HastelloyG3哈氏合金

 Hastelloy G3合金簡稱G3，是一種性能優(yōu)越的鎳基耐蝕合金，屬于含Mo、Cu的Ni-Cr-Fe系，它具有優(yōu)良的抗氧化和大氣腐蝕及抗應(yīng)力腐蝕開裂能力，而且具有較高的抗局部腐蝕（點蝕、縫隙腐蝕）的能力。合金中由于含有較高的Fe，相對于其它鎳基耐蝕合金具有成本低的特點。G3合金常用于煙氣脫硫系統(tǒng)、造紙、磷酸生產(chǎn)蒸汽發(fā)生器和熱交換器中。用該合金制成的油井管具有優(yōu)異的抗H2S、CO2、Cl-腐蝕性能，是酸性氣田油井管的佳選材。目前，世界范圍內(nèi)只有日本住友、美國SMC、德國V&M以及瑞典Sandvik能夠生產(chǎn)。

組成結(jié)構(gòu)

元素組成

G3鎳基耐蝕合金以抗液體介質(zhì)(室溫，有時也可高于室溫)腐蝕能力為其主要性能。含鎳量一般不超過70%，主要添加Cu,Cr,Mo,Fe,W等，以適應(yīng)各種不同化學(xué)性質(zhì)的工作介質(zhì)。其主要合金化原理如下：

鎳：基體元素，具有非常好的延展性，面心立方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠容納大量的合金元素。對堿溶液有極佳的抵抗能力。

鋁：作為脫氧劑，冶煉時去除熔化金屬的氧。

碳：有害元素，會導(dǎo)致碳化物的形成，造成晶界敏化，降低腐蝕性能。

鉻：主要的合金元素，增強對氧化性溶液(如硝酸，鉻酸)的抵抗能力，同時增強對局部腐蝕的抵抗能力(如點蝕、縫隙腐蝕)。

銅：增強對非氧化性溶液的抵抗能力(如鹽酸、稀硫酸)。

鐵：在滿足使用性能的情況下用來降低成本，但是使用鐵質(zhì)模具和廢料來生產(chǎn)就不可避免包含一些鐵的成分。

鎢和鉬：增強對非氧化性溶液的抵抗能力(如鹽酸、稀硫酸)，增強對局部腐蝕的抵抗能力。

鈮和釩：原來用于固定碳元素。由于氬氧脫碳工藝的成熟，現(xiàn)在已經(jīng)不使用了。

硅：有害元素，原材料冶煉中帶過來，要盡可能的降低，硅會穩(wěn)定碳化物和金屬間化合物，如σ相、μ相。[1]

微觀結(jié)構(gòu)

G3合金再結(jié)晶后，隨著保溫時間的延長，奧氏體晶粒發(fā)生了長大和粗化，有的晶界部分有二次再結(jié)晶生成并發(fā)生長大；晶粒度隨著溫度的增高長大粗化的更明顯，這是因為隨著溫度升高，位錯密度減小，晶界遷移速率變快，晶粒長大速度變大；在其它變形條件相同的條件下，初始晶粒度大小和再結(jié)晶后的晶粒大小沒有必然的聯(lián)系，總體來說初始晶粒度越大再結(jié)晶晶粒越大，但長大規(guī)律不明顯；在其它變形條件一定的情況下，隨著應(yīng)變速率的升高，再結(jié)晶晶粒變細，這是因為在其它變形條件相同的情況下，應(yīng)變速率越高，變形后的位錯密度越大，再結(jié)晶的驅(qū)動力越大，形核率也越高，因而再結(jié)晶晶粒越多，晶粒尺寸越小；隨著變形溫度升高，晶粒尺寸增加較大，其原因是在其它變形條件相同的情況下，變形溫度越高，材料的位錯密度越小，導(dǎo)致再結(jié)晶時形核率減少；同時溫度越高再結(jié)晶的晶粒的長大速度越快，后形核的再結(jié)晶核來不及長大就被先長大的大晶粒吞并，從而再結(jié)晶過程中能長大的晶粒數(shù)減少，再結(jié)晶晶粒變粗。

Hastelloy G3發(fā)展簡史

先進國家發(fā)展情況Hastelloy G3合金是一種性能優(yōu)越的鎳基耐蝕合金。目前國外除了Haynes公司，主要有美國特殊鋼公司、日本住友金屬公司、德國V&M公司研究和生產(chǎn)G一3合金。這些公司對G一3合金的研究較早，具有多年的開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗。對G一3合金在腐蝕環(huán)境下的耐蝕性能方面也進行了研究，如Hibner等的研究結(jié)果表明，冷加工強化型的鎳基耐蝕合金中，G一3合金的耐蝕性能優(yōu)于825、028合金。G一3合金在溫度220℃、pH=3．3、Cl一濃度為15．175%、H2S和CO：分壓均為2．1 MPa的腐蝕環(huán)境中，仍表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能。此外，Hibner等還研究了G一3合金晶粒尺寸大小對其在墨西哥灣模擬酸性溶液(25%NaC!+1．03 MPaH2S+1．03 MPa C02，溫度為218℃)中的耐應(yīng)力腐蝕開裂和晶間腐蝕的影響。慢應(yīng)變速率腐蝕試驗結(jié)果表明，G一3合金斷面收縮率和延伸率均大于92%，且不出現(xiàn)二次裂紋，G一3合金表現(xiàn)出良好的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力。當(dāng)晶粒度從6—7．5級變化到4—5．5級時，對其抗應(yīng)力腐蝕開裂的影響很小。晶間腐蝕試驗表明，G一3合金的腐蝕速率大約為0．27～0．36 mm/a，明顯低于化工過程大容許腐蝕速率(0．61 mm/a)，晶粒度對晶間腐蝕的影響也很小 Thompson等采用循環(huán)動電位掃描法研究了G一3合金在C1．濃度為100 g/L、溫度為50℃的酸性溶液中的點蝕行為。結(jié)果表明，G一3合金的點蝕電位為0．59 V，當(dāng)電位超過此值時，腐蝕電流迅速增大，耐腐蝕性能大大降低。

