المقدمة الأكثر شمولاً لأنواع مختلفة من سبائك Hastelloy
سبائك هاستيلوي
I. مقدمة
Hastelloy هو نوع من السبائك القائمة على النيكل. وهي مقسمة حاليًا إلى ثلاث سلاسل: B وC وG. وهي تستخدم بشكل رئيسي للتآكل القوي الذي لا يمكن استخدامه في الفولاذ المقاوم للصدأ Cr-Ni أو Cr-Ni-Mo المعتمد على الحديد، والمواد غير المعدنية، وما إلى ذلك. تم استخدامه على نطاق واسع في صناعة البترول والصناعات الكيماوية وحماية البيئة والعديد من المجالات الأخرى في الخارج. يتم عرض درجاتها وحالات الاستخدام النموذجية في الجدول أدناه.
درجات هاستيلوي
من أجل تحسين مقاومة التآكل وخصائص العمل الباردة والساخنة لـ Hastelloy، قامت Hastelloy بإجراء ثلاثة تحسينات رئيسية. عملية التطوير هي كما يلي: المرجع:
السلسلة B: B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3
السلسلة C: C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → ج-2000(00Cr20Mo16)
السلسلة G: G → G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu) → G-30 (00Cr30Ni48Mo7Cu)
المواد الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الوقت الحاضر هي N10665 (B-2)، N10276 (C-276)، N06022 (C-22)، N06455 (C-4) وN06985 ( ز-3). مواد الجيل الثالث N10675 (B-3)، N10629 (B-4)، وN06059 (C-59) في مرحلة الترويج. نظرًا لتقدم تكنولوجيا المعادن، ظهرت في السنوات الأخيرة علامات تجارية متعددة لما يسمى "الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق" الذي يحتوي على 6% من Mo، لتحل محل سبائك السلسلة G، مما تسبب في انخفاض سريع في إنتاج واستخدام سبائك السلسلة G.
2. التركيب الكيميائي النموذجي لسبائك Hastelloy
التركيب الكيميائي للمادة
Ni Cr Mo Fe C Si Co Mn PSWV Cu Nb+T
N10665 (B-2) القاعدة أقل من أو يساوي 1.0 26.0~30 أقل من أو يساوي 2.{{ 10}} أقل من أو يساوي 0.02 أقل من أو يساوي 0.10 أقل من أو يساوي 1.0 أقل من أو يساوي 1.0 أقل من أو يساوي 0.04 أقل من أو يساوي 0.03
N10276 (C-276) القاعدة 14.5~16.5 15.0~ 17.0 4.0~7.{{ 12}} أقل من أو يساوي 0.01 أقل من أو يساوي {{20}}.08 أقل من أو يساوي 2.5 أقل من أو يساوي 1.0 أقل من أو يساوي 0.04 أقل من أو يساوي 0.03 3.0~ 4.5 أقل من أو يساوي 0.035
N06007 (G-3) القاعدة 21.0~23.5 6.0~ 8 .0 18.0~21 أقل من أو يساوي 0.015 أقل من أو يساوي 1.0 أقل من أو يساوي 5. 0 أقل من أو يساوي 1.0 أقل من أو يساوي 0.04 أقل من أو يساوي 0.03 أقل من أو يساوي 1.5 1.5~2.5 أقل من أو يساوي 0.50
3. مرجع الخواص الميكانيكية:
الخواص الميكانيكية لـ Hastelloy رائعة جدًا. تتميز بخصائص القوة العالية والمتانة العالية، لذلك من الصعب تصنيعها. علاوة على ذلك، فإن ميلها إلى تصلب الإجهاد قوي للغاية. عندما يصل معدل التشوه إلى 15%، فهو حوالي 18-8 ضعف معدل التشوه في الفولاذ المقاوم للصدأ. يوجد في Hastelloy أيضًا منطقة حساسية متوسطة الحرارة، ويزداد ميلها للحساسية مع زيادة معدل التشوه. عندما تكون درجة الحرارة مرتفعة، يمتص Hastelloy العناصر الضارة بسهولة، مما يؤدي إلى انخفاض خصائصه الميكانيكية ومقاومته للتآكل.
