جامع ترین معرفی انواع آلیاژهای هاستلوی

جامع ترین معرفی انواع آلیاژهای هاستلوی

آلیاژ هاستلوی

مقدمه

هاستلوی نوعی آلیاژ بر پایه نیکل است. در حال حاضر به سه سری B، C و G تقسیم می شود. عمدتاً برای خوردگی قوی استفاده می شود که در فولاد ضد زنگ Cr-Ni یا Cr-Ni-Mo بر پایه آهن، مواد غیر فلزی و غیره قابل استفاده نیست. به طور گسترده ای در نفت، صنایع شیمیایی، حفاظت از محیط زیست و بسیاری از زمینه های دیگر در خارج از کشور استفاده شده است. درجات و شرایط استفاده معمولی آن در جدول زیر نشان داده شده است.

نمرات هاستلوی

به منظور بهبود مقاومت در برابر خوردگی و خواص کاری سرد و گرم Hastelloy، Hastelloy سه پیشرفت عمده را انجام داده است. روند توسعه به شرح زیر است: مرجع:

سری B: B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3

سری C: C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → C{14}}(00Cr20Mo16)

سری G: G → G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu) → G-30 (00Cr30Ni48Mo7Cu)

پرکاربردترین مواد در حال حاضر N10665 (B-2)، N10276 (C-276)، N06022 (C-22)، N06455 (C-4) و N06985 ( G-3). مواد نسل سوم N10675 (B-3)، N10629 (B-4) و N06059 (C-59) در مرحله ارتقاء هستند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی متالورژی، برندهای متعددی از به اصطلاح "فوق العاده فولاد ضد زنگ" حاوی ~6% مو در سال های اخیر ظاهر شده اند که جایگزین آلیاژهای سری G شده اند و باعث کاهش سریع تولید و استفاده از آلیاژهای سری G شده اند.

2. ترکیب شیمیایی معمول آلیاژ Hastelloy

ترکیب شیمیایی مواد

Ni Cr Mo Fe C Si Co Mn PSWV Cu Nb+T

N10665 (B-2) پایه کوچکتر یا مساوی 1.0 26.0~30 کمتر یا مساوی 2.{{ 10}} کمتر یا مساوی با 0.02 کمتر یا مساوی 0.10 کمتر یا مساوی 1.0 کمتر یا مساوی 1.0 کمتر از یا مساوی 0.04 کمتر یا مساوی 0.03

N10276 (C-276) پایه 14.5~16.5 15.0~ 17.0 4.0~7.{{ 12}} کمتر یا مساوی 0.01 کمتر یا مساوی {{20}}.08 کمتر یا مساوی 2.5 کمتر از یا برابر با 1.{27}} کمتر یا مساوی 0.04 کمتر یا مساوی 0.03 3.0~ 4.5 کمتر یا مساوی 0.035

N06007 (G-3) پایه 21.0~23.5 6.0~ 8 .0 18.0~21 کمتر یا مساوی 0.015 کمتر یا مساوی 1.{21}} کمتر یا مساوی 5. 0 کمتر یا مساوی 1.0 کمتر یا مساوی 0.04 کمتر یا مساوی 0.03 کمتر یا مساوی 1.{24}}.5~2.5 کمتر یا مساوی 0.50

3. مرجع خواص مکانیکی:

خواص مکانیکی Hastelloy بسیار برجسته است. دارای ویژگی های استحکام بالا و چقرمگی بالا است، بنابراین ماشینکاری آن دشوار است. علاوه بر این، تمایل به سخت شدن کرنش آن بسیار قوی است. هنگامی که نرخ تغییر شکل به 15٪ می رسد، حدود 18-8 دو برابر فولاد ضد زنگ است. Hastelloy همچنین دارای یک ناحیه حساس با دمای متوسط ​​است و تمایل حساسیت آن با افزایش نرخ تغییر شکل افزایش می یابد. هنگامی که دما بالا است، هاستلوی به راحتی عناصر مضر را جذب می کند و باعث می شود خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی آن کاهش یابد.

