Die umfassendste Einführung in verschiedene Arten von Hastelloy-Legierungen
Hastelloy-Legierung
I. Einleitung
Hastelloy ist eine Art Nickelbasislegierung. Es ist derzeit in drei Serien unterteilt: B, C und G. Es wird hauptsächlich bei starker Korrosion verwendet, die nicht in Cr-Ni- oder Cr-Ni-Mo-Edelstahl auf Eisenbasis, nichtmetallischen Materialien usw. verwendet werden kann ist in der Erdölindustrie, der chemischen Industrie, dem Umweltschutz und vielen anderen Bereichen im Ausland weit verbreitet. Die Qualitäten und typischen Einsatzsituationen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Hastelloy-Sorten
Um die Korrosionsbeständigkeit sowie die Kalt- und Warmumformeigenschaften von Hastelloy zu verbessern, hat Hastelloy drei wesentliche Verbesserungen vorgenommen. Der Entwicklungsprozess ist wie folgt: Referenz:
B-Reihe: B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3
C-Reihe: C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → C-2000(00Cr20Mo16)
G-Reihe: G → G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu) → G-30 (00Cr30Ni48Mo7Cu)
Die derzeit am häufigsten verwendeten Materialien sind N10665 (B-2), N10276 (C-276), N06022 (C-22), N06455 (C-4) und N06985 ( G-3). Die Materialien der dritten Generation N10675 (B-3), N10629 (B-4) und N06059 (C-59) befinden sich in der Promotion-Phase. Aufgrund der Weiterentwicklung der metallurgischen Technologie sind in den letzten Jahren mehrere Marken von sogenanntem „Super-Edelstahl“ mit einem Mo-Gehalt von ca. 6 % auf den Markt gekommen, die die Legierungen der G-Serie ersetzt haben, was zu einem raschen Rückgang der Produktion und Verwendung von Legierungen der G-Serie geführt hat.
2. Typische chemische Zusammensetzung einer Hastelloy-Legierung
chemische Zusammensetzung des Materials
Ni Cr Mo Fe C Si Co Mn PSWV Cu Nb+T
N10665 (B-2) Basis Kleiner als oder gleich 1.0 26.0~30 Kleiner als oder gleich 2.{{ 10}} Kleiner als oder gleich 0.02 Kleiner als oder gleich 0.10 Kleiner als oder gleich 1,0 Kleiner als oder gleich 1,0 Weniger kleiner oder gleich 0,04 Kleiner oder gleich 0,03
N10276 (C-276) Basis 14,5~16.5 15.0~ 17.0 4.0~7.{{ 12}} Kleiner als oder gleich 0.01 Kleiner als oder gleich {{20}}.08 Kleiner als oder gleich 2,5 Kleiner als oder gleich 1.0 Kleiner als oder gleich 0,04 Kleiner als oder gleich 0.03 3.0~ 4,5 Kleiner als oder gleich 0,035
N06007 (G-3) Basis 21.0~23.5 6.0~ 8 .0 18.0~21 Kleiner als oder gleich 0.015 Kleiner als oder gleich 1.0 Kleiner als oder gleich 5. 0 Kleiner als oder gleich 1,0 Kleiner als oder gleich 0,04 Kleiner als oder gleich 0,03 Kleiner als oder gleich 1.5 1.5~2,5 Kleiner als oder gleich 0,50
3. Referenz zu den mechanischen Eigenschaften:
Die mechanischen Eigenschaften von Hastelloy sind sehr herausragend. Es zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Zähigkeit aus und ist daher schwer zu bearbeiten. Darüber hinaus ist die Neigung zur Kaltverfestigung extrem stark. Wenn die Verformungsrate 15 % erreicht, ist sie etwa 18-8 doppelt so hoch wie bei rostfreiem Stahl. Hastelloy verfügt auch über eine Sensibilisierungszone bei mittlerer Temperatur, und seine Sensibilisierungstendenz nimmt mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit zu. Bei hohen Temperaturen absorbiert Hastelloy leicht schädliche Elemente, wodurch seine mechanischen Eigenschaften und seine Korrosionsbeständigkeit abnehmen.