4. سبائك Hastelloy شائعة الاستخدام
1: سبيكة Hastelloy B-2 (سبائك Hastelloy B-2)
1. مقاومة التآكل
سبيكة Hastelloy B-2 هي سبيكة Ni-Mo ذات محتوى منخفض للغاية من الكربون والسيليكون. إنه يقلل من ترسيب الكربيدات والأطوار الأخرى في منطقة اللحام والمتأثرة بالحرارة، وبالتالي يضمن أنه حتى في ظل ظروف اللحام يتمتع أيضًا بمقاومة جيدة للتآكل.
كما نعلم جميعًا، تتمتع سبيكة Hastelloy B-2 بمقاومة ممتازة للتآكل في وسائط الاختزال المختلفة ويمكنها مقاومة التآكل عند أي درجة حرارة وتركيز حمض الهيدروكلوريك تحت الضغط العادي. يتميز بمقاومة ممتازة للتآكل في حامض الكبريتيك غير المؤكسد متوسط التركيز غير الهوائي، وتركيزات مختلفة من حامض الفوسفوريك، وحمض الأسيتيك عالي الحرارة، وحمض الفورميك والأحماض العضوية الأخرى، وحمض البروميك وغازات كلوريد الهيدروجين. وفي الوقت نفسه، فهو أيضًا مقاوم للتآكل بواسطة محفزات الهالوجين. لذلك، يتم استخدام سبيكة Hastelloy B-2 عادة في مجموعة متنوعة من العمليات البترولية والكيميائية القاسية، مثل التقطير وتركيز حمض الهيدروكلوريك؛ ألكلة إيثيل بنزين وتخليق أوكسو منخفض الضغط لحمض الأسيتيك وعمليات الإنتاج الأخرى.
ومع ذلك، في التطبيق الصناعي لسبائك Hastelloy B-2 لسنوات عديدة، وجد أن: (1) سبيكة Hastelloy B-2 لها منطقتي حساسية لهما تأثير كبير على مقاومة الحبيبات التآكل: منطقة درجة الحرارة المرتفعة من 1200 إلى 1300 درجة ومنطقة التحسس 550 درجة. ~ 900 درجة منطقة درجة الحرارة المتوسطة. (2) بسبب فصل التشعبات في معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة من سبيكة Hastelloy B-2، تترسب المراحل بين المعدنية والكربيدات على طول حدود الحبوب، مما يجعلها أكثر حساسية للتآكل بين الحبيبات؛ (3) تتميز سبيكة Hastelloy B-2 بثبات حراري ضعيف في درجات الحرارة المتوسطة. عندما ينخفض محتوى الحديد في سبيكة Hastelloy B-2 إلى أقل من 2%، تكون السبيكة حساسة لتحول طور بيتا (أي طور Ni4Mo، مركب بين فلزات مرتب). عندما تبقى السبيكة في نطاق درجة الحرارة من 650 إلى 750 درجة لفترة أطول قليلاً، يتم إنشاء الطور على الفور. يؤدي وجود الطور إلى تقليل صلابة سبيكة Hastelloy B-2، مما يجعلها حساسة للتآكل الناتج عن الإجهاد، بل ويتسبب في تلف سبيكة Hastelloy B-2 أثناء إنتاج المواد الخام (مثل عملية الدرفلة على الساخن) و عملية تصنيع المعدات (مثل معدات سبائك Hastelloy B-2 المعالجة الحرارية الشاملة بعد اللحام) وشقوق معدات سبائك Hastelloy B-2 في بيئة الخدمة. في الوقت الحاضر، طريقة الاختبار القياسية المعينة من قبل بلدي ودول أخرى حول العالم لمقاومة التآكل بين الحبيبات لسبائك Hastelloy B-2 هي طريقة غليان حمض الهيدروكلوريك بالضغط الطبيعي، وطريقة التقييم هي طريقة فقدان الوزن. نظرًا لأن سبيكة Hastelloy B-2 عبارة عن سبيكة مقاومة للتآكل بحمض الهيدروكلوريك، فإن طريقة غليان حمض الهيدروكلوريك بالضغط الطبيعي غير حساسة تمامًا لاختبار ميل التآكل الحبيبي لسبائك Hastelloy B-2. استخدمت مؤسسات البحث العلمي المحلية طريقة حمض الهيدروكلوريك ذو