高温合金 HastelloyG3 镍合金 哈氏合金 高强耐腐蚀.
hastelloyG3特性及应用领域概述：
Hastelloy G3合金简称G3，是一种性能优越的镍基耐蚀合金，属于含Mo、Cu的Ni-Cr-Fe系，它具有优良的抗氧化和大气腐蚀及抗应力腐蚀开裂能力，而且具有较高的抗局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的能力。合金中由于含有较高的Fe，相对于其它镍基耐蚀合金具有成本低的特点。G3合金常用于烟气脱硫系统、造纸、磷酸生产蒸汽发生器和热交换器中。用该合金制成的油井管具有优异的抗H2S、CO2、Cl-腐蚀性能，是酸性气田油井管的**选材。目前，世界范围内只有日本住友、美国SMC、德国V&M以及瑞典Sandvik能够生产。
hastelloyG3工艺性能与要求：
热变形过程
在高温奥氏体区变形的金属，随着变形量的增大，加工硬化过程和高温动态软化过程(动态回复和动态再结晶)同时进行。
Ⅰ加工硬化阶段(0<ε<εc)
当塑性变形小时，位错密度不断增加，变形抗力也不断增加直到**值。另一方面，由于材料在高温下变
变形过程受力情况
形，变形中产生的位错能够在热加工过程中通过交滑移和攀移等方式运动，使部分位错消失，部分重新排列，造成奥氏体的回复。由于位错的增值速度相对来说与变形量无关，而位错的消失速度则与位错密度值有关。因此当变形量逐渐增大时，位错密度也增大，位错消失速度也增大，反映在真应力—真应变曲**随着变形量增大加工硬化速度减慢，但是总的趋向在**阶段还是超过动态软化，因此随着变形量增加变形应力不断增加。
Ⅱ开始再结晶阶段(εc<ε<εs)
在**阶段动态软化抵消不了加工硬化，随着变形量的增加金属内部畸变能不断升高，达到一定程度后在奥氏体中将发生动态再结晶。通过大角度晶界的移动，位错大量消失，位错原来集聚的地方形成新的晶粒。随着变形的继续进行，在热加工过程中不断形成再结晶核心并继续成长直到完成一轮再结晶，变形应力降到**值。发生动态再结晶需要一个**的变形量，称为动态再结晶的临界变形量，以εc表示，εc几乎与真应力—真应变曲**峰值应力所对应的应变量εp相等，一般εc≈0.8-0.9εp。
Ⅲ稳定变形阶段(ε>εs)
动态再结晶发生后，随着变形的继续，一方面再结晶继续发展，使金属软化；另一方面已发生动态再结晶的晶粒又承受新的变形，产生加工硬化。这两个过程同时进行，达到平衡时，流变应力近似不变，使真应力—真应变曲线近似水平。这种情况称为连续动态再结晶如。如果变形温度较高，变形速率较小，则第三阶段的真应力—真应变曲线可能出现波浪式变化，称为间断动态再结晶。
热变形机制
(1)动态回复
动态回复常常发生在一些层错能较高的金属的热塑性变形过程中，如铝及铝合金，工业纯铁、铁素体钢以及锌、镁、锡等金属。这类金属在热塑性变形时，其位错的交滑移和攀移比较容易进行，因此一般认为动态回复是这类材料热加工过程中**的软化机制，即使在远远高于静态再结晶温度下进行热加工，通常也只有动态回复而不发生动态再结晶。动态回复过程中发生的组织演化主要是点缺陷、位错的消除和重排以及亚晶的形成。动态回复的发生降低了变形畸变能，减小了动态再结晶发生的驱动力，动态再结晶过程受到一定抑制或根本不发生。
当热变形以动态回复机制进行时，其组织主要呈现以下特征：原始晶粒沿变形方向被拉长，亚晶呈等轴性并且亚晶内位错密度很低；其真应力-真应变曲线是一个逐渐增大直至达到一稳态流变阶段的曲线，没有峰值应力。动态回复机制发生的温度一般在0.4-0.6Tm。动态回复后的金属位错密度高于相应的冷变形后静态回复的密度。
(2)动态再结晶
