Хастеллой C4 — никелевый сплав, обладающий термической стабильностью и коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Будучи одним из наиболее структурно стабильных никелевых сплавов, он сохраняет свои свойства даже после длительного воздействия высоких температур, что делает его незаменимым для химической обработки.
В этой статье представлен подробный обзор химического состава, физических и механических свойств, коррозионной стойкости и применения Hastelloy C4.
Химический состав Хастеллой C4
Hastelloy C4 — это деформируемый никелевый сплав, обеспечивающий работу в агрессивных средах. Композиция отличается низким содержанием углерода и кремния, что существенно снижает риск выделения карбидов и последующей межкристаллитной коррозии в сварных конструкциях.
Номинальный химический состав Hastelloy C4 указан в следующей таблице:
|
Состав |
Содержание (%) |
|
Никель (Ni) |
Баланс (около 65%) |
|
Хром (Cr) |
14-18 |
|
Молибден (Мо) |
14-17 |
|
Железо (Fe) |
3 максимум |
|
Кобальт (Со) |
2 макс. |
|
Титан (Ti) |
0,7 макс. |
|
Марганец (Mn) |
1 максимум |
|
Кремний (Si) |
0,08 макс. |
|
Углерод (С) |
0,015 макс. |
|
Фосфор (Р) |
0,04 макс. |
|
Сера (S) |
0,03 макс. |
Стратегическое отсутствие вольфрама отличает Hastelloy C4 от более ранних сплавов, таких как C276, а значительно уменьшенное содержание железа повышает термическую стабильность за счет сведения к минимуму вредного образования интерметаллической фазы при длительном воздействии высоких-температур.
Физические свойства Хастеллоя C4
Физические свойства Hastelloy C4, характерные для никель-хром-молибденовых сплавов:
Таблица: Физические свойства Hastelloy C4
|
Недвижимость |
Ценность |
Условия/Примечания |
|
Плотность |
8,64 г/см³ (0,312 фунта/дюйм³) |
При 20 градусах |
|
Точка плавления |
1335–1380 градусов (2435–2516 градусов по Фаренгейту) |
- |
|
Удельная теплоемкость |
408 Дж/кг·градус |
При 100 градусах |
|
Теплопроводность |
10.1 W/m·K |
При 100 градусах |
|
Коэффициент теплового расширения |
10,9 × 10⁻⁶/градус |
20-100 градусов (средний коэффициент) |
|
Электрическое сопротивление |
1,25 мкОм·см |
При 20 градусах |
|
Модуль упругости |
211 ГПа (30,8 × 10³ фунтов на квадратный дюйм) |
В напряжении, при 20 градусах |
|
Модуль жесткости |
78,6 ГПа (11,4 × 10³ фунтов на квадратный дюйм) |
При 20 градусах |
Относительно низкая теплопроводность и умеренный коэффициент теплового расширения Hastelloy C4. Высокое электрическое сопротивление способствует его хорошим сварочным характеристикам по сравнению с более проводящими материалами.
Механические свойства хастеллоя C4
Механические свойства при комнатной температуре
В отожженном состоянии Hastelloy C-4 обычно демонстрирует:
Предел прочности: 690–860 МПа (100–125 фунтов на квадратный дюйм)
Предел текучести (смещение 0,2%): больше или равно 275 МПа (больше или равно 40 тысяч фунтов на квадратный дюйм)
Удлинение: больше или равно 40% на 2 дюйма.
Уменьшение площади: примерно 50%
Твердость: менее или равна 217 HB (по Бринеллю) или менее или равна 95 HRB (по Роквеллу B).
Сплав сохраняет замечательную пластичность и вязкость даже при криогенных температурах до -196 градусов, при этом ударная вязкость по Шарпи с V-образным надрезом обычно превышает 120 Дж как при комнатной температуре, так и при -196 градусах.