4. آلیاژهای Hastelloy معمولا استفاده می شود

1: آلیاژ Hastelloy B-2 (Hastelloy B-2 alloy)

1. مقاومت در برابر خوردگی

آلیاژ Hastelloy B-2 یک آلیاژ Ni-Mo با محتوای کربن و سیلیکون بسیار کم است. رسوب کاربیدها و سایر فازها را در ناحیه جوش و گرما کاهش می دهد و در نتیجه تضمین می کند که حتی در شرایط جوشکاری نیز مقاومت به خوردگی خوبی دارد.

همانطور که همه می دانیم، آلیاژ Hastelloy B-2 دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی در محیط های کاهنده مختلف است و می تواند در برابر خوردگی در هر دما و غلظت اسید هیدروکلریک تحت فشار معمولی مقاومت کند. مقاومت در برابر خوردگی عالی در اسید سولفوریک غیر اکسید کننده با غلظت متوسط ​​غیر هوادهی، غلظت های مختلف اسید فسفریک، اسید استیک با دمای بالا، اسید فرمیک و سایر اسیدهای آلی، اسید برومیک و گازهای کلرید هیدروژن دارد. در عین حال در برابر خوردگی توسط کاتالیزورهای هالوژن نیز مقاوم است. بنابراین، آلیاژ Hastelloy B-2 معمولاً در انواع فرآیندهای خشن نفتی و شیمیایی، مانند تقطیر و غلظت اسید هیدروکلریک استفاده می‌شود. آلکیلاسیون اتیل بنزن و سنتز اکسو کم فشار اسید استیک و سایر فرآیندهای تولید.

با این حال، در کاربرد صنعتی آلیاژ Hastelloy B-2 برای سال‌ها، مشخص شده است که: (1) آلیاژ Hastelloy B-2 دارای دو ناحیه حساس‌سازی است که تأثیر قابل‌توجهی بر مقاومت در برابر بین دانه‌ای دارد. خوردگی: منطقه دمای بالا 1200 ~ 1300 درجه و منطقه حساسیت 550 درجه. منطقه دمای متوسط ​​~ 900 درجه؛ (2) به دلیل جداسازی دندریت در فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت آلیاژ Hastelloy B-2، فازهای بین فلزی و کاربیدها در امتداد مرزهای دانه رسوب می کنند و آنها را نسبت به خوردگی بین دانه ای حساس تر می کند. (3) آلیاژ Hastelloy B{11}} پایداری حرارتی ضعیفی در دمای متوسط ​​دارد. وقتی میزان آهن در آلیاژ Hastelloy B-2 به کمتر از 2% می‌رسد، آلیاژ به تبدیل فاز بتا (یعنی فاز Ni4Mo، یک ترکیب بین فلزی مرتب شده) حساس است. هنگامی که آلیاژ در محدوده دمایی 650 تا 750 درجه برای مدت کمی طولانی تر بماند، فاز فوراً تولید می شود. وجود فاز، چقرمگی آلیاژ Hastelloy B-2 را کاهش می‌دهد، آن را به خوردگی تنشی حساس می‌کند و حتی باعث می‌شود که آلیاژ Hastelloy B-2 در طول تولید مواد خام (مانند فرآیند نورد گرم) آسیب ببیند. فرآیند تولید تجهیزات (مانند تجهیزات آلیاژ Hastelloy B-2 عملیات حرارتی کلی پس از جوش) و تجهیزات آلیاژ Hastelloy B-2 در محیط خدمات ترک می‌خورد. امروزه روش تست استانداردی که توسط کشور من و سایر کشورهای دنیا برای مقاومت در برابر خوردگی بین دانه‌ای آلیاژ Hastelloy B-2 تعیین شده است، روش اسید کلریدریک با فشار جوش معمولی و روش ارزیابی روش کاهش وزن است. از آنجایی که آلیاژ Hastelloy B{24}} آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی اسید هیدروکلریک است، روش اسید هیدروکلریک با فشار معمولی برای آزمایش تمایل به خوردگی بین دانه‌ای آلیاژ Hastelloy B-2 کاملاً غیر حساس است. مؤسسات تحقیقاتی علمی داخلی از روش اسید کلریدریک با دمای بالا برای مطالعه آلیاژ Hastelloy B-2 استفاده کردند و دریافتند که مقاومت به خوردگی آلیاژ Hastelloy B{-2 نه تنها به ترکیب شیمیایی آن بستگی دارد، بلکه به حرارتی آن نیز بستگی دارد. فرآیند کنترل پردازش هنگامی که فرآیند پردازش حرارتی به درستی کنترل نمی شود، دانه های آلیاژ Hastelloy B-2 نه تنها رشد می کنند، بلکه فاز Mo σ بالا بین دانه ها رسوب می کند. در این زمان، مقاومت در برابر خوردگی بین دانه‌ای آلیاژ Hastelloy B{30}} به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد. در آزمایش اسید کلریدریک در دمای بالا، عمق حکاکی مرز دانه در صفحه درشت دانه و صفحه معمولی حدود دو برابر متفاوت بود.