國外某大型化學(xué)公司生產(chǎn)氯化物及氟化物的反應(yīng)器遭受嚴重腐蝕，按ASME規(guī)范要求，12-18個月就需要更換一次設(shè)備。反應(yīng)工藝中使用多種碳氫化合物、硫酸、氟化銨及一定數(shù)量的催化劑，運行溫度為93℃。選擇多種材料在反應(yīng)器內(nèi)進行了18個月的試驗評價,其腐蝕速率: UNSN06059,3.0mm/a; UNSN08031,13mm/a;UNSN10276,8.9 mm/a; UNSN10665,6.4 mm/a。據(jù)此使用UNSN06059(名義成分23%Cr，16%Mo，小于1%Fe，0.005%C，其余為Ni)鎳基合金材料制造了反應(yīng)器，已實際運行2年以上仍性能良好，預(yù)期可以作用42-48個月，服役壽命比以前可延長3-4倍。美國304與316L奧氏體不銹鋼在沸騰的42%MgCl2中1-2h即發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂，而鎳基耐蝕合金Cr-Ni-Mo系的C-276及625在同樣條件下1000h仍未斷。在50℃的10%FeCl3中的縫隙腐蝕數(shù)據(jù):316L不銹鋼為11.68mm/a，合金625為3.15mm/a，而C-276十分輕微，小于0.01mm/a。另有資料介紹:在中等濃度的HCL沸騰溶液中，316不銹鋼的腐蝕速率要高過B-3(Ni-Mo系)鎳基合金4個數(shù)量級以上。超臨界水氧化(SCWO)技術(shù)下的腐蝕問題。SCWO是利用處于超臨界狀態(tài)(介于液、氣之間，溫度和壓力均超過臨界狀態(tài)點的水稱為超臨界水)下的水所具有獨特性質(zhì)，將各種有機廢水和廢物徹底處理，終得到CO2、氮氣、純凈的水以及少量無機鹽。這是近年來由美國MIT發(fā)展起來的一種前景非常廣闊的處理毒害難溶廢棄物的新技術(shù)，而且效率高、成本低。但是，直接制約SCWO技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題在于:迫切需要解決用于進行超臨界水氧化反應(yīng)的設(shè)備材料耐SCWO介質(zhì)腐蝕的問題。SCWO下使用的材料既要耐高溫、高壓，又要具有極好的耐腐蝕性能。業(yè)已證實，不銹鋼在超臨界水氧化環(huán)境中很不穩(wěn)定，316不銹鋼的腐蝕速率高達51.5 mm/a，625，C-276，C-22均在15.2-17.8mm/a，Ni-Fe-Cr系的G-30低，為5.1mm/a。在超臨界水的高溫氧化過程中，鎳基合金的表面能夠形成富含Cr2O3，NiO和Mo的保護膜，其耐蝕性明顯優(yōu)于表面無保護膜形成的316不銹鋼，另外陶瓷材料耐用SCWO環(huán)境腐蝕的性能也較差。因此，目前的研究普遍認為鎳基耐蝕合金是用于超臨界水中的較好材料，有人建議用625合金做SCWO反應(yīng)容器材料，而用C-276作預(yù)熱和冷卻裝置材料。由于目前已有的鎳基耐蝕合金SCWO中的腐蝕速率尚未能達到作為設(shè)備結(jié)構(gòu)材料的要求(≤0.5 mm/a)，因此，針對這一國際熱點的新技術(shù)，需要深入開展SCWO系統(tǒng)設(shè)備材料的腐蝕損傷機理研究，在此基礎(chǔ)上發(fā)展耐SC-WO的新型鎳基耐蝕合金鎳基耐蝕合金是一類綜合性能十分優(yōu)良的耐蝕材料，可以勝任一般不銹鋼和其它金屬、非金屬材料所無法解決的嚴重工程腐蝕問題，值得大力發(fā)展與擴大其應(yīng)用。由于鎳基耐蝕合金具有多種系列，使用時應(yīng)注意介質(zhì)性質(zhì)、工作條件與材料選擇的匹配。另外，很有必要開發(fā)高性能的通用型Ni-Cr-Mo耐蝕合金以及對付諸如SCWO介質(zhì)腐蝕的。