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一、 Hastelloy G3哈氏合金概述:
Hastelloy G3哈氏合金是一种以镍、铬、钼、钴等元素组成的镍基高温合金,含镍量约为44%。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最佳选材。
二、 Hastelloy G3哈氏合金化学成分:见表1-1。
表1-1                                                                    %

C≤ Si≤ Mn≤ P≤ S≤ Cr≥ Ni≥ Mo≥ Cu≤
0.015 0.40 0.80 0.035 0.030 21.0-23.0 44.0 6.0-8.0 1.50-2.50
其他 N≤ Al≤ Ti≤ Fe≤ Co≤ V≤ W≤ Nb≤
- - - 18.0-21.0 5.00 - 1.50 -

三、 Hastelloy G3哈氏合金生产工艺:
Hastelloy G3合金管材生产工艺:1、热轧成型, 2、热挤压成型。G3合金高温塑性差,热成型温度范围窄,变形抗力较大,在1150℃~1220℃左右时,合金的热塑性最好,因此G-3合金管材生产主要采用热挤压工艺成型。坯料在挤压筒中的热变形是热挤压成型中的关键技术,也是G-3合金管材生产的瓶颈。
四、 Hastelloy G3哈氏合金的发展史及主要特性:
Hastelloy G3合金是一种性能优越的镍基耐蚀合金。冷加工强化型的镍基耐蚀合金中,Hastelloy G3合金的耐蚀性能优于825、028合金。Hastelloy G3合金在温度220℃、pH=3.3、Cl离子浓度为15.175%、。H2S和CO:分压均为2.1 MPa的腐蚀环境中,仍表现出良好的耐腐蚀性能。
此外, G-3合金晶粒尺寸大小对其在墨西哥湾模拟酸性溶液(25%NaC!+1.03 MPaH2S+1.03 MPa C02,温度为218℃)中的耐应力腐蚀开裂和晶间腐蚀的影响。慢应变速率腐蚀试验结果表明,G-3合金断面收缩率和延伸率均大于92%,且不出现二次裂纹,G-3合金表现出良好的抗应力腐蚀开裂能力。当晶粒度从6-7.5级变化到4-5.5级时,对其抗应力腐蚀开裂的影响很小。晶间腐蚀试验表明,G-3合金的腐蚀速率大约为0.27~0.36 mm/a,明显低于化工过程最大容许腐蚀速率(0.61 mm/a),晶粒度对晶间腐蚀的影响也很小, Thompson等采用循环动电位扫描法研究了G-3合金在C1离子浓度为100 g/L、温度为50℃的酸性溶液中的点蚀行为。结果表明,G-3合金的点蚀电位为0.59 V,当电位超过此值时,腐蚀电流迅速增大,耐腐蚀性能大大降低。
五、 Hastelloy G3哈氏合金的应用领域:
G系列镍基合金(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、C4)是使用量最大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不可替代材料,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。
长期以来,中国油井管选材主要有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(600、825、G-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最佳选材。随着酸性油气田的逐步开发,镍基合金油井管的需求量不断上升。相关产品被国外少数厂家还没有完全掌握镍基耐蚀合金管材的制造技术,这严重威胁了国家的能源安全。因此,国产化镍基合金管材势在必行。
合金G3是合金G的改进型。该合金同样具有优良的抗腐蚀性,但是其抗HAz(热影响区)腐蚀的能力更强,并具有良好的焊接性。该合金较低的碳含量可以延缓碳化物的析出动力学行为。而其略高的铝含量,提供了优良的抗局部腐蚀能力。G3合金在几乎所有的工业应用中,至今已取代了G合金。同时,在许多需要抗局部腐蚀的应用中也取代了825合金。常用的井下油管材质是825、G3、G50、C276和028合金。根据川渝地区高酸性气田的流体性质,材质必须满足以下三个方面的要求:抗高温、抗高压、耐强腐蚀。

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