4. Häufig verwendete Hastelloy-Legierungen
1: Hastelloy B-2-Legierung (Hastelloy B-2-Legierung)
1. Korrosionsbeständigkeit
Die Hastelloy B-2-Legierung ist eine Ni-Mo-Legierung mit extrem niedrigem Kohlenstoff- und Siliziumgehalt. Es reduziert die Ausfällung von Karbiden und anderen Phasen in der Schweiß- und Wärmeeinflusszone und sorgt so auch unter Schweißbedingungen für eine gute Korrosionsbeständigkeit.
Wie wir alle wissen, weist die Legierung Hastelloy B-2 eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen reduzierenden Medien auf und kann Korrosion bei jeder Temperatur und Konzentration von Salzsäure unter Normaldruck standhalten. Es weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in unbelüfteter, nicht oxidierender Schwefelsäure mittlerer Konzentration, verschiedenen Konzentrationen von Phosphorsäure, Hochtemperatur-Essigsäure, Ameisensäure und anderen organischen Säuren, Bromsäure und Chlorwasserstoffgasen auf. Gleichzeitig ist es auch beständig gegen Korrosion durch Halogenkatalysatoren. Daher wird die Hastelloy B-2-Legierung normalerweise in einer Vielzahl von rauen Erdöl- und chemischen Prozessen verwendet, wie z. B. der Destillation und Konzentration von Salzsäure; die Alkylierung von Ethylbenzol und die Niederdruck-Oxosynthese von Essigsäure sowie andere Produktionsprozesse.
Bei der industriellen Anwendung der Hastelloy B-2-Legierung wurde jedoch über viele Jahre hinweg festgestellt, dass: (1) die Hastelloy B-2-Legierung zwei Sensibilisierungszonen aufweist, die einen erheblichen Einfluss auf die Beständigkeit gegen interkristallines Verhalten haben Korrosion: die Hochtemperaturzone von 1200 bis 1300 Grad und die Sensibilisierungszone von 550 Grad. ~900-Grad-Mitteltemperaturzone; (2) Aufgrund der Dendritensegregation im Schweißgut und in der Wärmeeinflusszone der Hastelloy B-2-Legierung scheiden sich intermetallische Phasen und Karbide entlang der Korngrenzen aus, wodurch sie empfindlicher gegenüber interkristalliner Korrosion werden. (3) Die Hastelloy B-2-Legierung weist eine schlechte thermische Stabilität bei mittleren Temperaturen auf. Wenn der Eisengehalt in der Hastelloy B-2-Legierung unter 2 % fällt, reagiert die Legierung empfindlich auf die Umwandlung der Beta-Phase (dh der Ni4Mo-Phase, einer geordneten intermetallischen Verbindung). Wenn die Legierung etwas länger im Temperaturbereich von 650–750 Grad bleibt, wird die Phase sofort erzeugt. Das Vorhandensein einer Phase verringert die Zähigkeit der Hastelloy B-2-Legierung, wodurch sie anfällig für Spannungskorrosion wird und sogar dazu führt, dass die Hastelloy B-2-Legierung während der Rohmaterialproduktion (z. B. beim Warmwalzen) beschädigt wird Geräteherstellungsprozess (z. B. Ausrüstung mit Hastelloy B-2-Legierung, Gesamtwärmebehandlung nach dem Schweißen) und Risse bei Geräten aus Hastelloy B-2-Legierung in der Betriebsumgebung. Heutzutage ist die von meinem Land und anderen Ländern auf der ganzen Welt festgelegte Standardtestmethode für die interkristalline Korrosionsbeständigkeit der Hastelloy B-2-Legierung die Methode mit normal unter Druck siedender Salzsäure, und die Bewertungsmethode ist die Gewichtsverlustmethode. Da es sich bei der Hastelloy B-2-Legierung um eine Legierung handelt, die gegen Salzsäurekorrosion beständig ist, ist die Methode der unter Normaldruck siedenden Salzsäure recht unempfindlich, um