HastelloyG3哈氏合金

 Hastelloy G3合金簡稱G3，是一種性能優越的鎳基耐蝕合金，屬于含Mo、Cu的Ni-Cr-Fe系，它具有優良的抗氧化和大氣腐蝕及抗應力腐蝕開裂能力，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、造紙、磷酸生產蒸汽發生器和熱交換器中。用該合金制成的油井管具有強的抗H2S、CO2、Cl-腐蝕性能，是酸性氣田油井管的選材。目前，世界范圍內只有日本住友、美國SMC、德國V&M以及瑞典Sandvik能夠生產。

組成結構

元素組成

G3鎳基耐蝕合金以抗液體介質(室溫，有時也可于室溫)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，以適應各種不同化學性質的工作介質。其主要合金化原理如下：

鎳：基體元素，具有非常好的延展性，面心立方結構，結構穩定，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，但是使用鐵質模具和廢料來生產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，現在已經不使用了。

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

微觀結構

G3合金再結晶后，隨著保溫時間的延長，奧氏體晶粒發生了長大和粗化，有的晶界部分有二次再結晶生成并發生長大；晶粒度隨著溫度的增長大粗化的更明顯，這是因為隨著溫度升，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晶后的晶粒大小沒有必然的聯系，總體來說初始晶粒度越大再結晶晶粒越大，但長大規律不明顯；在其它變形條件一定的情況下，隨著應變速率的升，再結晶晶粒變細，這是因為在其它變形條件相同的情況下，應變速率越，變形后的位錯密度越大，再結晶的驅動力越大，形核率也越，因而再結晶晶粒越多，晶粒尺寸越小；隨著變形溫度升，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，材料的位錯密度越小，導致再結晶時形核率減少；同時溫度越再結晶的晶粒的長大速度越快，后形核的再結晶核來不及長大就被先長大的大晶粒吞并，從而再結晶過程中能長大的晶粒數減少，再結晶晶粒變粗。

Hastelloy G3發展簡史

先進國家發展情況Hastelloy G3合金是一種性能優越的鎳基耐蝕合金。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，具有多年的開發和生產經驗。對G一3合金在腐蝕環境下的耐蝕性能方面也進行了研究，如Hibner等的研究結果表明，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的腐蝕環境中，仍表現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℃)中的耐應力腐蝕開裂和晶間腐蝕的影響。慢應變速率腐蝕試驗結果表明，G一3合金斷面收縮率和延伸率均大于92%，且不出現二次裂紋，G一3合金表現出良好的抗應力腐蝕開裂能力。當晶粒度從6—7．5級變化到4—5．5級時，對其抗應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。結果表明，G一3合金的點蝕電位為0．59 V，當電位超過此值時，腐蝕電流迅速增大，耐腐蝕性能大大降低。

國外某大型化學公司生產氯化物及氟化物的反應器遭受嚴重腐蝕，按ASME規范要求，12-18個月就需要更換一次設備。反應工藝中使用多種碳氫化合物、硫酸、氟化銨及一定數量的催化劑，運行溫度為93℃。選擇多種材料在反應器內進行了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器，已實際運行2年以上仍性能良好，預期可以作用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即發生應力腐蝕斷裂，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中的縫隙腐蝕數據: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個數量級以上。超臨界水氧化(SCWO)技術下的腐蝕問題。SCWO是利用處于超臨界狀態(介于液、氣之間，溫度和壓力均超過臨界狀態點的水稱為超臨界水)下的水所具有獨特性質，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，而且效率高、成本低。但是，直接制約SCWO技術大規模產業化應用的關鍵問題在于:迫切需要解決用于進行超臨界水氧化反應的設備材料耐SCWO介質腐蝕的問題。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。業已證實，不銹鋼在超臨界水氧化環境中很不穩定，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，其耐蝕性明顯優于表面無保護膜形成的316不銹鋼，另外陶瓷材料耐用SCWO環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反應容器材料，而用C-276作預熱和冷卻裝置材料。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備結構材料的要求(≤0.5 mm/a)，因此，針對這一國際熱點的新技術，需要深入開展SCWO系統設備材料的腐蝕損傷機理研究，在此基礎上發展耐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，值得大力發展與擴大其應用。由于鎳基耐蝕合金具有多種系列，使用時應注意介質性質、工作條件與材料選擇的匹配。另外，很有必要開發高性能的通用型Ni-Cr-Mo耐蝕合金以及對付諸如SCWO介質腐蝕的。