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      耐蝕合金|NS alloy

      耐蝕合金主要是指鐵鎳基耐蝕合金 Ni≥30% ,Ni+Fe≥60% ,和鎳基耐蝕合金 Ni≥50% 。

      產品分類 / 用途

      NS 321 (Hastelloy B )


      0Mo28Ni65Fe5 、NS 321、Hastelloy B 合金的化學成分列入表3-4-1中


      表 4-1.jpg


      一、組織特點


      NS 321、Hastelloy B 合金固溶處理態為過飽和固溶體,在中溫時效態會有金屬間相,如Ni4Mo(β),Ni3Mo(γ),碳化物如Mo6C、M2C等在基體上和沿晶界析出,會對此合金的性能產生不利的影響。


      二、耐腐蝕性能


       1. 全面腐蝕


        0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金在所有大氣條件下(包括海洋和工業大氣)都具有較好的耐蝕性。表3-4-2列出了在大氣中放置12年和23年后的試驗結果。在海洋大氣中,其腐蝕速率僅為工業氣氛中的1/7,但其點蝕深度要比在工業氣氛中深一些。


      表 4-2.jpg


        在天然水和高純水中,0Mo28Ni65Fe5 、Hastelloy B 合金耐蝕性能極佳。例如,在河水,井水等天然水中,腐蝕速率一般≤0.025mm/a.在海水中,當處于靜止或流速較慢的狀態時,0Mo28Ni65Fe5 合金的耐全面腐蝕性能較純鎳稍低,但耐點蝕和縫隙腐蝕性要優于純鎳。


        在各種酸介質中的耐蝕性見圖3-4-12~圖3-4-16 及表3-4-3~表3-4-19。


        ①. 在硫酸中 


         在不充空氣的和非氧化性的硫酸中,耐蝕性是非常好的,可應用的濃度、溫度范圍相當寬。例如,在100℃以下所有濃度的硫酸中,0Mo28Ni65Fe5 合金的腐蝕速率小于0.125mm/a;在115℃以下的任何濃度硫酸中≤5mm/a;在沸騰溫度以下的硫酸中,0Mo28Ni65Fe5合金的耐硫酸腐蝕的濃度可達60%;濃度再高,由于硫酸本身的高氧化性,0Mo28Ni65Fe5 合金要受到嚴重腐蝕。在稀硫酸中,0Mo28Ni65Fe5合金的耐蝕性隨充人空氣而降低,且當硫酸濃度在5%~10%時最為明顯。圖3-4-12 和表3-4-3系一些試驗結果。


      圖 4-12.jpg


      表 4-3.jpg


         在生產醇類過程中,也常常遇到濃度為45%~65%,溫度115~120℃的硫酸。采用其他材料,例如不銹鋼、鎳基或銅基合金,在靜止和低流速條件下,腐蝕速率可≤0.5mm/a.但在高流速、高溫條件下,腐蝕速率要超過2.5mm/a.然而,0Mo28Ni65Fe5合金在45%~65% 硫酸,115℃的工廠試驗條件下的結果表明,其腐蝕速率僅為1mm/a。


         硫酸也常常用于石油產品的精煉以去除樹脂、瀝青或類膠物質。0Mo28Ni65Fe5合金在此種條件下的耐蝕性也是非常好的,見表 3-4-4,用 0Mo28Ni65Fe5 合金鑄造的泵、閥等部件是適用的。


      表 4-4.jpg

         向硫酸中加入氧化性鹽(硝酸鹽、鉻酸鹽、高錳酸鹽等)和其他氧化性離子(Fe3+、Ca2+等),會顯著提高0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蝕速率,且溫度越高越嚴重。因此,0Mo28Ni65Fe5合金一般不允許在這些條件下使用,除非氧化性鹽和氧化性離子的濃度很低,不足以影響0Mo28Ni65Fe5合金的耐蝕性。表3-4-5系硫酸中含銅時對0Mo28Ni65Fe5合金耐蝕性的影響。顯然,在含銅的硫酸中或銅有可能進入硫酸的條件下,選用0Mo28Ni65Fe5 合金是不適宜的。此外,0Mo28Ni65Fe5 合金與碳、石墨等接觸也會由于產生電偶腐蝕而使它迅速破壞,表3-4-6示出了試驗結果。由于石墨也是耐硫酸性能很好的非金屬材料,因此,當0Mo28Ni65Fe5 合金與石墨同時使用時,要注意防止這種電偶腐蝕的產生。


