Hastelloy C-22其它領(lǐng)域

G3合金管材生產(chǎn)工藝:1 熱軋成型 2熱擠壓成型 ( G3合金高溫塑性差，熱成型溫度范圍窄，變形抗力較大，在1150℃~1220℃左右時，合金的熱塑性最好，因此G-3合金管材生產(chǎn)主要采用熱擠壓工藝成型。坯料在擠壓筒中的熱變形是熱擠壓成型中的關(guān)鍵技術(shù)，也是G-3合金管材生產(chǎn)的瓶頸)

在高溫奧氏體區(qū)變形的金屬，隨著變形量的增大，加工硬化過程和高溫動態(tài)軟化過程(動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶)同時進行。

Ⅰ 加工硬化階段(0<ε<εc)

當塑性變形小時，位錯密度不斷增加，變形抗力也不斷增加直到最大值。另一方面，由于材料在高溫下變 形，變形中產(chǎn)生的位錯能夠在熱加工過程中通過交滑移和攀移等方式運動，使部分位錯消失，部分重新排列，造成奧氏體的回復。由于位錯的增值速度相對來說與變形量無關(guān)，而位錯的消失速度則與位錯密度值有關(guān)。因此當變形量逐漸增大時，位錯密度也增大，位錯消失速度也增大，反映在真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上隨著變形量增大加工硬化速度減慢，但是總的趨向在第一階段還是超過動態(tài)軟化，因此隨著變形量增加變形應(yīng)力不斷增加。

Ⅱ 開始再結(jié)晶階段(εc<ε<εs)

在第一階段動態(tài)軟化抵消不了加工硬化，隨著變形量的增加金屬內(nèi)部畸變能不斷升高，達到一定程度后在奧氏體中將發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。通過大角度晶界的移動，位錯大量消失，位錯原來集聚的地方形成新的晶粒。隨著變形的繼續(xù)進行，在熱加工過程中不斷形成再結(jié)晶核心并繼續(xù)成長直到完成一輪再結(jié)晶，變形應(yīng)力降到最低值。發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶需要一個最低的變形量，稱為動態(tài)再結(jié)晶的臨界變形量，以εc表示，εc幾乎與真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線上峰值應(yīng)力所對應(yīng)的應(yīng)變量εp相等，一般εc≈0.8-0.9εp。

Ⅲ 穩(wěn)定變形階段(ε>εs)

動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生后，隨著變形的繼續(xù)，一方面再結(jié)晶繼續(xù)發(fā)展，使金屬軟化;另一方面已發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的晶粒又承受新的變形，產(chǎn)生加工硬化。這兩個過程同時進行，達到平衡時，流變應(yīng)力近似不變，使真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線近似水平。這種情況稱為連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶如。如果變形溫度較高，變形速率較小，則第三階段的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線可能出現(xiàn)波浪式變化，稱為間斷動態(tài)再結(jié)晶。

(1) 動態(tài)回復

動態(tài)回復常常發(fā)生在一些層錯能較高的金屬的熱塑性變形過程中，如鋁及鋁合金，工業(yè)純鐵、鐵素體鋼以及鋅、鎂、錫等金屬。這類金屬在熱塑性變形時，其位錯的交滑移和攀移比較容易進行，因此一般認為動態(tài)回復是這類材料熱加工過程中唯一的軟化機制，即使在遠遠高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度下進行熱加工，通常也只有動態(tài)回復而不發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)回復過程中發(fā)生的組織演化主要是點缺陷、位錯的消除和重排以及亞晶的形成。動態(tài)回復的發(fā)生降低了變形畸變能，減小了動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的驅(qū)動力，動態(tài)再結(jié)晶過程受到一定抑制或根本不發(fā)生。

當熱變形以動態(tài)回復機制進行時，其組織主要呈現(xiàn)以下特征:原始晶粒沿變形方向被拉長，亞晶呈等軸性并且亞晶內(nèi)位錯密度很低;其真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線是一個逐漸增大直至達到一穩(wěn)態(tài)流變階段的曲線，沒有峰值應(yīng)力。動態(tài)回復機制發(fā)生的溫度一般在0.4-0.6Tm。動態(tài)回復后的金屬位錯密度高于相應(yīng)的冷變形后靜態(tài)回復的密度。

