Hastelloy C和316L合金在不同溫度循環(huán)廢酸中的耐蝕
發(fā)布時(shí)間：2022-05-10 作者：焱狄金屬 次數(shù)：1181次
Hastelloy C和316L合金在不同溫度循環(huán)廢酸中的耐蝕功用
Hastelloy C（N10002/W.Nr.2.4819）
Hastelloy C合金含有大量的Cr、Mo等元素，并具有單相奧氏體組織。
具有很多優(yōu)異性能的耐蝕合金，對(duì)氧化性和中等還原性腐蝕有很好的抵抗能力。
具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕開裂能力和好的耐局部服飾能力，在恒多化工工藝介質(zhì)中有滿意的耐蝕特性，包括浸實(shí)行恒強(qiáng)的無(wú)機(jī)酸溶液、氯氣和含氯化物的各種介質(zhì)、干燥氯氣、甲酸和醋酸、海水和鹽水等。
Hastelloy C國(guó)內(nèi)外對(duì)應(yīng)牌號(hào)：
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品名 |
中國(guó)
GB |
英國(guó)
BS |
德國(guó)
SEW VDIUV |
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Hastelloy C |
NS3303 |
NA45 |
W.Nr.2.4819 |
Hastelloy C供貨規(guī)格：圓鋼、棒材、帶材、管材、法蘭和鍛件協(xié)商供應(yīng)
Hastelloy C化學(xué)成分：
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品名 |
C |
Mn |
Si |
P |
S |
Cr |
Ni |
Mo |
Fe |
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Hastelloy C |
≤0.08 |
≤1.00 |
≤1.00 |
≤0.040 |
≤0.030 |
14.5
～16.5 |
50.0
～58.0 |
15.0
～17.0 |
4.0
～7.0 |
|
|
Hastelloy C物理性能：
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密度 |
8.9g/cm3 |
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熔點(diǎn) |
1325-1370℃ |
Hastelloy C在常溫下合金的機(jī)械性能：
|
品名 |
抗拉強(qiáng)度
Rm N/mm2 |
屈服強(qiáng)度
RP0.2N/mm2 |
延伸率
A5 % |
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Hastelloy C |
690 |
283 |
40 |
Hastelloy C具有以下特性：
Hastelloy C合金是全能的鎳鉻鉬鎢合金，比其他的現(xiàn)有的鎳鉻鉬合金擁有更好的總體抗腐蝕性能，包括Hastelloy C276、C4合金以及625合金。Hastelloy C合金有很好的抗點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂能力。它具有優(yōu)異的抗氧化水介質(zhì)能力，包括濕氯，硝酸或者含有氯化物離子的氧化性酸的混合酸。同時(shí)，Hastelloy C合金也有理想的的抵抗過(guò)程中遭遇的還原性和氧化性環(huán)境的能力。依靠這種萬(wàn)能的性能，它能在一些令人頭疼的環(huán)境中使用，或者在多種生產(chǎn)目的工廠中應(yīng)用。Hastelloy C合金對(duì)各種化工環(huán)境有著異常的抵御能力，包括強(qiáng)氧化性物質(zhì)，比如氯化鐵、氯化銅、氯、熱污染溶液（有機(jī)的無(wú)機(jī)的），甲酸、乙酸、醋酸酐、海水和鹽溶液等。Hastelloy C合金在焊接熱影響區(qū)有抵抗晶界沉淀形成的能力，這樣使它在焊接狀態(tài)下也能適應(yīng)很多種化工過(guò)程的應(yīng)用。
Hastelloy C的金相結(jié)構(gòu)：
Hastelloy C為面心立方晶格結(jié)構(gòu)。
Hastelloy C的耐腐蝕性：
Hastelloy C合金適用于各種含有氧化和還原性介質(zhì)的化學(xué)流程工業(yè)。較高的鉬、鉻含量使合金能夠耐氯離子的侵蝕，鎢元素也進(jìn)一步提高了其耐腐蝕性。Hastelloy C是僅有的幾種能夠耐潮濕氯氣、次氯酸鹽以及二氧化氯溶液腐蝕的材料之一，該合金對(duì)高濃度的氯化鹽溶液具有顯著的耐腐蝕性（如氯化鐵和氯化銅）。
1.在70℃以下任何濃度的硫酸溶液中都耐腐蝕，腐蝕率約為0.1mm/a；
