NS 321 (Hastelloy B )

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

一、組織特點(diǎn)

NS 321、Hastelloy B 合金固溶處理態(tài)為過(guò)飽和固溶體，在中溫時(shí)效態(tài)會(huì)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(huì)對(duì)此合金的性能產(chǎn)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(yè)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(yàn)結(jié)果。在海洋大氣中，其腐蝕速率僅為工業(yè)氣氛中的1/7,但其點(diǎn)蝕深度要比在工業(yè)氣氛中深一些。

  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(dāng)處于靜止或流速較慢的狀態(tài)時(shí)，0Mo28Ni65Fe5 合金的耐全面腐蝕性能較純鎳稍低，但耐點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕性要優(yōu)于純鎳。

  在各種酸介質(zhì)中的耐蝕性見(jiàn)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(yīng)用的濃度、溫度范圍相當(dāng)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(dá)60%;濃度再高，由于硫酸本身的高氧化性，0Mo28Ni65Fe5 合金要受到嚴(yán)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(dāng)硫酸濃度在5%~10%時(shí)最為明顯。圖3-4-12 和表3-4-3系一些試驗(yàn)結(jié)果。

   在生產(chǎn)醇類(lèi)過(guò)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(guò)2.5mm/a.然而，0Mo28Ni65Fe5合金在45%~65% 硫酸,115℃的工廠(chǎng)試驗(yàn)條件下的結(jié)果表明，其腐蝕速率僅為1mm/a。

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

   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(huì)顯著提高0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蝕速率，且溫度越高越嚴(yán)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(shí)對(duì)0Mo28Ni65Fe5合金耐蝕性的影響。顯然，在含銅的硫酸中或銅有可能進(jìn)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(huì)由于產(chǎn)生電偶腐蝕而使它迅速破壞，表3-4-6示出了試驗(yàn)結(jié)果。由于石墨也是耐硫酸性能很好的非金屬材料，因此，當(dāng)0Mo28Ni65Fe5 合金與石墨同時(shí)使用時(shí)，要注意防止這種電偶腐蝕的產(chǎn)生。

  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(nèi)是耐鹽酸性能最好的一類(lèi)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(guò)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(yàn)結(jié)果。從這些結(jié)果可以看出，0Mo28Ni65Fe5合金的耐蝕性受鹽酸中有無(wú)空氣存在的影響很大；當(dāng)酸中有空氣存在時(shí)，對(duì)0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蝕性的不良影響以鹽酸濃度5%~10%時(shí)最為明顯。表3-4-8系在氣相中充氮和充氧十氮時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果，同樣可看出氧的不良影響。某些有機(jī)和無(wú)機(jī)含水氯化物處理過(guò)程中會(huì)有鹽酸產(chǎn)生。在一些氯化碳?xì)浠飾l件下，熱蒸汽的冷凝可以產(chǎn)生較高濃度的鹽酸，0Mo28Ni65Fe5 合金在這些條件下的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-4-9。

   當(dāng)鹽酸中有氧化性鹽，例如銅、鐵、汞鹽時(shí)，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(jìn)行有限的試驗(yàn)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(diǎn)濃度38%~40%HF、沸騰為115℃的氫氟酸中會(huì)使0Mo28Ni65Fe5合金受到腐蝕，結(jié)果見(jiàn)表3-4-10。高于恒沸點(diǎn)濃度的HF酸，可通過(guò)無(wú)水HF溶于水而得到。對(duì)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(jiàn)表3-4-11,顯然，此合金的耐蝕性良好。

  ④. 在磷酸中 

   0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金耐H₃PO₄腐蝕，一些試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(shí)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?yàn)?，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(zhì)上呈氧化性，使0Mo28Ni65Fe5合金的腐蝕速率可高達(dá)25mm/a以上。

   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(guò)0.125~0.150mm/a。當(dāng)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(duì)0Mo28Ni65Fe5 合金的耐蝕性影響則很小。向醋酸中加入NaCl時(shí)，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。

  ⑥. 在甲酸中

  此種算對(duì) 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的腐蝕較醋酸嚴(yán)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3-4-15。在其他有機(jī)酸中：試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3-4-15。

  ⑦. 在堿和鹽中 

    試驗(yàn)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(diǎn)為165℃的60%NaOH和沸點(diǎn)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(huì)受到嚴(yán)重腐蝕，一些試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3-4-17。