动态再结晶可以分为两种：连续动态再结晶和断续动态再结晶。金属在变形中全部发生动态再结晶后，继续变形一定程度后才开始发生第二轮动态再结晶，为断续动态再结晶。反之，前一轮动态再结晶结束之前，在已发生动态再结晶的部分中，继续变形，又重新发生动态再结晶，则为连续动态再结晶。断续动态再结晶一般发生在变形温度很高，应变速率极低的情况下，在大部分的变形条件下发生的都是连续动态再结晶。
动态再结晶是在变形过程中形核和长大的。变形停止，动态再结晶就停止。动态再结晶的形核方式与静态再结晶类似，需要满足“尺寸和取向的差别”条件，即要求再结晶核心的尺寸要达到一定的临界尺寸，一般为1-3μm；同时要求再结晶核心至少有一个大角度晶界。因此，动态再结晶的优先形核位置一般在应变集中的微区，如原始晶界、析出相周围、孪晶界面等。动态再结晶晶粒长大的驱动力是新晶粒与原始晶粒间的畸变能差。动态再结晶过程的**特点是新晶粒内部的畸变能还要随着变形的进行而增大，所以在再结晶晶粒的长大过程中，长大驱动力随变形的进行不断减小，**终晶粒停止长大，达到一定的稳定尺寸。所以当热变形达到稳定状态时，其晶粒尺寸也呈稳定的分布。
动态再结晶能够细化原始粗大奥氏体组织，得到新的畸变程度较小的晶粒，因此动态再结晶在热加工中有着非常重要的应用。通常在动态再结晶发生前会有不同程度的动态回复发生，降低一部分的畸变能，但此时畸变能还是在增大的。随着变形的进行，当应变达到临界应变时，积累的大量畸变能便会引发动态再结晶，随着再结晶的发生，位错大量消除，畸变能降低。当全部畸变组织被新的再结晶晶粒占据时，再结晶过程结束。
晶粒尺寸主要受变形温度、应变速率以及第二相的影响。在变形过程没有晶界第二相时变形温度的提高和应变速率的降低，动态再结晶晶粒尺寸变大。温度和应变速率的综合影响可以用Zener-Hollomn因子表示。
动态再结晶晶粒尺寸随着Z因子的增大而减小，随Z因子的减小而增大。金属在热变形时如有细小分散的第二相存在(如钢中的碳化物，高温合金中的金属间化合物)，会阻碍晶界移动，起抑制动态再结晶晶粒长大的作用。
(3)亚动态再结晶、静态再结晶以及晶粒长大
亚动态再结晶是动态再结晶核心在应变结束后的晶粒长大。静态再结晶是在变形后在高位错密度区(如晶界、形变带)形成的没有应变的新核心的形核与长大。再结晶完成后，在高温继续停留时，晶界会继续迁动，但迁动的速度比较慢，大晶粒吞并小晶粒，这叫做晶粒长大。晶粒长大的驱动力不再是畸变能而是界面能。静态再结晶和亚动态再结晶的不同在于，静态再结晶强烈的依赖于形变量和温度，较少依赖于应变速率，但是亚动态再结晶对应变不敏感，温度略有影响，主要受应变速率的控制。
亚动态再结晶、静态再结晶以及晶粒长大是金属在热变形后的高温停留时间或变形间隙中发生的，可以统称为后动态再结晶。动态再结晶与后动态再结晶构成了金属在热变形过程和变形间隙以及变形后期的组织演化，建立合适的动态再结晶以及后动态再结晶模型对于制定不同金属材料的热加工参数、热变形组织的控制帮助十分重大。
应用范围
G系列合金(G3、G30、G35)主要用于石化工业如油井管、湿法磷酸生产使用的蒸发器，核工业中核燃料再生设备、以及钢厂酸洗设备等。C系列合金(C276、C22、**)是使用量**的一类耐蚀合金之一，在氧化或还原环境下都有很好的耐腐蚀性。因此广泛应用于各种腐蚀环境复杂的地方，如核工业、制药工业等。690合金是一种非常重要的核材料，是核电站核能发电蒸汽管的**材料，属于核心部件，对应力腐蚀开裂具有很好的抵抗作用。
Hastelloy G3合金简称G3，是一种性能优越的镍基耐蚀合金，属于含Mo、Cu的Ni-Cr-Fe系，它具有优良的抗氧化和大气腐蚀及抗应力腐蚀开裂能力，而且具有较高的抗局部腐蚀（点蚀、缝隙腐蚀）的能力。合金中由于含有较高的Fe，相对于其它镍基耐蚀合金具有成本低的特点。G3合金常用于烟气脱硫系统、造纸、磷酸生产蒸汽发生器和热交换器中。用该合金制成的油井管具有优异的抗H2S、CO2、Cl-腐蚀性能，是酸性气田油井管的**选材。目前，世界范围内只有日本住友、美国SMC、德国V&M以及瑞典Sandvik能够生产。