die interkristalline Korrosionstendenz der Hastelloy B-2-Legierung zu testen. Inländische wissenschaftliche Forschungseinrichtungen verwendeten die Hochtemperatur-Salzsäuremethode zur Untersuchung der Hastelloy B-2-Legierung und stellten fest, dass die Korrosionsbeständigkeit der Hastelloy B-2-Legierung nicht nur von ihrer chemischen Zusammensetzung, sondern auch von ihrer thermischen Zusammensetzung abhängt Verarbeitungskontrollprozess. Wenn der thermische Verarbeitungsprozess nicht ordnungsgemäß gesteuert wird, wachsen nicht nur die Körner der Hastelloy B-2-Legierung, sondern es scheidet sich auch die Phase mit hohem Mo-σ-Gehalt zwischen den Körnern aus. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Beständigkeit der Hastelloy B-2-Legierung gegenüber interkristalliner Korrosion deutlich ab. Im Hochtemperatur-Salzsäuretest unterschied sich die Korngrenzenätztiefe der grobkörnigen Platte und der normalen Platte um etwa das Doppelte.
2. Referenz zur körperlichen Leistungsfähigkeit
Die physikalischen Eigenschaften der Hastelloy B-2-Legierung sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
Dichte: 9,2 g/cm3, Schmelzpunkt: 1330–1380 Grad, magnetische Permeabilität: (Grad, RT) kleiner oder gleich 1,001
Physikalische Eigenschaften
Temperatur (Grad) Spezifische Wärme (J/kg-k) Wärmeleitfähigkeitskoeffizient (W/mk) Spezifischer Widerstand (μΩcm) Elastizitätsmodul (Gpa) Wärmeausdehnungskoeffizient von Raumtemperatur bis 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. Chemische Zusammensetzung
chemische Zusammensetzung
Element Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co PS
Mindestmarge {{0}}.4 1.6 26.0
Maximal 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0 .02 0.010
4. Mechanische Eigenschaften
Die allgemeinen mechanischen Eigenschaften der Hastelloy B-2-Legierung sind in den folgenden beiden Tabellen dargestellt
Mindestwerte der mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur (siehe DIN/ASTM-Normen)
Produktform Abmessungen (mm) {{0}},2 % Streckgrenze (Mpa) 1,0 % Streckgrenze (Mpa) Zugfestigkeit (Mpa) Dehnung A5 % Brinellhärte HB Korngröße (μm)
Kaltgewalztes Band Kleiner oder gleich 5 340 380 755 40 250 127
Warmgewalztes Blech 5~65 214
Stab 325 370 745 - -
Rohr 340 360 755 - -
ASTM-Standard 350 - 760 241 Wie oben
Mindestwerte der mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen
Produktform {{0}},2 % Streckgrenze (Mpa) Grad 1,0 % Streckgrenze (Mpa).
100 200 300 400 100 200 300 400
Vorstand 315 285 270 255 355 325 310 295
Rohr
Stab 300 275 255 240 340 315 300 285
5. Herstellung und Wärmebehandlung
1: Heizung
Bei der Legierung Hastelloy B{{0}} ist es sehr wichtig, dass die Oberfläche vor und während des Erhitzens sauber und frei von Verunreinigungen gehalten wird. Die Legierung Hastelloy B-2 wird spröde, wenn sie in einer Umgebung erhitzt wird, die Schwefel, Phosphor, Blei oder andere Metallverunreinigungen mit niedrigem Schmelzpunkt enthält. Zu den Hauptquellen dieser Verunreinigungen gehören Markierungsspuren, temperaturanzeigende Farben, Fette und Flüssigkeiten sowie Rauch. Dieses Rauchgas muss schwefelarm sein; Zum Beispiel: Der Schwefelgehalt von Erdgas und Flüssiggas überschreitet nicht 0,1 %, der Schwefelgehalt der Stadtluft überschreitet nicht 0,25 g/m3 und der Schwefelgehalt von Kraftstoff Öl mit einem Anteil von nicht mehr als 0,5 % ist qualifiziert.