      表 4-5.jpg


        ②. 在鹽酸中


         在未充入空氣的鹽酸中,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金在常壓下任何濃度、任何溫度下都是耐蝕的。Ni-Mo耐蝕合金包括0Mo28Ni65Fe5 在內是耐鹽酸性能最好的一類合金。作為耐鹽酸的金屬材料,目前也只有金屬鉬、鋯、鎢、鉭的耐蝕性能超過Ni-Mo耐蝕合金。


         圖3-4-13和表3-4-7系0Mo28Ni65Fe5合金在鹽酸中的試驗結果。從這些結果可以看出,0Mo28Ni65Fe5合金的耐蝕性受鹽酸中有無空氣存在的影響很大;當酸中有空氣存在時,對0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蝕性的不良影響以鹽酸濃度5%~10%時最為明顯。表3-4-8系在氣相中充氮和充氧十氮時的試驗結果,同樣可看出氧的不良影響。某些有機和無機含水氯化物處理過程中會有鹽酸產生。在一些氯化碳氫化物條件下,熱蒸汽的冷凝可以產生較高濃度的鹽酸,0Mo28Ni65Fe5 合金在這些條件下的試驗結果見表3-4-9。


      圖 4-13.jpg


      表 4-7.jpg


         當鹽酸中有氧化性鹽,例如銅、鐵、汞鹽時,0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蝕性要下降,而且酸的溫度越高越明顯。在10%鹽酸中,不同溫度所允許的FeCl3的濃度限為:室溫1290ppm; 65℃ 330ppm; 沸騰溫度26ppm.


        ③. 在氫氟酸中 


        在氫氟酸中進行有限的試驗表明,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可耐≤100℃,不含空氣的HF酸的腐蝕。但在恒沸點濃度38%~40%HF、沸騰為115℃的氫氟酸中會使0Mo28Ni65Fe5合金受到腐蝕,結果見表3-4-10。高于恒沸點濃度的HF酸,可通過無水HF溶于水而得到。對于濃度≥70%的HF酸,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的耐蝕性反而較耐低濃度HF酸的性能要好。0Mo28N165Fe5合金在HF酸再生條件下的腐蝕情況見表3-4-11,顯然,此合金的耐蝕性良好。


      表 4-10.jpg


        ④. 在磷酸中 


         0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金耐H3PO4腐蝕,一些試驗結果見圖3-4-14及表3-4-12和表3-4-13.由圖表可知除充入空氣時和加壓高溫下,0Mo28Ni65Fe5耐蝕性稍有降低外,其耐H3OP4性能是良好的。但是,0Mo28Ni65Fe5 合金不耐濕法H3PO4的腐蝕,因為,酸中含有氫氟酸、氫氟硅酸、殘余的硫酸以及鐵鹽和鋁鹽,此種酸在本質上呈氧化性,使0Mo28Ni65Fe5合金的腐蝕速率可高達25mm/a以上。


      圖 4-14.jpg


      表 4-12.jpg


         ⑤. 在醋酸中


         在苛刻的腐蝕條件下,即在未充空氣的沸騰溫度下,在10%~50%濃度的醋酸中,0Mo28Ni65Fe5合金的腐蝕速率不超過0.125~0.150mm/a。當然,醋酸中有空氣存在,同樣加速此合金的腐蝕。但是在純的高濃度醋酸或者冰醋酸中,充人空氣對0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蝕性影響則很小。向醋酸中加入NaCl時,將有少量HC1酸形成。雖然稍提高0Mo28Ni65Fe5合金的腐蝕速率,但由于0Mo28Ni65Fe5合金的耐鹽酸性能良好,故影響并不顯著。表3-4-14系0Mo28Ni65Fe5 合金在醋酸中的耐蝕性。