(2) 動態(tài)再結(jié)晶

動態(tài)再結(jié)晶可以分為兩種:連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶和斷續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。金屬在變形中全部發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶后，繼續(xù)變形一定程度后才開始發(fā)生第二輪動態(tài)再結(jié)晶，為斷續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。反之，前一輪動態(tài)再結(jié)晶結(jié)束之前，在已發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的部分中，繼續(xù)變形，又重新發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，則為連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。斷續(xù)動態(tài)再結(jié)晶一般發(fā)生在變形溫度很高，應(yīng)變速率極低的情況下，在大部分的變形條件下發(fā)生的都是連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶。

動態(tài)再結(jié)晶是在變形過程中形核和長大的。變形停止，動態(tài)再結(jié)晶就停止。動態(tài)再結(jié)晶的形核方式與靜態(tài)再結(jié)晶類似，需要滿足 "尺寸和取向的差別"條件，即要求再結(jié)晶核心的尺寸要達到一定的臨界尺寸，一般為1-3μm;同時要求再結(jié)晶核心至少有一個大角度晶界。因此，動態(tài)再結(jié)晶的優(yōu)先形核位置一般在應(yīng)變集中的微區(qū)，如原始晶界、析出相周圍、孿晶界面等。動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大的驅(qū)動力是新晶粒與原始晶粒間的畸變能差。動態(tài)再結(jié)晶過程的最大特點是新晶粒內(nèi)部的畸變能還要隨著變形的進行而增大，所以在再結(jié)晶晶粒的長大過程中，長大驅(qū)動力隨變形的進行不斷減小，最終晶粒停止長大，達到一定的穩(wěn)定尺寸。所以當熱變形達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其晶粒尺寸也呈穩(wěn)定的分布。

動態(tài)再結(jié)晶能夠細化原始粗大奧氏體組織，得到新的畸變程度較小的晶粒，因此動態(tài)再結(jié)晶在熱加工中有著非常重要的應(yīng)用。通常在動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生前會有不同程度的動態(tài)回復發(fā)生，降低一部分的畸變能，但此時畸變能還是在增大的。隨著變形的進行，當應(yīng)變達到臨界應(yīng)變時，積累的大量畸變能便會引發(fā)動態(tài)再結(jié)晶，隨著再結(jié)晶的發(fā)生，位錯大量消除，畸變能降低。當全部畸變組織被新的再結(jié)晶晶粒占據(jù)時，再結(jié)晶過程結(jié)束。

晶粒尺寸主要受變形溫度、應(yīng)變速率以及第二相的影響。在變形過程沒有晶界第二相時變形溫度的提高和應(yīng)變速率的降低，動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸變大。溫度和應(yīng)變速率的綜合影響可以用Zener-Hollomn因子表示。

動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸隨著Z因子的增大而減小，隨Z因子的減小而增大。金屬在熱變形時如有細小分散的第二相存在(如鋼中的碳化物，高溫合金中的金屬間化合物)，會阻礙晶界移動，起抑制動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大的作用。

(3) 亞動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶以及晶粒長大

亞動態(tài)再結(jié)晶是動態(tài)再結(jié)晶核心在應(yīng)變結(jié)束后的晶粒長大。靜態(tài)再結(jié)晶是在變形后在高位錯密度區(qū)(如晶界、形變帶)形成的沒有應(yīng)變的新核心的形核與長大。再結(jié)晶完成后，在高溫繼續(xù)停留時，晶界會繼續(xù)遷動，但遷動的速度比較慢，大晶粒吞并小晶粒，這叫做晶粒長大。晶粒長大的驅(qū)動力不再是畸變能而是界面能。靜態(tài)再結(jié)晶和亞動態(tài)再結(jié)晶的不同在于，靜態(tài)再結(jié)晶強烈的依賴于形變量和溫度，較少依賴于應(yīng)變速率，但是亞動態(tài)再結(jié)晶對應(yīng)變不敏感，溫度略有影響，主要受應(yīng)變速率的控制。