  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(yàn)結(jié)果見(jiàn)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(tài)下則腐蝕嚴(yán)重，不能選用。試驗(yàn)表明，在CCl4 和 CoCl2 高溫氣體中，0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的耐蝕性相對(duì)好，而且即使介質(zhì)中含有水分，此合金也同樣耐腐蝕，見(jiàn)表 3-4-19。

  0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金由于鉬含量高，且鉬的氟化物易揮發(fā)，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(jīng)95h試驗(yàn)后受到了嚴(yán)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(jīng)36小時(shí)試驗(yàn)，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(tài)耐蝕，特別是耐鹽酸、硫酸等的性能很好，但是一旦經(jīng)過(guò)焊接，再在鹽酸、硫酸中使用，則在焊縫處易出現(xiàn)刀口腐蝕，在熱影響區(qū)出現(xiàn)晶間腐蝕。圖3-4-17 和圖3-4-18 系一些試驗(yàn)結(jié)果。由圖可知，0Mo28Ni65Fe5 合金有兩個(gè)敏化區(qū)：1200~1300℃的高溫敏化區(qū)和600~900℃的中溫敏化區(qū)。經(jīng)過(guò)兩個(gè)敏化區(qū)時(shí)，0Mo28Ni65Fe5合金產(chǎn)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(wú)法防止它的產(chǎn)生。表3-4-20系一些試驗(yàn)結(jié)果。

  研究表明，0Mo28Ni65Fe5 合金的晶間腐蝕與合金中析出相的成分、結(jié)構(gòu)之間有著密切的關(guān)系。在≥1250℃高溫區(qū)，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(qū)，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(yán)重貧化，從而導(dǎo)致0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金的晶間腐蝕。同時(shí)，由于析出相的強(qiáng)化作用，合金的強(qiáng)度、硬度亦有所提高。

  為了解決0Mo28Ni65Fe5合金的晶間腐蝕問(wèn)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(yīng)用外，前述1990年以來(lái)控制或調(diào)整合金中鐵、鉻量而開(kāi)發(fā)的 Hastelloy B3、B4和B10等引起了人們的廣泛關(guān)注。

三、力學(xué)性能

  0Mo28Ni65Fe5 合金的室溫和高溫瞬時(shí)力學(xué)性能見(jiàn)表3-4-21和表3-4-22。

四、物理性能

  此合金物理常數(shù)見(jiàn)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(fā)射能力。

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(yè)上通用的方法，例如TIG、MIG、手工電弧焊、電阻焊等進(jìn)行焊接。但是能夠?qū)е潞附舆^(guò)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(shù)、電阻溫度系數(shù)較普通碳鋼低，且導(dǎo)熱系數(shù)僅為普通碳鋼的1/4,因此，當(dāng)與碳鋼進(jìn)行異材焊接時(shí)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(jīng)固溶處理后，0Mo28Ni65Fe5合金具有良好的冷加工塑性和冷成型性。當(dāng)進(jìn)行冷軋時(shí)，每個(gè)冷軋過(guò)程總壓下量可高達(dá)80%。隨冷軋變形量的增加，此合金的硬度增加，它們之間的關(guān)系見(jiàn)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(fù)。冷成型后均需要熱處理。

七、熱處理工藝

  無(wú)論是變形材還是鑄件，對(duì)于0Mo28Ni65Fe5合金的使用狀態(tài)一般是固溶態(tài)。因?yàn)榇藭r(shí)合金具有最佳的耐蝕性、強(qiáng)韌性的良好配合。當(dāng)然，冷加工或冷成型的中間退火也可在低于固溶溫度下進(jìn)行，一般0Mo28Ni65Fe5合金適宜的固溶處理溫度為1150~1170℃,加熱保溫后進(jìn)行快冷（水冷或快速空冷）；中間退火溫度可在1000~1100℃下進(jìn)行。此合金的再結(jié)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(guān)系。圖3-4-21系此合金退火溫度和硬度的關(guān)系。為了保證此合金焊后在鹽酸、硫酸等苛刻介質(zhì)中的耐蝕性，建議焊后再進(jìn)行一次固溶處理。

八、應(yīng)用

 0Mo28Ni65Fe5、Hastelloy B 合金可生產(chǎn)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(shí)，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(zhì)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(xì)絲制造電子管的陰極材料也取得滿(mǎn)意結(jié)果。