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Hastelloy C-276固溶强化型镍基耐蚀合金
C-276合金的发展背景
随着近代工业技术的进步和能源开发领域对材料服役环境的要求越来越苟刻，镍基耐蚀合金应运而生。经过几十年的发展，镍基耐蚀合金在国民经济中得以不断的开发和利用，应用范围越来越广泛，在工程应用的不同领域均体现出了其优越的综合性能。
镍基耐蚀合金不仅耐蚀性能优异，而且具有良好的力学性能和可加工性能，特别是能在高温下（600℃以上）服役而不失效。相比于普通不锈钢、其它耐蚀合金及非金属材料，镍基耐蚀合金具有抵抗不同类型的腐蚀破坏的能力，如应力腐蚀、全面腐蚀、晶间腐蚀及局部腐蚀等。镍基耐蚀合金以耐液态介质腐蚀能力为其主要性能，成为不可或缺的金属耐蚀材料。此外，该类合金还兼有高强度、高塑韧性等力学性能及可冶炼、铸造、冷/热变形、焊接和压力加工等成形性能。
根据添加的主要合金元素的不同，镍基耐蚀合金可以分为Ni-Mo系、Ni-Cr系、Ni-Cu系及Ni-Cr-Mo系等几个系列，且耐蚀性能及范围各不相同。其中以Ni-Cr-Mo系合金的耐蚀性能优异且耐蚀范围最为广泛。Ni-Cr-Mo系耐蚀合金能比铁合金容纳更多的溶质原子（Cr、Mo、W、Cu等）而保持晶体学结构的稳定性一一在同时含有大量Cr、Mo等元素（15%左右）的情况下，仍具有单相面心立方结构，即奥氏体（Y）组织结构，因此能组成不同成分的合金，以达到抵抗不同类型腐蚀的能力。
Hastelloy C-276合金是性能比较优异的Ni-Cr-Mo型镍基耐蚀合金，产生于上世纪60年代。美国Haynes公司在镍基耐蚀合金Hastelloy C的基础上，通过严格控制碳、硅等有害杂质元素的含量（wt%：C<0.02、Si<O.08），成功研制出耐蚀性能和焊接性能等综合性能更加优异的Hastelloy C-276合金。C-276合金在中低温盐酸、硫酸与氧化性盐、各种氧化性氯化物（如FeCl3、CuCl2、HgCl2等）、湿氯及氯化盐溶液中均其有很好的耐蚀性能。同时，该合金是仅有的几种耐次氯酸盐、湿氯及二氧化氯溶液腐蚀的材料之一。另外，C-276合金在不同浓度的硫酸溶液中具有较高的耐蚀性，而且还是耐热浓硫酸溶液腐蚀的少数几种合金之一。因此，Hastelloy C-276合金被称为是万能型的耐蚀合金。
C-276合金的元素作用
Hastelloy C-276合金所含溶质元素种类多、含量高，这一点决定了其热稳定性差、热变形抗力大的特点，也增加了其热加工成形的难度。C-276合金如果在高温下长时间时效，会形成合金元素的局部偏析，晶界处易析出碳化物，使合金的力学性能和抗晶间腐蚀性能大大降低。因此，了解C-276合金的合金元素，可以进行处理，防止碳化物析出。
镍（Ni）：纯金属Ni本身显著的钝化倾向能够明显减缓其在低浓度非氧化性酸中的腐蚀速率，尤其是在中性和碱性溶液。故Ni在大气环境中具有良好的耐腐蚀性能。此外，金属Ni的延展性非常好，面心立方结构十分稳定，可改善其对耐蚀性的合金元素（如Cr、Mo、Cu、W等）的固溶度，容纳更多数量的有效元素（单独加入或复合加入）。如Ni能够保持含高Cr、高Mo合金的稳定性，使之获得单一的奥氏体（Y）相结构。因此，金属Ni作为基体元素可形成不同类型的二元或多元合金。
铬（Cr）：合金中加入Cr元素的主要目的是增强合金抵抗酸性氧化性介质（如HNO3、H2CrO4和热浓H3PO4等）腐蚀的能力；Cr元素不仅赋予合金以高温抗氧化性能，而且提高了C-276合金在高温、含硫气体中的耐蚀性；Cr元素的加入可以改善镍基体在强氧化性介质中的耐蚀性，合金的耐蚀性能随着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。在镍基和铁镍基合金中，尽管有的合金中的Cr含量（质量分数）已高达50%，但在通常合金中的铬含量为 15%- 35%。
钼（Mo）： —般认为Mo与腐蚀介质之间的相互作用，会覆盖在合金表面形成均勾致密的钝化膜，降低合金被腐蚀的可能性。Mo元素的加入能够改善合金在还原性酸性介质中的耐蚀性，使合金在HF、HC1、H3PO4及浓度<60%的H2SO4中具有良好的耐蚀性而不可缺少的重要合金元素。Mo元素能够显著提高合金在点蚀和缝隙腐蚀条件下的耐蚀性能。镍基合金中加入Mo元素的另一个作用是增强基体的固溶强化作用，对提高合金的强度和高温使用性能来说，亦是一个重要的合金化元素。所以适当的提高合金中Mo元素的含量对于提高合金的综合性能是非常有益。
钨（W）：W的作用主要是改善合金的耐点蚀和耐缝隙腐蚀等局部腐蚀的能力。为了达到相等效力的耐蚀性，W元素的加入量应为Mo含量的两倍，但是由于W元素的原子质量较高，这样一来就显著的增加了合金的成本，故致使W元素的可利用性降低。一般在含钼为13%--16% （质量分数）的Ni-Cr-Mo合金中，W元素的含量达到3%--4%时，就能使合金具有优异的耐局部腐蚀的能力。
铁（Fe）：在镍基合金中加入Fe主要是为了降低成本。同时，Fe的存在也改善了合金在H2SO4 （浓度>50%）中的耐蚀性。在Ni-Mo二元合金中，Fe能有效的抑制有害相Ni4Mo的析出，减少了合金在加工制造过程中的裂纹敏感性。Fe还具有提高碳在Ni基体中的溶解度的作用，因此可改善合金对晶间腐蚀的敏感性和提高其抗渗碳性能。
Hastelloy C-276合金中会含有少量的C、Si、P、S等杂质元素。这些微量元素的存在会增加合金的晶间腐蚀倾向，降低合金的力学性能。另外，这些元素和低溶点杂质会降低合金的可焊接性，因此需要严格控制杂质元素的含量。因此在加工前应该尽可能的清除这些杂质元素。
在“十三五”规划发展中，我国石油、石化、天然气、核能等能源产业发展迅速，百万千瓦核电、百万千瓦超临界火电、百万吨乙烯等大型成套装备、大型LNG成套装备，页岩气、深海深地油气资源开采装备等大型工程相继实施，对合金材料的高可靠性、长寿命等性能提出了极为苛刻的要求。因此，发展Hastelloy C-276合金仍然十分有必要。
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