥門(mén)、塔、槽等。