亞動態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶以及晶粒長大是金屬在熱變形后的高溫停留時間或變形間隙中發(fā)生的，可以統(tǒng)稱為后動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶與后動態(tài)再結(jié)晶構(gòu)成了金屬在熱變形過程和變形間隙以及變形后期的組織演化，建立合適的動態(tài)再結(jié)晶以及后動態(tài)再結(jié)晶模型對于制定不同金屬材料的熱加工參數(shù)、熱變形組織的控制幫助十分重大。

G3鎳基耐蝕合金以抗液體介質(zhì)(室溫，有時也可高于室溫)腐蝕能力為其主要性能。含鎳量一般不超過70%，主要添加Cu,Cr,Mo,Fe,W等，以適應(yīng)各種不同化學性質(zhì)的工作介質(zhì)。其主要合金化原理如下:

鎳:基體元素，具有非常好的延展性，面心立方結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠容納大量的合金元素。對堿溶液有極佳的抵抗能力。

鋁:作為脫氧劑，冶煉時去除熔化金屬的氧。

碳:有害元素，會導致碳化物的形成，造成晶界敏化，降低腐蝕性能。

鉻:主要的合金元素，增強對氧化性溶液(如硝酸，鉻酸)的抵抗能力，同時增強對局部腐蝕的抵抗能力(如點蝕、縫隙腐蝕)。

銅:增強對非氧化性溶液的抵抗能力(如鹽酸、稀硫酸)。

鐵:在滿足使用性能的情況下用來降低成本，但是使用鐵質(zhì)模具和廢料來生產(chǎn)就不可避免包含一些鐵的成分。

鎢和鉬:增強對氧化性溶液的抵抗能力(如鹽酸、稀硫酸)，增強對局部腐蝕的抵抗能力。

鈮和釩:原來用于固定碳元素。

硅:有害元素，原材料冶煉中帶過來，要盡可能的降低，硅會穩(wěn)定碳化物和金屬間化合物，如σ相、μ相。

G3合金再結(jié)晶后，隨著保溫時間的延長，奧氏體晶粒發(fā)生了長大和粗化，有的晶界部分有二次再結(jié)晶生 成并發(fā)生長大;晶粒度隨著溫度的增高長大粗化的更明顯，這是因為隨著溫度升高，位錯密度減小，晶界遷移速率變快，晶粒長大速度變大;在其它變形條件相同的條件下，初始晶粒度大小和再結(jié)晶后的晶粒大小沒有必然的聯(lián)系，總體來說初始晶粒度越大再結(jié)晶晶粒越大，但長大規(guī)律不明顯;在其它變形條件一定的情況下，隨著應(yīng)變速率的升高，再結(jié)晶晶粒變細，這是因為在其它變形條件相同的情況下，應(yīng)變速率越高，變形后的位錯密度越大，再結(jié)晶的驅(qū)動力越大，形核率也越高，因而再結(jié)晶晶粒越多，晶粒尺寸越小;隨著變形溫度升高，晶粒尺寸增加較大，其原因是在其它變形條件相同的情況下，變形溫度越高，材料的位錯密度越小，導致再結(jié)晶時形核率減少;同時溫度越高再結(jié)晶的晶粒的長大速度越快，后形核的再結(jié)晶核來不及長大就被先長大的大晶粒吞并，從而再結(jié)晶過程中能長大的晶粒數(shù)減少，再結(jié)晶晶粒變粗。

G系列合金(G3、G30、G35)主要用于石化工業(yè)如油井管、濕法磷酸生產(chǎn)使用的蒸發(fā)器，核工業(yè)中核燃料再生設(shè)備、以及鋼廠酸洗設(shè)備等。C系列合金(C276、C22、C4)是使用量最大的一類耐蝕合金之一，在氧化或還原環(huán)境下都有很好的耐腐蝕性。因此廣泛應(yīng)用于各種腐蝕環(huán)境復雜的地方，如核工業(yè)、制藥工業(yè)等。690合金是一種非常重要的核材料，是核電站核能發(fā)電蒸汽管的不可替代材料，屬于核心部件，對應(yīng)力腐蝕開裂具有很好的抵抗作用。

