هاستلوی C4 یک آلیاژ نیکل است که دارای پایداری حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی در محیط های تهاجمی است. به عنوان یکی از پایدارترین آلیاژهای نیکل از نظر ساختاری، خواص خود را حتی پس از قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا حفظ می کند و آن را برای کاربردهای فرآوری شیمیایی ارزشمند می کند.
این مقاله یک مرور کلی از ترکیب شیمیایی Hastelloy C4، خواص فیزیکی و مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی و کاربردها را معرفی میکند.
ترکیب شیمیایی Hastelloy C4
Hastelloy C4 یک آلیاژ نیکل فرفورژه برای ارائه عملکرد در محیط های خورنده است. این ترکیب با محتوای کم کربن و سیلیکون آن مشخص می شود که به طور قابل توجهی خطر رسوب کاربید و متعاقب آن خوردگی بین دانه ای در سازه های جوش داده شده را کاهش می دهد.
ترکیب شیمیایی اسمی Hastelloy C4 در جدول زیر نشان داده شده است:
|
ترکیب |
محتوا (%) |
|
نیکل (Ni) |
موجودی (تقریباً 65%) |
|
کروم (کروم) |
14-18 |
|
مولیبدن (Mo) |
14-17 |
|
آهن (آهن) |
3 حداکثر |
|
کبالت (شرکت) |
2 حداکثر |
|
تیتانیوم (Ti) |
حداکثر 0.7 |
|
منگنز (Mn) |
1 حداکثر |
|
سیلیکون (Si) |
حداکثر 0.08 |
|
کربن (C) |
حداکثر 0.015 |
|
فسفر (P) |
حداکثر 0.04 |
|
گوگرد (S) |
حداکثر 0.03 |
حذف استراتژیک تنگستن، Hastelloy C4 را از آلیاژهای قبلی مانند C276 متمایز می کند، در حالی که محتوای آهن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد، پایداری حرارتی را با به حداقل رساندن تشکیل فاز بین فلزی مضر در طول مدت طولانی قرار گرفتن در معرض دمای بالا افزایش می دهد.
ویژگی های فیزیکی Hastelloy C4
خواص فیزیکی Hastelloy C4 مشخصه آلیاژهای نیکل-کروم-مولیبدن:
جدول: خواص فیزیکی Hastelloy C4
|
اموال |
ارزش |
شرایط / یادداشت ها |
|
تراکم |
8.64 گرم بر سانتیمتر مکعب (0.312 پوند در اینچ) |
در 20 درجه |
|
نقطه ذوب |
1335-1380 درجه (2435-2516 درجه فارنهایت) |
- |
|
ظرفیت حرارتی خاص |
408 J/kg· درجه |
در 100 درجه |
|
هدایت حرارتی |
10.1 W/m·K |
در 100 درجه |
|
ضریب انبساط حرارتی |
10.9 × 10-6/ درجه |
20-100 درجه (ضریب میانگین) |
|
مقاومت الکتریکی |
1.25 μΩ· سانتی متر |
در 20 درجه |
|
مدول الاستیسیته |
211 گیگا پاسکال (30.8 × 10³ ksi) |
در کشش، در 20 درجه |
|
مدول صلبیت |
78.6 گیگا پاسکال (11.4 × 10³ ksi) |
در 20 درجه |
هدایت حرارتی نسبتا کم و ضریب انبساط حرارتی متوسط Hastelloy C4. مقاومت الکتریکی بالا به ویژگی های جوشکاری خوب آن در مقایسه با مواد رسانای بیشتر کمک می کند.
خواص مکانیکی Hastelloy C4
خواص مکانیکی دمای اتاق
در شرایط آنیل شده، Hastelloy C-4 معمولاً نشان می دهد:
مقاومت کششی: 690-860 MPa (100-125 ksi)
قدرت تسلیم (0.2% جبران): بیشتر یا مساوی 275 مگاپاسکال (بیشتر یا مساوی 40 ksi)
کشیدگی: بیشتر یا مساوی 40 درصد در 2 اینچ
کاهش مساحت: حدود 50%
سختی: کمتر یا مساوی 217 HB (برینل) یا کمتر یا مساوی 95 HRB (راکول B)
این آلیاژ انعطافپذیری و چقرمگی قابلتوجهی را حتی در دماهای برودتی تا -196 درجه حفظ میکند، با مقادیر ضربهای Charpy V-notch معمولاً بیش از 120 J در دمای اتاق و -196 درجه است.
خواص دمای بالا
Hastelloy C4 دارای پایداری حرارتی استثنایی است و خواص مکانیکی مفیدی را در دماهای تا 1040 درجه حفظ می کند. این آلیاژ انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی خوبی را حتی پس از پیری طولانی مدت در 650-1040 درجه حفظ می کند.