hastelloyG3工艺性能与要求：
热变形过程
在高温奥氏体区变形的金属，随着变形量的增大，加工硬化过程和高温动态软化过程(动态回复和动态再结晶)同时进行。
Ⅰ加工硬化阶段(0<ε<εc)
当塑性变形小时，位错密度不断增加，变形抗力也不断增加直到**值。另一方面，由于材料在高温下变
变形过程受力情况
形，变形中产生的位错能够在热加工过程中通过交滑移和攀移等方式运动，使部分位错消失，部分重新排列，造成奥氏体的回复。由于位错的增值速度相对来说与变形量无关，而位错的消失速度则与位错密度值有关。因此当变形量逐渐增大时，位错密度也增大，位错消失速度也增大，反映在真应力—真应变曲**随着变形量增大加工硬化速度减慢，但是总的趋向在**阶段还是超过动态软化，因此随着变形量增加变形应力不断增加。
Ⅱ开始再结晶阶段(εc<ε<εs)
在**阶段动态软化抵消不了加工硬化，随着变形量的增加金属内部畸变能不断升高，达到一定程度后在奥氏体中将发生动态再结晶。通过大角度晶界的移动，位错大量消失，位错原来集聚的地方形成新的晶粒。随着变形的继续进行，在热加工过程中不断形成再结晶核心并继续成长直到完成一轮再结晶，变形应力降到**值。发生动态再结晶需要一个**的变形量，称为动态再结晶的临界变形量，以εc表示，εc几乎与真应力—真应变曲**峰值应力所对应的应变量εp相等，一般εc≈0.8-0.9εp。
Ⅲ稳定变形阶段(ε>εs)
动态再结晶发生后，随着变形的继续，一方面再结晶继续发展，使金属软化；另一方面已发生动态再结晶的晶粒又承受新的变形，产生加工硬化。这两个过程同时进行，达到平衡时，流变应力近似不变，使真应力—真应变曲线近似水平。这种情况称为连续动态再结晶如。如果变形温度较高，变形速率较小，则第三阶段的真应力—真应变曲线可能出现波浪式变化，称为间断动态再结晶。
热变形机制
(1)动态回复
动态回复常常发生在一些层错能较高的金属的热塑性变形过程中，如铝及铝合金，工业纯铁、铁素体钢以及锌、镁、锡等金属。这类金属在热塑性变形时，其位错的交滑移和攀移比较容易进行，因此一般认为动态回复是这类材料热加工过程中**的软化机制，即使在远远高于静态再结晶温度下进行热加工，通常也只有动态回复而不发生动态再结晶。动态回复过程中发生的组织演化主要是点缺陷、位错的消除和重排以及亚晶的形成。动态回复的发生降低了变形畸变能，减小了动态再结晶发生的驱动力，动态再结晶过程受到一定抑制或根本不发生。
当热变形以动态回复机制进行时，其组织主要呈现以下特征：原始晶粒沿变形方向被拉长，亚晶呈等轴性并且亚晶内位错密度很低；其真应力-真应变曲线是一个逐渐增大直至达到一稳态流变阶段的曲线，没有峰值应力。动态回复机制发生的温度一般在0.4-0.6Tm。动态回复后的金属位错密度高于相应的冷变形后静态回复的密度。
(2)动态再结晶
动态再结晶可以分为两种：连续动态再结晶和断续动态再结晶。金属在变形中全部发生动态再结晶后，继续变形一定程度后才开始发生第二轮动态再结晶，为断续动态再结晶。反之，前一轮动态再结晶结束之前，在已发生动态再结晶的部分中，继续变形，又重新发生动态再结晶，则为连续动态再结晶。断续动态再结晶一般发生在变形温度很高，应变速率极低的情况下，在大部分的变形条件下发生的都是连续动态再结晶。
动态再结晶是在变形过程中形核和长大的。变形停止，动态再结晶就停止。动态再结晶的形核方式与静态再结晶类似，需要满足“尺寸和取向的差别”条件，即要求再结晶核心的尺寸要达到一定的临界尺寸，一般为1-3μm；同时要求再结晶核心至少有一个大角度晶界。因此，动态再结晶的优先形核位置一般在应变集中的微区，如原始晶界、析出相周围、孪晶界面等。动态再结晶晶粒长大的驱动力是新晶粒与原始晶粒间的畸变能差。动态再结晶过程的**特点是新晶粒内部的畸变能还要随着变形的进行而增大，所以在再结晶晶粒的长大过程中，长大驱动力随变形的进行不断减小，**终晶粒停止长大，达到一定的稳定尺寸。所以当热变形达到稳定状态时，其晶粒尺寸也呈稳定的分布。
