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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(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。

產(chǎn)品分類 / 用途

0Cr16Ni60Mo16W4 (Hastelloy C)


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


一、化學(xué)成分和組織特點


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


常用 鎳-鉻-鉬 耐蝕合金的化學(xué)成分.jpg


  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酸的腐蝕,以及耐氯化物和海水的點蝕等。


 根據(jù)Ni-Cr-Mo三元合金相圖,此合金僅在≥1150℃時才具有均勻的單相固溶體組織。而當溫度低于1150℃,特別是在700~1050℃時,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,而且還會產(chǎn)生嚴重的脆化傾向。


二、耐腐蝕性能


 1. 在海水中


 0Cr16Ni60Mo16W4合金浸入海水中,經(jīng)10年的試驗結(jié)果表明,其腐蝕速率≤0.025mm/a,而且沒有點蝕產(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),而且充人空氣對其耐蝕性無影響。圖3-5-7系0Cr16Ni60Mo16W4合金在H2SO4中試驗的結(jié)果。顯然,在70℃以下的任何濃度H2SO4中,0Cr1Ni60Mo16W4合金均耐蝕。在發(fā)煙硫酸中的試驗表明,0Cr16Ni60Mo16W4在一些條件下也耐蝕,見表3-5-7。


圖 5-7.jpg


表 5-7.jpg



 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; 當鹽酸中充入空氣時,耐蝕性只在室溫以上的鹽酸中才稍有降低。此合金對氧的敏感性遠遠低于鎳鉬合金,當酸中有FeCl3、CaCl2等氧化性鹽時,此合金的耐全面腐蝕性能稍有降低。圖3-5-8系0Cr16Ni60Mo16W4 合金在鹽酸中進行腐蝕試驗的結(jié)果。在不同氣氛下的鹽酸中,0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蝕情況見表3-5-8。


圖 5-8.jpg


 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酸的恒沸點濃度約為36%,沸點為112℃.更高濃度的HF酸只有通過無水HF溶于水才能獲得。表3-5-9系0Cr16Ni60Mo16W4合金在不同濃度、溫度和不同試驗條件下的結(jié)果。在室溫HF酸中,此合金的腐蝕速率不超過0.25mm/a,隨溫度升高和充入空氣0Cr16Ni60Mo16W4合金的腐蝕速率會有所增加。


表 5-8.jpg


  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。這是因為濕法磷酸含有游離的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0.75mm/a。表3-5-11系在含HF的磷酸和濕法磷酸中的試驗結(jié)果。顯然,0Cr16Ni60Mo16W4合金在這些條件下具有相當好的耐蝕性。特別是在濕法磷酸生產(chǎn)過程中,耐蝕性極佳。


圖 5-9.jpg


表 5-10.jpg

  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格遠比0Cr16Ni60Mo16W4低廉,因此,在耐HNO材料中一般不選用0Cr16Ni60Mo16W4(除非在耐HNO3的同時,還要求耐一般不銹鋼和低牌號的合金無法解決的腐蝕介質(zhì))。


圖 5-10.jpg


 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系一些試驗結(jié)果。HNO3+HCl酸的腐蝕性很強,特別是王水(HCl :HNO3=3 :1),當高于室溫時,任何一種Ni-Cr-Mo合金都無法耐蝕,見表3-5-13。


表 5-12.jpg


 9. 在鉻酸中


 鉻酸雖然是強氧化性酸,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 列出了一些試驗結(jié)果。


表 5-14.jpg


 10. 在一些有機酸及其混合物中


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


表 5-15.jpg


表 5-18.jpg


 11. 在鹵素氣體中


  除氟氣外,0Cr16Ni60Mo16W4合金耐干的氯、溴、碘的腐蝕。當有水分存在時,例如在濕氯中,僅能用于≤40℃.在濕氯中的試驗結(jié)果見表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合金耐蝕性的試驗結(jié)果。


表 5-21.jpg


 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0Cr16Ni60Mo16W4 合金并無明顯影響。國內(nèi)一些試驗結(jié)果見圖3-5-11和圖3-5-12。


圖 5-13.jpg


 13. 晶間腐蝕


 0Cr16Ni60Mo16W4 合金經(jīng)過600~1150℃敏化處理或焊接,在一些介質(zhì),例如鹽酸、鉻酸、碳酸中會產(chǎn)生晶間腐蝕。圖3-5-13系在10%沸騰鹽酸中的試驗結(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,而且還伴隨著嚴重的脆化傾向。試驗表明,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,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)致其周圍鉻、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. 點蝕


 0Cr16Ni60Mo16W4和其他高鉻、高鉬的Ni-Cr-Mo型耐蝕合金是最耐點蝕的一類合金。無論是在NaCl、FeCl3等介質(zhì)中,還是在易產(chǎn)生點蝕的其他介質(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力學(xué)性能。


表 5-23.jpg



四、物理性能


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


表 5-24.jpg



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、電阻焊等焊接而無特殊困難。焊接時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格所致。圖3-5-14和圖3-5-15系國內(nèi)對0Cr16Ni60Mo16W4合金的熱塑性進行試驗所取得的結(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。


圖 5-14.jpg


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、塔、槽等。


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