        

      表 4-14.jpg

        ⑥. 在甲酸中


        此種算對 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蝕較醋酸嚴重。通入空氣和酸中有氧化劑存在同樣加速 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蝕。在甲酸中的試驗結果見圖3-4-15。在其他有機酸中:試驗結果見表 3-4-15。


      表 4-15.jpg


        ⑦. 在堿和鹽中 


          試驗表明,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金在濃度≤70%NaOH、溫度≤120℃條件下,其腐蝕速率僅為0.050mm/a;在沸點為165℃的60%NaOH和沸點為191℃的70%NaOH中,其腐蝕速率≤0.50mm/a;在100~180℃,濃度為60%的Na2S溶液中,腐蝕速率為0.55mm/a。


          在一些中性和堿性非氧化性鹽中,0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蝕性良好。在非氧化性酸性鹽中(氯化物、硫酸鹽和氟化物鹽)的試驗結果見表3-4-16,顯然,0Mo28Ni65Fe5 合金也是耐蝕的。但是,在氧化性酸性鹽中,例如氯化鐵、氯化銅、硫酸鐵、硫酸銅等溶液中,0Mo28Ni65Fe5僅在非常稀的溶液中才耐蝕;濃度稍高,便會受到嚴重腐蝕,一些試驗結果見表3-4-17。


      表 4-16.jpg


        ⑧. 在鹵素元素及其氫化物氣體中 


        氟、氯、溴等鹵素元素中,在氯化氫、氟化氫等高溫氣體中,0Mo28Ni65Fe5合金的試驗結果見表3-4-18和圖3-4-16。由表可知,在干氯、干溴和高溫碘氣體中,0Mo28Ni65Fe5合金是極耐蝕的,但在濕態下則腐蝕嚴重,不能選用。試驗表明,在CCl4 和 CoCl2 高溫氣體中,0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的耐蝕性相對好,而且即使介質中含有水分,此合金也同樣耐腐蝕,見表 3-4-19。


      表 4-19.jpg


        0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金由于鉬含量高,且鉬的氟化物易揮發,因此在高溫氟氣中,0Mo28Ni65Fe5是不耐蝕的。例如,在600℃,氟氣流量為75~100ml/min條件下,0Mo28Ni65Fe5合金厚0.95mm的試樣,經95h試驗后受到了嚴重腐蝕。然而,在高溫HF氣中,0Mo28Ni65Fe5合金則是耐蝕的(在500~600℃ HF氣中,經36小時試驗,其腐蝕速率僅為0.050mm/a).


        ⑨. 在氧(空氣)、硫、氣體中


        由于0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金不含鉻,而且鉬的氧化膜(例如,在此合金表面形成NiMoO4)在750℃條件下極易脫落。因而,0Mo28Ni65Fe5的高溫抗氧化性很差,也由于此合金不含鉻且鎳含量高,因而在含硫和硫化物的高溫氣體中耐蝕性不良。


       2. 晶間腐蝕


       0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金雖然固溶態耐蝕,特別是耐鹽酸、硫酸等的性能很好,但是一旦經過焊接,再在鹽酸、硫酸中使用,則在焊縫處易出現刀口腐蝕,在熱影響區出現晶間腐蝕。圖3-4-17 和圖3-4-18 系一些試驗結果。由圖可知,0Mo28Ni65Fe5 合金有兩個敏化區:1200~1300℃的高溫敏化區和600~900℃的中溫敏化區。經過兩個敏化區時,0Mo28Ni65Fe5合金產生晶間腐蝕,不僅使耐蝕性顯著下降,而且還伴隨有硬度增加。0Mo28Ni65Fe5合金的晶間腐蝕不同于一般的奧氏體不銹鋼,即使是固溶處理且迅速冷卻也無法防止它的產生。表3-4-20系一些試驗結果。