Die Gasumgebung des Heizofens muss eine neutrale oder leicht reduzierende Umgebung sein und darf nicht zwischen Oxidation und Reduktion schwanken. Die Flamme im Ofen kann keinen direkten Einfluss auf die Hastelloy B-2-Legierung haben. Gleichzeitig muss das Material mit der schnellsten Heizgeschwindigkeit auf die erforderliche Temperatur erhitzt werden, was bedeutet, dass die Temperatur des Heizofens zunächst auf die erforderliche Temperatur erhöht werden muss und dann das Material zum Erhitzen in den Ofen gegeben werden muss .
2: Thermische Verarbeitung
Die Hastelloy B-2-Legierung kann im Bereich von 900–1160 Grad heiß verarbeitet werden und sollte nach der Verarbeitung mit Wasser abgeschreckt werden. Um die beste Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, sollte nach der Warmumformung ein Glühen durchgeführt werden.
3: Kaltverarbeitung
Kaltverformte Hastelloy B-2-Legierungen müssen einer Lösungsbehandlung unterzogen werden. Da es eine viel höhere Kaltverfestigungsrate aufweist als austenitischer Edelstahl, muss die Umformausrüstung sorgfältig geprüft werden. Wenn ein Kaltumformprozess durchgeführt wird, ist eine Zwischenglühung erforderlich.
Wenn die Kaltumformungsverformung 15 % übersteigt, ist vor der Verwendung eine Lösungsbehandlung erforderlich.
4: Wärmebehandlung
Die Lösungswärmebehandlungstemperatur sollte zwischen 1060 und 1080 Grad kontrolliert werden, gefolgt von einem Abschrecken mit Wasserkühlung oder einer schnellen Luftkühlung, wenn die Materialdicke über 1,5 mm liegt, um die beste Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Bei jedem Heizvorgang müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um die Oberfläche des Materials zu reinigen. Bei der Wärmebehandlung von Hastelloy-Materialien oder Ausrüstungsteilen sollten die folgenden Punkte beachtet werden: Um eine Verformung der Ausrüstungsteile durch die Wärmebehandlung zu verhindern, sollten Verstärkungsringe aus rostfreiem Stahl verwendet werden. Die Beladungstemperatur des Ofens sowie die Heiz- und Abkühlzeit sollten streng kontrolliert werden. Vor dem Beladen des Ofens wird eine Wärmebehandlung der Teile durchgeführt, um das Auftreten von thermischen Rissen zu verhindern. nach der Wärmebehandlung bestehen die wärmebehandelten Teile zu 100 % aus PT; Treten bei der Wärmebehandlung thermische Risse auf, die nach dem Polieren und Entfernen repariert werden müssen, muss ein spezielles Reparaturschweißverfahren eingesetzt werden.
5: Entkalken
Die Oxide auf der Oberfläche der Hastelloy B-2-Legierung und die Flecken in der Nähe der Schweißnähte müssen mit feinen Schleifscheiben wegpoliert werden.
Da die Legierung Hastelloy B-2 relativ empfindlich gegenüber oxidierenden Medien ist, entstehen beim Beizprozess mehr stickstoffhaltige Gase.
6: Bearbeitung
Die Hastelloy B-2-Legierung muss im geglühten Zustand bearbeitet werden, und es muss ein klares Verständnis ihrer Kaltverfestigung vermittelt werden. Im Vergleich zu standardmäßigem austenitischem Edelstahl muss beispielsweise eine langsamere Oberflächenschnittgeschwindigkeit verwendet werden und die gehärtete Schicht auf der Oberfläche muss verwendet werden. Größere Vorschubmenge und Aufrechterhaltung des kontinuierlichen Betriebszustands des Werkzeugs.