鉆采石油、天然氣時，除需要鉆探機械設(shè)備外，還需要專用管材，即鉆柱、套管、油管等，統(tǒng)稱為"油井管"。油氣工業(yè)用鋼總量中，油井管約占40%，是石油、天然氣開采中的一個重要組成部分。根據(jù)中國油氣開采環(huán)境的特殊性，專家認為，超高強度油套管、高抗擠套管、耐酸性環(huán)境腐蝕油管和特殊螺紋油井管是中國當今和未來急需的高性能油井管。中國高性能油井管基本上都依賴進口，生產(chǎn)上基本是空白的。因此，

在中國大力開發(fā)高性能油井管已勢在必行。長期以來，油井管選材主要有13Cr、22Cr、25Cr、316不銹鋼等。這幾種不銹鋼強度較高，同時含有較高的Cr含量，在合金表面容易形成一層致密的cr2o3鈍化膜，能有效抵抗CO，的腐蝕，且隨著Cr含量的增加，抗CO2腐蝕的能力逐漸增強油。但是隨著埋藏很深的高酸性油氣田的逐漸發(fā)現(xiàn)和開采，開采環(huán)境中H2S，CO2，S，C1一含量很高，常用的不銹鋼管材已無法滿足開采需求。因此，高合金化的鎳基耐蝕合金(028、825、G一3、2550、050、625、C276)逐漸應(yīng)用于油井管中 G3合金是一種性能優(yōu)越的鎳基耐蝕合金，屬于含Mo、Cu的Ni-Cr-Fe系，它具有優(yōu)良的抗氧化和大氣腐蝕及抗應(yīng)力腐蝕開裂能力。合金中由于含有較高的Fe，相對于其它鎳基耐蝕合金具有成本低的特點。用該合金制成的油井管具有優(yōu)異的抗H2S、CO2、Cl腐蝕性能，是酸性氣田油井管的最佳選材。

隨著酸性油氣田的逐步開發(fā)，鎳基合金油井管的需求量不斷上升。相關(guān)產(chǎn)品被國外少數(shù)廠家壟斷，中國

還沒有完全掌握鎳基耐蝕合金管材的制造技術(shù)，這嚴重威脅了國家的能源安全。因此，國產(chǎn)化鎳基合金管材勢在必行。鎳基合金由于變形抗力高，管材的成型只能采用熱擠壓方式。而國內(nèi)對熱擠壓的研究主要集中在鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)金屬，由于合金的材料學特征不同，其難度遠遠小于鎳基合金的熱擠壓。因此，有必要建立鎳基合金材料學特性與熱擠壓工藝的關(guān)聯(lián)，為鎳基合金管材的國產(chǎn)化提供一定的技術(shù)支持。 具體中國川渝地區(qū)高酸性氣田腐蝕環(huán)境，使用125ksi級G一3合金管材，可以有效抑制和減緩腐蝕介質(zhì)的全面腐蝕、局部腐蝕、SSC、HIC、SCC等滿足其安全生產(chǎn)。由于G3合金高溫塑性差，熱成形區(qū)間窄，無法采用常規(guī)熱軋或熱穿孔方法實現(xiàn)，必須通過熱擠壓工藝進行熱加工，組織為單相奧氏體組織，室溫強度低，高強度油套管的鋼級必須通過熱擠壓后的冷加工強化實現(xiàn)，合金冷加工硬化程度高，冷加工工藝控制難度大。目前中國尚不能完全工業(yè)化生產(chǎn)，因此進一步摸索其高溫熱塑性及冷加工特性具有舉足輕重的意義。

合金G3是合金G的改進型。該合金同樣具有優(yōu)良的抗腐蝕性，但是其抗HAz(熱影響區(qū))腐蝕的能力更強，并具有良好的焊接性。該合金較低的碳含量可以延緩碳化物的析出動力學行為。而其略高的鋁含量，提供了優(yōu)良的抗局部腐蝕能力。G3合金在幾乎所有的工業(yè)應(yīng)用中，至今已取代了G合金。同時，在許多需要抗局部腐蝕的應(yīng)用中也取代了825合金。常用的井下油管材質(zhì)是825、G3、G50、C276和028合金。根據(jù)川渝地區(qū)高酸性氣田的流體性質(zhì)，材質(zhì)必須滿足以下三個方面的要求:抗高溫、抗高壓、耐強腐蝕。