      圖 4-18.jpg


        研究表明,0Mo28Ni65Fe5 合金的晶間腐蝕與合金中析出相的成分、結構之間有著密切的關系。在≥1250℃高溫區,合金中的析出相有含量較高的M6C、M2C等碳化物以及。相:在550~900℃的中溫區,則有Ni-Mo金屬間相(高于850℃ 為Ni3Mo型,較低溫度則為Ni4Mo型)和M6C、M2C等碳化物。這些金屬間相和碳化物均含有較高的鉬,它們沿晶界的沉淀可引起鋁的嚴重貧化,從而導致0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的晶間腐蝕。同時,由于析出相的強化作用,合金的強度、硬度亦有所提高。


      表 4-20.jpg


        為了解決0Mo28Ni65Fe5合金的晶間腐蝕問題,曾研制出超低碳和低硅、低鐵的新合金 00Mo28Ni68 和 含釩(1.4%~2.2%)的新合金 00Mo28Ni68V (Corronel 220,am814).除00Mo28Ni68(Hastelloy B2)獲得大量應用外,前述1990年以來控制或調整合金中鐵、鉻量而開發的 Hastelloy B3、B4和B10等引起了人們的廣泛關注。


      三、力學性能


        0Mo28Ni65Fe5 合金的室溫和高溫瞬時力學性能見表3-4-21和表3-4-22。


      表 4-21.jpg


      四、物理性能


        此合金物理常數見表3-4-23。0Mo28Ni65Fc5合金除作為耐蝕材料外,還可作為電子管陰極材料,它具有中等激活性能和較高的發射能力。


      表 4-23.jpg


      五、焊接性能

       

        0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可焊性好,與一般奧氏體不銹鋼相近,可以采用工業上通用的方法,例如TIG、MIG、手工電弧焊、電阻焊等進行焊接。但是能夠導致焊接過程中增碳的焊接方法則不宜采用。焊接用的填絲其成分可與母材相同。由于此合金熱膨脹系數、電阻溫度系數較普通碳鋼低,且導熱系數僅為普通碳鋼的1/4,因此,當與碳鋼進行異材焊接時要予以考慮。


      六、冷熱加工及成型性能


        0Mo28Ni65Fe5 系變形合金,有較好的冷熱加工和成型性能。此合金的熱加工以1000~1200℃為宜。經固溶處理后,0Mo28Ni65Fe5合金具有良好的冷加工塑性和冷成型性。當進行冷軋時,每個冷軋過程總壓下量可高達80%。隨冷軋變形量的增加,此合金的硬度增加,它們之間的關系見圖3-4-19。此合金的冷成型較一般Cr-Ni奧氏體不銹鋼需更多次的中間退火,以使此合金的塑性得以回復。冷成型后均需要熱處理。



      圖 4-19.jpg


      七、熱處理工藝


        無論是變形材還是鑄件,對于0Mo28Ni65Fe5合金的使用狀態一般是固溶態。因為此時合金具有最佳的耐蝕性、強韌性的良好配合。當然,冷加工或冷成型的中間退火也可在低于固溶溫度下進行,一般0Mo28Ni65Fe5合金適宜的固溶處理溫度為1150~1170℃,加熱保溫后進行快冷(水冷或快速空冷);中間退火溫度可在1000~1100℃下進行。此合金的再結晶溫度為950~1100℃。圖3-4-20系0Mo28Ni65Fe5合金的冷軋變形量、硬度和中間退火溫度的關系。圖3-4-21系此合金退火溫度和硬度的關系。為了保證此合金焊后在鹽酸、硫酸等苛刻介質中的耐蝕性,建議焊后再進行一次固溶處理。


      圖 4-20.jpg


      八、應用


       0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可生產板材、管材(焊管)、絲材、帶材、鍛件和鑄件。主要用途是耐鹽酸腐蝕。同時,耐濕HC1氣體,耐硫酸、磷酸的性能也是很好的。因此,0Mo28Ni65Fe5 合金多用于制造耐上述介質的容器及其襯里、管道、塔槽、泵、閥等。此外,0Mo28Ni65Fe5 合金的超薄帶和極細絲制造電子管的陰極材料也取得滿意結果。



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