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Hastelloy C-276固溶強化型鎳基耐蝕合金
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C-276合金的發展背景
隨著近代工業技術的進步和能源開發領域對材料服役環境的要求越來越茍刻，鎳基耐蝕合金應運而生。經過幾十年的發展，鎳基耐蝕合金在國民經濟中得以不斷的開發和利用，應用范圍越來越廣泛，在工程應用的不同領域均體現出了其優越的綜合性能。
鎳基耐蝕合金不僅耐蝕性能優異，而且具有良好的力學性能和可加工性能，特別是能在高溫下（600℃以上）服役而不失效。相比于普通不銹鋼、其它耐蝕合金及非金屬材料，鎳基耐蝕合金具有抵抗不同類型的腐蝕破壞的能力，如應力腐蝕、全面腐蝕、晶間腐蝕及局部腐蝕等。鎳基耐蝕合金以耐液態介質腐蝕能力為其主要性能，成為不可或缺的金屬耐蝕材料。此外，該類合金還兼有高強度、高塑韌性等力學性能及可冶煉、鑄造、冷/熱變形、焊接和壓力加工等成形性能。
根據添加的主要合金元素的不同，鎳基耐蝕合金可以分為Ni-Mo系、Ni-Cr系、Ni-Cu系及Ni-Cr-Mo系等幾個系列，且耐蝕性能及范圍各不相同。其中以Ni-Cr-Mo系合金的耐蝕性能優異且耐蝕范圍最為廣泛。Ni-Cr-Mo系耐蝕合金能比鐵合金容納更多的溶質原子（Cr、Mo、W、Cu等）而保持晶體學結構的穩定性一一在同時含有大量Cr、Mo等元素（15%左右）的情況下，仍具有單相面心立方結構，即奧氏體（Y）組織結構，因此能組成不同成分的合金，以達到抵抗不同類型腐蝕的能力。
Hastelloy C-276合金是性能比較優異的Ni-Cr-Mo型鎳基耐蝕合金，產生于上世紀60年代。美國Haynes公司在鎳基耐蝕合金Hastelloy C的基礎上，通過嚴格控制碳、硅等有害雜質元素的含量（wt%：C<0.02、Si<O.08），成功研制出耐蝕性能和焊接性能等綜合性能更加優異的Hastelloy C-276合金。C-276合金在中低溫鹽酸、硫酸與氧化性鹽、各種氧化性氯化物（如FeCl3、CuCl2、HgCl2等）、濕氯及氯化鹽溶液中均其有很好的耐蝕性能。同時，該合金是僅有的幾種耐次氯酸鹽、濕氯及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一。另外，C-276合金在不同濃度的硫酸溶液中具有較高的耐蝕性，而且還是耐熱濃硫酸溶液腐蝕的少數幾種合金之一。因此，Hastelloy C-276合金被稱為是萬能型的耐蝕合金。
C-276合金的元素作用
Hastelloy C-276合金所含溶質元素種類多、含量高，這一點決定了其熱穩定性差、熱變形抗力大的特點，也增加了其熱加工成形的難度。C-276合金如果在高溫下長時間時效，會形成合金元素的局部偏析，晶界處易析出碳化物，使合金的力學性能和抗晶間腐蝕性能大大降低。因此，了解C-276合金的合金元素，可以進行處理，防止碳化物析出。
鎳（Ni）：純金屬Ni本身顯著的鈍化傾向能夠明顯減緩其在低濃度非氧化性酸中的腐蝕速率，尤其是在中性和堿性溶液。故Ni在大氣環境中具有良好的耐腐蝕性能。此外，金屬Ni的延展性非常好，面心立方結構十分穩定，可改善其對耐蝕性的合金元素（如Cr、Mo、Cu、W等）的固溶度，容納更多數量的有效元素（單獨加入或復合加入）。如Ni能夠保持含高Cr、高Mo合金的穩定性，使之獲得單一的奧氏體（Y）相結構。因此，金屬Ni作為基體元素可形成不同類型的二元或多元合金。
鉻（Cr）：合金中加入Cr元素的主要目的是增強合金抵抗酸性氧化性介質（如HNO3、H2CrO4和熱濃H3PO4等）腐蝕的能力；Cr元素不僅賦予合金以高溫抗氧化性能，而且提高了C-276合金在高溫、含硫氣體中的耐蝕性；Cr元素的加入可以改善鎳基體在強氧化性介質中的耐蝕性，合金的耐蝕性能隨著Cr含量的提高而增加。在Ni-Mo二元合金中，Cr可抑制有害相Ni4Mo的析出。在鎳基和鐵鎳基合金中，盡管有的合金中的Cr含量（質量分數）已高達50%，但在通常合金中的鉻含量為 15%- 35%。
鉬（Mo）： —般認為Mo與腐蝕介質之間的相互作用，會覆蓋在合金表面形成均勾致密的鈍化膜，降低合金被腐蝕的可能性。Mo元素的加入能夠改善合金在還原性酸性介質中的耐蝕性，使合金在HF、HC1、H3PO4及濃度<60%的H2SO4中具有良好的耐蝕性而不可缺少的重要合金元素。Mo元素能夠顯著提高合金在點蝕和縫隙腐蝕條件下的耐蝕性能。鎳基合金中加入Mo元素的另一個作用是增強基體的固溶強化作用，對提高合金的強度和高溫使用性能來說，亦是一個重要的合金化元素。所以適當的提高合金中Mo元素的含量對于提高合金的綜合性能是非常有益。
鎢（W）：W的作用主要是改善合金的耐點蝕和耐縫隙腐蝕等局部腐蝕的能力。為了達到相等效力的耐蝕性，W元素的加入量應為Mo含量的兩倍，但是由于W元素的原子質量較高，這樣一來就顯著的增加了合金的成本，故致使W元素的可利用性降低。一般在含鉬為13%--16% （質量分數）的Ni-Cr-Mo合金中，W元素的含量達到3%--4%時，就能使合金具有優異的耐局部腐蝕的能力。
鐵（Fe）：在鎳基合金中加入Fe主要是為了降低成本。同時，Fe的存在也改善了合金在H2SO4 （濃度>50%）中的耐蝕性。在Ni-Mo二元合金中，Fe能有效的抑制有害相Ni4Mo的析出，減少了合金在加工制造過程中的裂紋敏感性。Fe還具有提高碳在Ni基體中的溶解度的作用，因此可改善合金對晶間腐蝕的敏感性和提高其抗滲碳性能。
Hastelloy C-276合金中會含有少量的C、Si、P、S等雜質元素。這些微量元素的存在會增加合金的晶間腐蝕傾向，降低合金的力學性能。另外，這些元素和低溶點雜質會降低合金的可焊接性，因此需要嚴格控制雜質元素的含量。因此在加工前應該盡可能的清除這些雜質元素。
在“十三五”規劃發展中，我國石油、石化、天然氣、核能等能源產業發展迅速，百萬千瓦核電、百萬千瓦超臨界火電、百萬噸乙烯等大型成套裝備、大型LNG成套裝備，頁巖氣、深海深地油氣資源開采裝備等大型工程相繼實施，對合金材料的高可靠性、長壽命等性能提出了極為苛刻的要求。因此，發展Hastelloy C-276合金仍然十分有必要。
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