خواص مقاومت در برابر خوردگی
مقاومت به خوردگی Hastelloy C4 با عملکرد نشاندادهشده در محیطهای خورنده مختلف، با ارزشترین ویژگی آن را نشان میدهد:
خوردگی یکنواخت
Hastelloy C-4 مقاومت فوق العاده ای در برابر طیف وسیعی از محیط های خورنده از خود نشان می دهد، از جمله:
اسیدهای معدنی آلوده به گرم (سولفوریک، کلریدریک، اسیدهای فسفریک)
کلریدهای آلی و معدنی، گاز کلر خشک
اسیدهای فرمیک و استیک، انیدرید استیک
حلال ها، محلول های آب دریا و آب نمک
این آلیاژ عملکرد بسیار خوبی را در محیط هایی با اکسیداسیون بالا نشان می دهد، جایی که ممکن است از C-276 بهتر عمل کند. با این حال، در محیط های احیا کننده قوی مانند اسید هیدروکلریک، C-276 معمولاً مقاومت بهتری نشان می دهد.
خوردگی موضعی
محتوای بالای مولیبدن (14{1}}17%) مقاومت عالی در برابر خوردگی حفرهای و شکافی در محیطهای حاوی کلرید ایجاد میکند. این امر Hastelloy C-4 را برای کاربرد در آب دریا، آب شور و فرآیندهای شیمیایی شامل کاتالیزورهای کلرید یا آلایندهها مناسب میکند.
محتوای کربن فوق العاده کم (کمتر یا مساوی 0.015٪) به طور قابل توجهی مقاومت در برابر حساسیت و خوردگی بین دانه ای متعاقب آن را افزایش می دهد. این ویژگی حیاتی تشکیل کاربیدهای مرزی دانه را در مناطق تحت تأثیر گرمای جوش-به حداقل میرساند، و به آلیاژ اجازه میدهد تا در حالت جوششده برای اکثر برنامههای فرآیند شیمیایی بدون نیاز به بازپخت محلول پس از-جوش استفاده شود.
تحقیقات نشان داده است که اتصالات Hastelloy C4 که به درستی جوش داده شده اند می توانند مقاومت خوردگی قابل مقایسه یا حتی برتری نسبت به فلز پایه داشته باشند، با نرخ خوردگی کمتر از 5.03 میلی متر در سال در تست های خوردگی بین دانه ای استاندارد.
پایداری حرارتی و ویژگی های ریزساختاری
Hastelloy C4 به طور خاص برای افزایش پایداری حرارتی در مقایسه با آلیاژهای نیکل قبلی فرموله شده است. کنترل های ترکیب استراتژیک تشکیل فازهای بین فلزی و کاربیدهای مضر را در طول قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا به حداقل می رساند.
این آلیاژ دارای ساختار آستنیتی مکعبی مرکز-مکعب (FCC) است که در محدوده دمایی مفید خود پایدار میماند. این پایداری ریزساختاری عملکرد ثابتی را در کاربردهای{2}در دمای بالا مانند سیستمهای گوگردزدایی از گازهای دودکش، تجهیزات پردازش شیمیایی، و تأسیسات بازفرآوری سوخت هستهای که چرخه حرارتی رایج است، تضمین میکند.
ویژگی های ساخت و پردازش
جوشکاری
Hastelloy C4 دارای جوش پذیری خوبی با استفاده از تکنیک های رایج جوشکاری فیوژن است، از جمله:
جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW/TIG)
جوشکاری قوس فلزی با گاز (GMAW/MIG)
جوشکاری قوس پلاسما
جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW)
اقدامات توصیه شده عبارتند از:
استفاده از فلزات پرکننده ترکیبی منطبق (ERNiCrMo-7) یا محصولات جوشکاری اختصاصی Hastelloy C-4.
حفظ حرارت ورودی کم با دمای بینگذر زیر 150 درجه.
اطمینان از اینکه مواد در شرایط آنیل شده قبل از جوش- قرار دارند.
تمیز کردن مناسب برای حذف آلودگی ها.
عملیات حرارتی
Hastelloy C4 معمولاً در محلول-شرایط آنیلشده برای بهینهسازی مقاومت در برابر خوردگی عرضه میشود. این آلیاژ را نمی توان به تنهایی با عملیات حرارتی تقویت کرد، زیرا تحت سخت شدن رسوبی قرار نمی گیرد.
کار سرد و گرم
کار داغ: محدوده دمایی توصیه شده 1080-900 درجه با خنک کننده سریع پس از پردازش.
کار سرد: به دلیل سرعت سخت شدن کار بالاتر، به قدرت بیشتری نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی نیاز دارد. بازپخت میانی ممکن است برای تغییر شکل های شدید لازم باشد.