动态再结晶能够细化原始粗大奥氏体组织，得到新的畸变程度较小的晶粒，因此动态再结晶在热加工中有着非常重要的应用。通常在动态再结晶发生前会有不同程度的动态回复发生，降低一部分的畸变能，但此时畸变能还是在增大的。随着变形的进行，当应变达到临界应变时，积累的大量畸变能便会引发动态再结晶，随着再结晶的发生，位错大量消除，畸变能降低。当全部畸变组织被新的再结晶晶粒占据时，再结晶过程结束。
晶粒尺寸主要受变形温度、应变速率以及第二相的影响。在变形过程没有晶界第二相时变形温度的提高和应变速率的降低，动态再结晶晶粒尺寸变大。温度和应变速率的综合影响可以用Zener-Hollomn因子表示。
动态再结晶晶粒尺寸随着Z因子的增大而减小，随Z因子的减小而增大。金属在热变形时如有细小分散的第二相存在(如钢中的碳化物，高温合金中的金属间化合物)，会阻碍晶界移动，起抑制动态再结晶晶粒长大的作用。
(3)亚动态再结晶、静态再结晶以及晶粒长大
亚动态再结晶是动态再结晶核心在应变结束后的晶粒长大。静态再结晶是在变形后在高位错密度区(如晶界、形变带)形成的没有应变的新核心的形核与长大。再结晶完成后，在高温继续停留时，晶界会继续迁动，但迁动的速度比较慢，大晶粒吞并小晶粒，这叫做晶粒长大。晶粒长大的驱动力不再是畸变能而是界面能。静态再结晶和亚动态再结晶的不同在于，静态再结晶强烈的依赖于形变量和温度，较少依赖于应变速率，但是亚动态再结晶对应变不敏感，温度略有影响，主要受应变速率的控制。
亚动态再结晶、静态再结晶以及晶粒长大是金属在热变形后的高温停留时间或变形间隙中发生的，可以统称为后动态再结晶。动态再结晶与后动态再结晶构成了金属在热变形过程和变形间隙以及变形后期的组织演化，建立合适的动态再结晶以及后动态再结晶模型对于制定不同金属材料的热加工参数、热变形组织的控制帮助十分重大。
应用范围
G系列合金(G3、G30、G35)主要用于石化工业如油井管、湿法磷酸生产使用的蒸发器，核工业中核燃料再生设备、以及钢厂酸洗设备等。C系列合金(C276、C22、**)是使用量**的一类耐蚀合金之一，在氧化或还原环境下都有很好的耐腐蚀性。因此广泛应用于各种腐蚀环境复杂的地方，如核工业、制药工业等。690合金是一种非常重要的核材料，是核电站核能发电蒸汽管的**材料，属于核心部件，对应力腐蚀开裂具有很好的抵抗作用。
钻采石油、天然气时，除需要钻探机械设备外，还需要专用管材，即钻柱、套管、油管等，统称为“油井管”。油气工业用钢总量中，油井管约占40%，是石油、天然气开采中的一个重要组成部分。根据中国油气开采环境的特殊性，专家认为，超高强度油套管、高抗挤套管、耐酸性环境腐蚀油管和特殊螺纹油井管是中国当今和未来急需的高性能油井管。中国高性能油井管基本上都依赖进口，生产上基本是空白的。因此，在中国大力开发高性能油井管已势在必行。长期以来，油井管选材主要有13Cr、22Cr、25Cr、316不锈钢等。这几种不锈钢强度较高，同时含有较高的Cr含量，在合金表面容易形成一层致密的cr2o3钝化膜，能有效抵抗CO，的腐蚀，且随着Cr含量的增加，抗CO2腐蚀的能力逐渐增强油。但是随着埋藏很深的高酸性油气田的逐渐发现和开采，开采环境中H2S，CO2，S，C1一含量很高，常用的不锈钢管材已无法满足开采需求。因此，高合金化的镍基耐蚀合金(028、825、G一3、2550、050、625、C276)逐渐应用于油井管中G3合金是一种性能优越的镍基耐蚀合金，属于含Mo、Cu的Ni-Cr-Fe系，它具有优良的抗氧化和大气腐蚀及抗应力腐蚀开裂能力。合金中由于含有较高的Fe，相对于其它镍基耐蚀合金具有成本低的特点。用该合金制成的油井管具有优异的抗H2S、CO2、Cl腐蚀性能，是酸性气田油井管的**选材。