2. مرجع عملکرد فیزیکی

خواص فیزیکی آلیاژ Hastelloy B-2 در جدول زیر نشان داده شده است.

چگالی: 9.2 گرم بر سانتی متر مکعب، نقطه ذوب: 1330 تا 1380 درجه، نفوذپذیری مغناطیسی: (درجه، RT) کمتر یا برابر با 1.001
مشخصات فیزیکی
دما ( درجه ) گرمای ویژه (J/kg-k) ضریب هدایت حرارتی (W/mk) مقاومت (μΩcm) مدول الاستیک (Gpa) ضریب انبساط حرارتی از دمای اتاق تا T (10-6/K)
0 373 137 218
20 377 11.1 137 217
100 389 12.2 138 213 10.3
200 406 13.4 138 208 10.8
300 423 14.6 139 203 11.1
400 431 16.0 139 197 11.4
500 444 17.3 141 191 11.6
600 456 18.7 146 184 11.8
700 176

3. ترکیب شیمیایی

ترکیب شیمیایی
عنصر Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co PS
حداقل حاشیه {{0}}.4 1.6 26.0
حداکثر 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0 .02 0.010

4. خواص مکانیکی

خواص مکانیکی کلی آلیاژ Hastelloy B-2 در دو جدول زیر نشان داده شده است

حداقل مقادیر خواص مکانیکی در دمای اتاق (به استانداردهای DIN/ASTM مراجعه کنید)
فرم محصول ابعاد (mm) {{0}}.2% استحکام تسلیم (Mpa) 1.0% استحکام تسلیم (Mpa) استحکام کششی (Mpa) طول کشیدگی A5 % سختی برینل HB اندازه دانه (μm)
نوار نورد سرد کمتر یا مساوی 5 340 380 755 40 250 127
صفحه نورد گرم 5~65 214
میله 325 370 745 - -
لوله 340 360 755 - -
استاندارد ASTM 350 - 760 241 مانند بالا
حداقل مقادیر خواص مکانیکی در دماهای بالا
فرم محصول {{0}}.2% قدرت تسلیم (Mpa) درجه 1.0% قدرت تسلیم (Mpa) درجه
100 200 300 400 100 200 300 400
تخته 315 285 270 255 355 325 310 295
لوله
میله 300 275 255 240 340 315 300 285