درجة الحرارة العالية لدراسة سبيكة Hastelloy B-2 ووجدت أن مقاومة التآكل لسبائك Hastelloy B-2 لا تعتمد فقط على تركيبها الكيميائي، ولكنها تعتمد أيضًا على تركيبتها الحرارية. عملية التحكم في المعالجة. عندما يتم التحكم في عملية المعالجة الحرارية بشكل غير صحيح، فإن حبيبات سبيكة Hastelloy B-2 لا تنمو فقط، بل تترسب أيضًا مرحلة Mo σ العالية بين الحبوب. في هذا الوقت، تنخفض مقاومة التآكل الحبيبي لسبيكة Hastelloy B-2 بشكل ملحوظ. ، في اختبار حمض الهيدروكلوريك ذو درجة الحرارة العالية، اختلف عمق حفر حدود الحبوب للوحة الخشنة الحبيبات واللوحة العادية بمقدار الضعف تقريبًا.
2. مرجع الأداء البدني
الخصائص الفيزيائية لسبيكة Hastelloy B-2 موضحة في الجدول أدناه.
الكثافة: 9.2 جم/سم 3، نقطة الانصهار: 1330 ~ 1380 درجة، النفاذية المغناطيسية: (درجة، RT) أقل من أو تساوي 1.001
الخصائص الفيزيائية
درجة الحرارة (درجة) الحرارة النوعية (J/kg-k) معامل التوصيل الحراري (W/mk) المقاومة (μΩcm) معامل المرونة (Gpa) معامل التمدد الحراري من درجة حرارة الغرفة إلى 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. التركيب الكيميائي
التركيب الكيميائي
العنصر Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co PS
الحد الأدنى للهامش {{0}}.4 1.6 26.0
الحد الأقصى 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0 .02 0.010
4. الخواص الميكانيكية
يتم عرض الخواص الميكانيكية العامة لسبيكة Hastelloy B-2 في الجدولين التاليين
الحد الأدنى لقيم الخصائص الميكانيكية في درجة حرارة الغرفة (راجع معايير DIN/ASTM)
شكل المنتج الأبعاد (مم) {{0}}.2% قوة الخضوع (Mpa) 1.0% قوة الخضوع (Mpa) قوة الشد (Mpa) الاستطالة A5 % صلابة برينل HB حجم الحبوب (ميكرومتر)
شريط مدلفن على البارد أقل من أو يساوي 5 340 380 755 40 250 127
لوحة مدرفلة على الساخن 5~65 214
القضيب 325 370 745 - -
الأنبوب 340 360 755 - -
ASTM Standard 350 - 760 241 نفس ما هو مذكور أعلاه
الحد الأدنى من قيم الخصائص الميكانيكية في درجات حرارة عالية
شكل المنتج {{0}}.2% درجة قوة الخضوع (Mpa) 1.0% درجة قوة الخضوع (Mpa)
100 200 300 400 100 200 300 400
اللوحة 315 285 270 255 355 325 310 295
أنبوب
القضيب 300 275 255 240 340 315 300 285
5. التصنيع والمعالجة الحرارية
1: التدفئة
بالنسبة لسبائك Hastelloy B{{0}}، من المهم جدًا أن يظل السطح نظيفًا وخاليًا من الملوثات قبل وأثناء التسخين. ستصبح سبيكة Hastelloy B-2 هشة إذا تم تسخينها في بيئة تحتوي على الكبريت أو الفوسفور أو الرصاص أو غيرها من الملوثات المعدنية ذات نقطة الانصهار المنخفضة. وتشمل المصادر الرئيسية لهذه الملوثات علامات التحديد، ودرجة الحرارة التي تشير إلى الطلاء، والشحوم والسوائل، والدخان. يجب أن يحتوي غاز المداخن هذا على نسبة منخفضة من الكبريت؛ على سبيل المثال: لا يتجاوز محتوى الكبريت في الغاز الطبيعي وغاز البترول المسال 0.1%، ولا يتجاوز محتوى الكبريت في الهواء الحضري 0.25 جم/م3، ومحتوى الكبريت في الوقود النفط لا يتجاوز 0.5% مؤهل.