2.在室溫下各種濃度鹽酸中腐蝕率不高于0.1mm/a；在65℃下的各種濃度鹽酸中也小于0.5 mm/a，鹽酸中是否充氧，對(duì)耐蝕性物顯著影響；
3.在氫氟酸中腐蝕率不超過(guò)0.25 mm/a，在沸騰溫度下的55%H3PO4+0.8%HF的條件下，腐蝕率府大于0.75 mm/a；
4.在室溫下所有濃度或較高溫度的稀硝酸中均是耐蝕的，腐蝕率為0.1mm/a左右，在60-70℃下任何濃度的鉻酸以及有機(jī)酸和其他混合液中均有良好的耐蝕性，腐蝕率分別小于0.125 mm/a和0.175 mm/a；
5.是少數(shù)能耐干、濕氯氣腐蝕的材料之一，可在干、濕氯氣交換腐蝕條件下使用；
6.能耐高溫HF氣體腐蝕，在550℃以下的HF氣體腐蝕率為0.04 mm/a，在750℃時(shí)腐蝕率為0.16 mm/a。
Hastelloy C的加工性能：
熱加工
1. Nicrofer 5716 hMoW 的熱加工溫度范圍1200℃～950℃，冷卻方式為水冷或快速空冷。
2. 為保證較佳的防腐性能，熱加工后應(yīng)進(jìn)行熱處理，工件應(yīng)直接加入已升溫的熱處理爐。
冷加工
1.加工硬化率大于奧氏體不銹鋼，因此需要對(duì)加工設(shè)備進(jìn)行挑選。工件應(yīng)為固溶熱處理態(tài)，并且在冷軋過(guò)程中應(yīng)有中間退火。
2. 若冷軋變形量大于15%，則需要對(duì)工件進(jìn)行二次固溶處理。
Hastelloy C應(yīng)用范圍應(yīng)用領(lǐng)域有：
Hastelloy C合金在化工和石化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如應(yīng)用在接觸含氯化物有機(jī)物的元件和催化系統(tǒng)中。這種材料尤其適合在高溫、混有雜質(zhì)的無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸（如甲酸和乙酸）、海水腐蝕環(huán)境中使用。
為了解316L和Hastelloy C合金在不同溫度的循環(huán)廢酸中的耐蝕功用， 運(yùn)用靜態(tài)掛片試驗(yàn)、電化學(xué)試驗(yàn)和掃描電鏡研討了2種合金在不同溫度循環(huán)廢酸中的腐蝕速率及描畫。結(jié)果表明：在50℃的循環(huán)廢酸中， 316L和Hastelloy C合金均具有優(yōu)異的耐蝕性， 且耐蝕性適當(dāng)； 316L和Hastelloy C合金的腐蝕速率均隨循環(huán)廢酸溫度的升高而增加， 316L合金的增加緩慢， Hastelloy C合金的增加急??； 當(dāng)溫度由50℃升高到80℃時(shí)，循環(huán)廢酸的氧化性增加， Mo含量較高的Hastelloy C合金在循環(huán)廢酸中不能構(gòu)成無(wú)缺、細(xì)密的鈍化膜， 然后使其耐蝕性急劇下降。
Hastelloy C合金既可用于氧化介質(zhì)， 又可用于還原介質(zhì)。苯胺設(shè)備循環(huán)廢酸泵輸送的80℃循環(huán)廢酸中含72%H， SO， 和0.5%H NO， ， 具有很強(qiáng)的腐蝕性，以Hastelloy C合金為泵材運(yùn)轉(zhuǎn)不到3個(gè)月就發(fā)生了嚴(yán)峻腐蝕，這是溫度的影響所造成的。為此：本課題組進(jìn)行了循環(huán)廢酸泵的選材研討，結(jié)果表明，Ni-Cr-Mo高耐蝕合金Hastelloy C合金在80℃循環(huán)廢酸中的耐蝕性遠(yuǎn)不如鐵基奧氏體不銹鋼316L，針對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果， 本作業(yè)進(jìn)一步研討了溫度對(duì)316L和Has tel-loy C合金在循環(huán)廢酸中耐蝕功用的影響。腐蝕介質(zhì)為從苯胺設(shè)備收集的循環(huán)廢酸·其間含有72%H， S 0， ， 0.5%H NO， 和極少量的有機(jī)物， 試材為316L和Hastelloy C合金·其成分見表1.HastelloyC合金試樣為帶有小孔的d 24.5mmx 4.0mm的圓柱形試樣，小孔直徑為3.0mm，316L合金試樣為帶有小孔的50mmx25mmx2mm標(biāo)準(zhǔn)I型試樣：小孔直徑為4.0mm。用丙酮清洗、單調(diào)后選用精度為0.0001g的METTLER AE 200電子天平稱重， 丈量表面積后將2種試樣掛在50-80℃循環(huán)廢酸中，時(shí)間為168h，掛3個(gè)平行試樣。試驗(yàn)完畢后，用軟毛刷除去試樣表面腐蝕產(chǎn)物，蒸餾水沖刷、單調(diào)后稱重，按式1)核算腐蝕速率4)腐蝕描畫選用LEO 1450掃描電鏡6EM查詢腐蝕描畫電化學(xué)功用選用Potent iostat/Galva no statModel 273A電化學(xué)作業(yè)站在K 0047標(biāo)準(zhǔn)電解池中進(jìn)行電化學(xué)檢驗(yàn)：檢驗(yàn)溶液為50℃和80℃循環(huán)廢酸選用三電極系統(tǒng)：2種合金試樣為作業(yè)電極·作業(yè)面積為1cmx1cm， 豐滿甘汞電極為參比電極·石墨電極為輔佐電極；極化曲線掃描規(guī)模為從自腐蝕電位-250mV至1400mV，掃描速率為2mV/s，用配套的M352剖析數(shù)據(jù)。