Das Schweißgut und die Wärmeeinflusszone der Hastelloy B-2-Legierung sind Mo-arm, da sich leicht Phasen ausscheiden, die zu interkristalliner Korrosion neigen. Daher sollte der Schweißprozess der Hastelloy B-2-Legierung sorgfältig formuliert und streng kontrolliert werden. Der allgemeine Schweißprozess ist wie folgt: Das Schweißmaterial ist ERNiMo-7; das Schweißverfahren ist GTAW; die Zwischenschichttemperatur wird auf nicht mehr als 120 Grad kontrolliert; der Schweißdrahtdurchmesser beträgt φ2,4, φ3,2; Der Schweißstrom beträgt 90~150A. Gleichzeitig sollten vor dem Schweißen der Schweißdraht, die Nut der geschweißten Teile und angrenzende Teile dekontaminiert und entfettet werden.
Die Wärmeleitfähigkeit der Legierung Hastelloy B-2 ist viel geringer als die von Stahl. Wenn eine einzelne V-förmige Nut ausgewählt wird, sollte der Nutwinkel etwa 70 Grad betragen und eine geringere Wärmezufuhr verwendet werden.
Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann Restspannungen beseitigen und die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion verbessern.
2: Hastelloy C-276
1. Korrosionsbeständigkeit
Hastelloy C-276-Metall ist eine Legierung auf Nickel-Molybdän-Chrom-Eisen-Wolfram-Nickelbasis. Es ist eines der korrosionsbeständigsten modernen Metallmaterialien. Hauptsächlich beständig gegen nasses Chlor, verschiedene oxidierende Chloride, Chloridsalzlösungen, Schwefelsäure und oxidierende Salze und weist eine gute Korrosionsbeständigkeit in Salzsäure bei niedrigen und mittleren Temperaturen auf. Daher wurde es in den letzten dreißig Jahren häufig in rauen korrosiven Umgebungen eingesetzt, beispielsweise in der chemischen Industrie, der petrochemischen Industrie, der Rauchgasentschwefelung, der Zellstoff- und Papierherstellung, dem Umweltschutz und anderen Industriebereichen.
Die verschiedenen Korrosionsdaten der Nickelbasislegierung Hastelloy C-27 sind typisch, können jedoch nicht als Spezifikationen verwendet werden, insbesondere in unbekannten Umgebungen, und die Materialien müssen nach Tests ausgewählt werden. Die Legierung auf Nickelbasis Hastelloy C-27 enthält nicht genügend Cr, um Korrosion in stark oxidierenden Umgebungen wie heißer konzentrierter Salpetersäure zu widerstehen. Die Herstellung dieser Legierung erfolgt hauptsächlich für chemische Prozessumgebungen, insbesondere in Gegenwart gemischter Säuren, wie beispielsweise das Abflussrohr von Rauchgasentschwefelungsanlagen. Die folgende Tabelle zeigt den Korrosionsvergleich von vier Legierungen in verschiedenen Umgebungen.
Testsituation. (Alle Schweißproben verwenden autogenes Wolfram-Lichtbogenschweißen.)
Vergleichender Korrosionstest von vier Metallen in verschiedenen Umgebungen
Testumgebung (Sieden) Korrosionsrate (mm/)
Typischerweise 316 AL-6XN Inconel625 C-276
Basismetallprobe Schweißprobe Basismetallprobe Schweißprobe Basismetallprobe Basismetallprobe Schweißprobe
20 % Essigsäure 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006
45 % Ameisensäure 0.277 0.262 0.116 0.142 0.13 0.07 0.049
10 % Oxalsäure 1.02 0.991 0.277 0.274 0.15 0.29 0.259
20% Phosphorsäure 0.177 0.155 0.007 0.006 0.001 0.001 0.0006
10 % Sulfaminsäure 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.07 0.061
10 % Schwefelsäure 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.503
10 % Natriumbicarbonat 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.07 0.055