يجب أن تكون البيئة الغازية لفرن التسخين بيئة محايدة أو بيئة مخفضة قليلاً، ولا يمكن أن تتقلب بين الأكسدة والاختزال. لا يمكن للهب الموجود في الفرن أن يؤثر بشكل مباشر على سبيكة Hastelloy B-2. وفي الوقت نفسه، يجب تسخين المادة إلى درجة الحرارة المطلوبة بأسرع سرعة تسخين، مما يعني أنه يجب أولاً رفع درجة حرارة فرن التسخين إلى درجة الحرارة المطلوبة، ومن ثم يجب وضع المادة في الفرن للتسخين. .
2: المعالجة الحرارية
يمكن معالجة سبيكة Hastelloy B-2 على الساخن في نطاق من 900 إلى 1160 درجة، ويجب إخمادها بالماء بعد المعالجة. من أجل ضمان أفضل مقاومة للتآكل، يجب إجراء التلدين بعد العمل الساخن.
3: المعالجة الباردة
يجب أن تخضع سبيكة Hastelloy B-2 المعالجة على البارد إلى معالجة بالمحلول. نظرًا لأنه يتمتع بمعدل تصلب عمل أعلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، فيجب أن يتم دراسة معدات التشكيل بعناية. إذا تم تنفيذ عملية التشكيل على البارد، فإن التلدين بين المراحل ضروري.
عندما يتجاوز تشوه العمل البارد 15%، فإن المعالجة بالمحلول مطلوبة قبل الاستخدام.
4: المعالجة الحرارية
يجب التحكم في درجة حرارة المعالجة الحرارية للمحلول بين 1060 و 1080 درجة، متبوعًا بالتبريد بالماء أو التبريد السريع بالهواء عندما يكون سمك المادة أعلى من 1.5 مم للحصول على أفضل مقاومة للتآكل. أثناء أي عملية تسخين، يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتنظيف سطح المادة. يجب الانتباه إلى المشكلات التالية عند المعالجة الحرارية لمواد Hastelloy أو أجزاء المعدات: من أجل منع تشوه أجزاء المعدات أثناء المعالجة الحرارية، يجب استخدام حلقات تقوية من الفولاذ المقاوم للصدأ؛ يجب التحكم بشكل صارم في درجة حرارة تحميل الفرن ووقت التسخين والتبريد؛ قبل تحميل الفرن، تتم المعالجة الحرارية لأجزاء المعالجة المسبقة لمنع حدوث الشقوق الحرارية؛ بعد المعالجة الحرارية، تكون الأجزاء المعالجة بالحرارة 100% PT؛ إذا حدثت شقوق حرارية أثناء عملية المعالجة الحرارية وتحتاج إلى إصلاح بعد صقلها وإزالتها، فيجب استخدام عملية لحام إصلاح خاصة.
5: إزالة الترسبات
يجب صقل الأكاسيد الموجودة على سطح سبيكة Hastelloy B-2 والبقع القريبة من اللحامات باستخدام عجلات الطحن الدقيقة.
نظرًا لأن سبيكة Hastelloy B-2 حساسة نسبيًا للوسائط المؤكسدة، فسيتم إنتاج المزيد من الغازات المحتوية على النيتروجين أثناء عملية التخليل.
6: بالقطع
يجب أن يتم تصنيع سبيكة Hastelloy B-2 في حالة التلدين، كما يجب اعتماد فهم واضح لعملية تصلب عملها. على سبيل المثال، بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي القياسي، يجب استخدام سرعة قطع سطح أبطأ، ويجب استخدام الطبقة الصلبة على السطح. كمية تغذية أكبر والحفاظ على الأداة في حالة عمل مستمرة.