5. ساخت و عملیات حرارتی

1: گرمایش
برای آلیاژ Hastelloy B{{0}}، تمیز نگه داشتن سطح و عاری از آلودگی قبل و حین گرم کردن بسیار مهم است. آلیاژ Hastelloy B-2 اگر در محیطی حاوی گوگرد، فسفر، سرب یا سایر آلاینده‌های فلزی با نقطه ذوب پایین حرارت داده شود، شکننده می‌شود. منابع اصلی این آلاینده ها شامل علائم نشانگر، درجه حرارت رنگ، گریس و مایعات، دود است. این گاز دودکش باید حاوی گوگرد کم باشد. به عنوان مثال: محتوای گوگرد گاز طبیعی و گاز مایع نفتی از 0.1% تجاوز نمی کند، میزان گوگرد هوای شهری از 0 تجاوز نمی کند. 25 گرم در متر مکعب، و میزان گوگرد سوخت. روغن از 0.5٪ تجاوز نمی کند واجد شرایط است.
محیط گازی کوره گرمایشی باید یک محیط خنثی یا یک محیط کم کاهنده باشد و نمی تواند بین اکسید کننده و احیا کننده در نوسان باشد. شعله در کوره نمی تواند مستقیماً بر آلیاژ Hastelloy B-2 تأثیر بگذارد. در عین حال، مواد باید تا دمای مورد نیاز با سریعترین سرعت گرمایش گرم شود، به این معنی که ابتدا باید دمای کوره گرمایش را به دمای مورد نیاز رساند و سپس مواد را برای گرم کردن داخل کوره قرار داد. .
2: پردازش حرارتی
آلیاژ Hastelloy B{0}} را می توان در محدوده 900 ~ 1160 درجه حرارت داد و پس از پردازش باید با آب خاموش شود. به منظور اطمینان از بهترین مقاومت در برابر خوردگی، بازپخت باید پس از کار گرم انجام شود.
3: پردازش سرد
آلیاژ Hastelloy B-2 سرد کار شده باید تحت عملیات محلول قرار گیرد. از آنجایی که نسبت به فولاد زنگ نزن آستنیتی دارای سرعت سخت شدن بسیار بالاتری است، تجهیزات شکل دهی باید به دقت مورد توجه قرار گیرند. اگر فرآیند شکل دهی سرد انجام شود، بازپخت بین مرحله ای ضروری است.
هنگامی که تغییر شکل سرد کاری بیش از 15٪ باشد، قبل از استفاده، درمان محلول مورد نیاز است.
4: عملیات حرارتی
دمای عملیات حرارتی محلول باید بین 1060 و 1080 درجه کنترل شود، و به دنبال آن خاموش کردن آب خنک کننده یا خنک کننده سریع هوا زمانی که ضخامت مواد بالاتر از 1.5 میلی متر است برای به دست آوردن بهترین مقاومت در برابر خوردگی، کنترل شود. در طول هر عملیات گرمایشی، باید اقدامات احتیاطی برای تمیز کردن سطح مواد انجام شود. هنگام عملیات حرارتی مواد یا قطعات تجهیزات Hastelloy باید به موارد زیر توجه شود: برای جلوگیری از تغییر شکل عملیات حرارتی قطعات تجهیزات، باید از حلقه های تقویت کننده فولاد ضد زنگ استفاده شود. دمای بارگذاری کوره، زمان گرمایش و سرمایش باید به شدت کنترل شود. قبل از بارگیری کوره، قطعات عملیات حرارتی برای جلوگیری از وقوع ترک های حرارتی، پیش تصفیه انجام می شود. پس از عملیات حرارتی، قطعات تحت عملیات حرارتی 100٪ PT هستند. اگر ترک های حرارتی در طی فرآیند عملیات حرارتی رخ دهد و پس از پرداخت و رفع نیاز به ترمیم باشد، باید از فرآیند جوشکاری تعمیری ویژه استفاده شود.
5: رسوب زدایی
اکسیدهای روی سطح آلیاژ Hastelloy B-2 و لکه‌های نزدیک جوش‌ها باید با چرخ‌های ریز آسیاب پاک شوند.
از آنجایی که آلیاژ Hastelloy B-2 نسبتاً به محیط های اکسید کننده حساس است، گازهای حاوی نیتروژن بیشتری در طول فرآیند ترشی تولید می شود.
6: ماشینکاری
آلیاژ Hastelloy B-2 باید در حالت بازپخت ماشینکاری شود و درک روشنی از سخت شدن کاری آن باید اتخاذ شود. به عنوان مثال، در مقایسه با فولاد زنگ نزن آستنیتی استاندارد، باید از سرعت برش سطحی آهسته‌تر استفاده شود و از لایه سخت شده روی سطح استفاده شود. مقدار تغذیه بزرگتر و نگه داشتن ابزار در شرایط کار مداوم.

فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت آلیاژ Hastelloy B-2 به دلیل رسوب آسان فاز که مستعد خوردگی بین دانه‌ای است، مولیبدن ضعیف است. بنابراین فرآیند جوشکاری آلیاژ Hastelloy B-2 باید به دقت فرموله شده و به شدت کنترل شود. فرآیند کلی جوشکاری به شرح زیر است: ماده جوشکاری ERNiMo-7 است. روش جوش GTAW است. دمای بین لایه کنترل می شود تا بیش از 120 درجه نباشد. قطر سیم جوش φ2.4، φ3.2 است. جریان جوش 90 تا 150 آمپر است. ضمناً قبل از جوشکاری باید سیم جوش، شیار قطعات جوش داده شده و قطعات مجاور آن را ضد عفونی و چربی زدایی کرد.

هدایت حرارتی آلیاژ Hastelloy B-2 بسیار کمتر از فولاد است. اگر یک شیار V شکل منفرد انتخاب شده باشد، زاویه شیار باید حدود 70 درجه باشد و باید از ورودی گرمای کمتری استفاده شود.

عملیات حرارتی پس از جوش می تواند تنش باقیمانده را از بین ببرد و مقاومت در برابر خوردگی تنشی را بهبود بخشد.

2: Hastelloy C{1}}

1. مقاومت در برابر خوردگی

فلز Hastelloy C-276 یک آلیاژ مبتنی بر نیکل نیکل-مولیبدن-کروم-آهن- تنگستن است. این یکی از مقاوم ترین مواد فلزی مدرن در برابر خوردگی است. به طور عمده در برابر کلر مرطوب، کلریدهای اکسید کننده مختلف، محلول های نمک کلرید، اسید سولفوریک و نمک های اکسید کننده مقاوم است و در اسید هیدروکلریک با دمای پایین و متوسط ​​مقاومت به خوردگی خوبی دارد. بنابراین، در سی سال گذشته، به طور گسترده ای در محیط های خورنده خشن، مانند صنایع شیمیایی، صنایع پتروشیمی، گوگرد زدایی از گازهای دودکش، ساخت خمیر و کاغذ، حفاظت از محیط زیست و سایر زمینه های صنعتی استفاده شده است.

داده های مختلف خوردگی آلیاژ مبتنی بر نیکل Hastelloy C-27 معمولی است، اما نمی توان از آنها به عنوان مشخصات استفاده کرد، به خصوص در محیط های ناشناخته، و مواد باید پس از آزمایش انتخاب شوند. برای مقاومت در برابر خوردگی در محیط های اکسید کننده قوی، مانند اسید نیتریک غلیظ داغ، کروم کافی در آلیاژ مبتنی بر نیکل Hastelloy C-27 وجود ندارد. تولید این آلیاژ عمدتاً برای محیط های فرآیندهای شیمیایی به ویژه در حضور اسیدهای مخلوط مانند لوله تخلیه سیستم های گوگرد زدایی گازهای دودکش می باشد. جدول زیر مقایسه خوردگی چهار آلیاژ را در محیط های مختلف نشان می دهد.

وضعیت آزمون (همه نمونه های جوشکاری از جوشکاری قوس تنگستن خودزا استفاده می کنند)

تست خوردگی مقایسه ای چهار فلز در محیط های مختلف

محیط آزمایش (جوش) نرخ خوردگی (mm/)

معمولی 316 AL-6XN Inconel625 C-276

نمونه فلزی اساسی نمونه جوشکاری نمونه فلزی اساسی نمونه جوشکاری نمونه فلزی اساسی نمونه فلزی اساسی نمونه جوشکاری

20% اسید استیک 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006

45% اسید فرمیک 0.277 0.262 0.116 0.142 0.13 0.07 0.049

10% اسید اگزالیک 1.02 0.991 0.277 0.274 0.15 0.29 0.259

20% اسید فسفریک 0.177 0.155 0.007 0.006 0.001 0.001 0.0006

10% سولفامیک اسید 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.07 0.061

10% اسید سولفوریک 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.503

10% بی کربنات سدیم 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.07 0.055