結(jié)果與討論
2.1 靜態(tài)腐蝕功用
圖1為316L和Hastelloy C合金在循環(huán)廢酸中腐蝕速率隨溫度的改動(dòng)曲線。由圖1能夠看出：2種合金在50℃循環(huán)廢酸中的耐蝕功用適當(dāng)·腐蝕速率約為0.03mm/a；2種合金的腐蝕速率均隨溫度的升高而增大：316L合金的緩慢增大， Hastelloy C合金的急劇增大：80℃時(shí)，316L合金的腐蝕速率為0.10mm/a， 約為50℃時(shí)的3倍：而Hastelloy C合金的腐蝕速率達(dá)2.90mm/a，約為50℃時(shí)的96倍?？梢?，溫度對(duì)Hastelloy C合金在循環(huán)廢酸中腐蝕速率的影響遠(yuǎn)大于對(duì)316L合金的.依據(jù)An heni us公式Ink=-RT+B， 其間上為腐蝕反應(yīng)速率常數(shù)，其值與腐蝕速率成正比，以In[腐蝕)]對(duì)1/T作圖應(yīng)為直線，由直線斜率K可求得活化能E=-RK。依據(jù)圖1的數(shù)據(jù)別離求得316L和Has-tell gC合金在循環(huán)廢酸中的反應(yīng)活化能E， B16L) =4.21×10*J/mol·E， Hastelloy C) =1.45×10J/mol?？梢?， 在循環(huán)廢酸中， Hastelloy C合金的反應(yīng)活化能遠(yuǎn)大于316L合金的·因而， 溫度對(duì)Hastelloy C合金腐蝕速率的影響要遠(yuǎn)大于對(duì)316L合金的。
2.2 腐蝕描畫
316L合金在50℃和80℃的循環(huán)廢酸中靜態(tài)掛片腐蝕168h后表面仍亮光如初，說(shuō)明其在循環(huán)廢酸中能構(gòu)成無(wú)缺、細(xì)密的鈍化膜。而Hastelloy C合金在50℃循環(huán)廢酸中靜態(tài)掛片腐蝕168h后表面仍亮光如初，而在80℃循環(huán)廢酸中靜態(tài)掛片腐蝕168h后表面發(fā)灰， 失掉原有的金屬光澤。圖2為Hastelloy C合金在50℃和80℃循環(huán)廢酸中腐蝕后的表面SEM形貌：50℃時(shí)表面均勻、平坦，說(shuō)明其上能夠構(gòu)成較為細(xì)密、無(wú)缺的鈍化膜；80℃時(shí)表面凹凸不平，說(shuō)明其上不能構(gòu)成無(wú)缺、細(xì)密的鈍化膜。
72%硫酸既有恢復(fù)性又有氧化性低溫呈恢復(fù)性，高溫呈氧化性)，各種濃度的硝酸都具有氧化性B-9； 循環(huán)廢酸中含有72%H， SO， 和0.5%H NO， ，具有較強(qiáng)的氧化性·能使鐵基奧氏體不銹鋼316L合金表面構(gòu)成無(wú)缺、細(xì)密的鈍化膜。Hastelloy C合金屬Ni-Cr-Mo合金，Mo含量較高，而Mo元素在強(qiáng)氧化性介質(zhì)中簡(jiǎn)單過(guò)鈍化，所以在強(qiáng)氧化性介質(zhì)如硝酸)中不引薦運(yùn)用Mo含量較高的原料內(nèi)。50℃時(shí)，循環(huán)廢酸的氧化性相對(duì)較弱， Mo含量較高的Hastelloy C合金的鈍化能力較強(qiáng)·能在循環(huán)廢酸中構(gòu)成較為細(xì)密、無(wú)缺的鈍化膜；80℃時(shí)：72%H，SO，的氧化性增強(qiáng)循環(huán)廢酸氧化性較強(qiáng)：使Mo含量較高的Hastelloy C合金向過(guò)鈍化方向改動(dòng)，鈍化膜變得不穩(wěn)定，其溶解速率大于批改速率， 不能在Hastelloy C合金表面構(gòu)成無(wú)缺、細(xì)密的鈍化膜，因而其表面凹凸不平。
2.3極化曲線
圖3為316L和Hastelloy C合金在50℃和80℃循環(huán)廢酸中的極化曲線.由圖3能夠看出：80℃時(shí)，2種合金在循環(huán)廢酸中的腐蝕電位均高于50℃時(shí)；2種合金于50℃和80℃都處于自鈍化狀態(tài)·極化電流密度均隨極化電位升高而增大，且80℃時(shí)的維鈍電流密度均大于50℃時(shí)
結(jié) 論
1在50℃的循環(huán)廢酸中， 316L和Hastelloy C合金均具有優(yōu)異的耐蝕性·且耐蝕性適當(dāng)
2 316L和Hastelloy C合金的腐蝕速率均隨溫度的升高而增大，前者增大緩慢，后者急劇增大
3 在80℃的循環(huán)廢酸中，316L合金仍具有優(yōu)金屬元素的檢測(cè)要求
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