يعتبر معدن اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة في سبيكة Hastelloy B-2 فقيرة بالرطوبة بسبب سهولة ترسيب الطور، والذي يكون عرضة للتآكل بين الحبيبات. ولذلك، فإن عملية اللحام لسبائك Hastelloy B-2 يجب أن تتم صياغتها بعناية ومراقبة صارمة. عملية اللحام العامة هي كما يلي: مادة اللحام هي ERNiMo-7؛ طريقة اللحام هي GTAW؛ يتم التحكم في درجة حرارة الطبقة البينية بحيث لا تزيد عن 120 درجة؛ قطر سلك اللحام هو φ2.4، φ3.2؛ تيار اللحام هو 90 ~ 150A. في الوقت نفسه، قبل اللحام، يجب تطهير وإزالة الشحوم من سلك اللحام وأخدود الأجزاء الملحومة والأجزاء المجاورة.
تعتبر الموصلية الحرارية لسبيكة Hastelloy B-2 أصغر بكثير من تلك الخاصة بالفولاذ. إذا تم اختيار أخدود واحد على شكل حرف V، فيجب أن تكون زاوية الأخدود حوالي 70 درجة، ويجب استخدام مدخل حرارة أقل.
يمكن للمعالجة الحرارية بعد اللحام التخلص من الإجهاد المتبقي وتحسين مقاومة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.
2: هاستيلوي سي-276
1. مقاومة التآكل
معدن Hastelloy C-276 عبارة عن سبيكة أساسها النيكل والموليبدينوم والكروم والحديد والتنغستن. إنها واحدة من أكثر المواد المعدنية الحديثة مقاومة للتآكل. مقاوم بشكل أساسي للكلور الرطب، والكلوريدات المؤكسدة المختلفة، ومحاليل ملح الكلوريد، وحامض الكبريتيك والأملاح المؤكسدة، وله مقاومة جيدة للتآكل في حمض الهيدروكلوريك ذو درجة الحرارة المنخفضة والمتوسطة. لذلك، في الثلاثين عامًا الماضية، تم استخدامه على نطاق واسع في البيئات القاسية المسببة للتآكل، مثل الصناعة الكيميائية، وصناعة البتروكيماويات، وإزالة الكبريت من غاز المداخن، وصناعة اللب والورق، وحماية البيئة والمجالات الصناعية الأخرى.
تعد بيانات التآكل المتنوعة للسبائك المعتمدة على النيكل Hastelloy C-27 نموذجية، ولكن لا يمكن استخدامها كمواصفات، خاصة في البيئات غير المعروفة، ويجب تحديد المواد بعد الاختبار. لا يوجد ما يكفي من الكروم في سبائك النيكل Hastelloy C-27 لمقاومة التآكل في البيئات المؤكسدة القوية، مثل حمض النيتريك المركز الساخن. يتم إنتاج هذه السبائك بشكل أساسي لبيئات العمليات الكيميائية، خاصة في وجود الأحماض المختلطة، مثل أنبوب التفريغ لأنظمة إزالة الكبريت من غاز المداخن. يوضح الجدول التالي مقارنة التآكل لأربعة سبائك في بيئات مختلفة.
حالة الاختبار. (جميع عينات اللحام تعتمد لحام قوس التنغستن الذاتي)
اختبار التآكل المقارن لأربعة معادن في بيئات مختلفة
بيئة الاختبار (الغليان) معدل التآكل (مم/)
نموذجي 316 AL-6XN Inconel625 C-276
عينة معدنية أساسية عينة لحام عينة معدنية أساسية عينة لحام عينة معدنية أساسية عينة معدنية أساسية عينة لحام
20% حمض الأسيتيك 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006
45% حمض الفورميك 0.277 0.262 0.116 0.142 0.13 0.07 0.049
10% حمض الأكساليك 1.02 0.991 0.277 0.274 0.15 0.29 0.259
20% حمض الفوسفوريك 0.177 0.155 0.007 0.006 0.001 0.001 0.0006
10% حمض السلفاميك 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.07 0.061
10% حمض الكبريتيك 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.503
10% بيكربونات الصوديوم 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.07 0.055