Свойства при повышенных температурах
Hastelloy C4 обладает исключительной термической стабильностью, сохраняя полезные механические свойства при температуре до 1040 градусов. Сплав сохраняет хорошую пластичность и коррозионную стойкость даже после длительного-старения при температуре 650–1040 градусов.
Свойства коррозионной стойкости
Коррозионная стойкость Hastelloy C4 представляет собой его наиболее ценное качество, демонстрируя эффективность в различных агрессивных средах:
Равномерная коррозия
Hastelloy C-4 демонстрирует исключительную устойчивость к широкому спектру агрессивных сред, включая:
Горячие загрязненные минеральные кислоты (серная, соляная, фосфорная кислоты)
Органические и неорганические хлориды, сухой газообразный хлор.
Муравьиная и уксусная кислоты, уксусный ангидрид
Растворители, морская вода и соляные растворы
Сплав демонстрирует особенно хорошие характеристики в сильно окислительных средах, где он может превзойти C-276. Однако в сильно восстанавливающих средах, таких как соляная кислота, C-276 обычно проявляет лучшую устойчивость.
Локальная коррозия
Высокое содержание молибдена (14-17%) обеспечивает превосходную стойкость к точечной и щелевой коррозии в хлоридсодержащих средах. Это делает Hastelloy C-4 подходящим для применения в морской воде, солоноватой воде и химических процессах, в которых используются хлоридные катализаторы или загрязняющие вещества.
Сверх-низкое содержание углерода (менее или равно 0,015%) значительно повышает устойчивость к сенсибилизации и последующей межкристаллитной коррозии. Это важнейшее свойство сводит к минимуму образование зернограничных карбидов в зонах сварного-теплового воздействия, что позволяет использовать сплав в состоянии-сварки для большинства химических процессов без необходимости отжига на раствор после-сварки.
Исследования показали, что правильно сваренные соединения Hastelloy C4 могут демонстрировать сравнимую или даже превосходящую коррозионную стойкость к основному металлу, при этом скорость коррозии составляет всего 5,03 мм/год в стандартизированных испытаниях на межкристаллитную коррозию.
Термическая стабильность и микроструктурные характеристики
Hastelloy C4 был специально разработан для повышения термической стабильности по сравнению с более ранними никелевыми сплавами. Стратегический контроль состава сводит к минимуму образование вредных интерметаллических фаз и карбидов при длительном воздействии высоких температур.
Сплав имеет гранецентрированную кубическую (FCC) аустенитную структуру, которая остается стабильной во всем полезном температурном диапазоне. Такая микроструктурная стабильность обеспечивает стабильную работу в условиях высоких-температур, таких как системы десульфурации дымовых газов, оборудование химической обработки и предприятия по переработке ядерного топлива, где термоциклирование является обычным явлением.
Характеристики изготовления и обработки
Сварка
Hastelloy C4 обладает хорошей свариваемостью при использовании обычных методов сварки плавлением, в том числе:
Газовая вольфрамовая дуговая сварка (GTAW/TIG)
Газовая дуговая сварка металлов (GMAW/MIG)
Плазменная дуговая сварка
Дуговая сварка защитных металлов (SMAW)
Рекомендуемые практики включают в себя:
Использование присадочных металлов соответствующего состава (ERNiCrMo-7) или специальных сварочных материалов из сплава Hastelloy C-4.
Поддержание низкого тепловложения при межпроходной температуре ниже 150 градусов.
Перед сваркой убедитесь, что материал находится в отожженном состоянии.
Правильная очистка для удаления загрязнений.
Термическая обработка
Хастеллой C4 обычно поставляется в-отожженном состоянии для оптимизации коррозионной стойкости. Сплав невозможно укрепить только термической обработкой, так как он не подвергается дисперсионному твердению.
Горячая и холодная обработка
Горячая обработка: Рекомендуемый диапазон температур 1080-900 градусов с быстрым охлаждением после обработки.
Холодная обработка: требует большей мощности, чем аустенитные нержавеющие стали, из-за более высокой скорости наклепа; при сильных деформациях может потребоваться промежуточный отжиг.
