L'introduction la plus complète aux différentes variétés d'alliages Hastelloy
Alliage Hastelloy
Introduction
L'Hastelloy est un type d'alliage à base de nickel. Il est actuellement divisé en trois séries : B, C et G. Il est principalement utilisé pour la corrosion forte qui ne peut pas être utilisée dans l'acier inoxydable Cr-Ni ou Cr-Ni-Mo à base de fer, les matériaux non métalliques, etc. A été largement utilisé dans le pétrole, l'industrie chimique, la protection de l'environnement et de nombreux autres domaines à l'étranger. Ses qualités et situations d'utilisation typiques sont présentées dans le tableau ci-dessous.
Nuances d'Hastelloy
Afin d'améliorer la résistance à la corrosion et les propriétés de travail à froid et à chaud de l'Hastelloy, Hastelloy a apporté trois améliorations majeures. Le processus de développement est le suivant : Référence :
Série B : B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3
Série C : C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → C-2000(00Cr20Mo16)
Série G : G → G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu) → G-30 (00Cr30Ni48Mo7Cu)
Les matériaux les plus utilisés actuellement sont le N10665 (B-2), le N10276 (C-276), le N06022 (C-22), le N06455 (C-4) et le N06985 ( G-3). Les matériaux de troisième génération N10675 (B-3), N10629 (B-4) et N06059 (C-59) sont en phase de promotion. En raison des progrès de la technologie métallurgique, plusieurs marques de « super acier inoxydable » contenant environ 6 % de Mo sont apparues ces dernières années, remplaçant les alliages de la série G, provoquant un déclin rapide de la production et de l'utilisation des alliages de la série G.
2. Composition chimique typique de l'alliage Hastelloy
composition chimique du matériau
Ni Cr Mo Fe C Si Co Mn PSWV Cu Nb+T
N10665 (B-2) Base Inférieur ou égal à 1.0 26.0~30 Inférieur ou égal à 2.{{ 10}} Inférieur ou égal à 0.02 Inférieur ou égal à 0.10 Inférieur ou égal à 1,0 Inférieur ou égal à 1,0 Moins inférieur ou égal à 0,04 Inférieur ou égal à 0,03
N10276 (C-276) Base 14,5~16.5 15.0~ 17.0 4.0~7.{{ 12}} Inférieur ou égal à 0.01 Inférieur ou égal à {{20}}.08 Inférieur ou égal à 2,5 Inférieur à ou égal à 1.0 Inférieur ou égal à 0,04 Inférieur ou égal à 0.03 3.0~ 4,5 Inférieur ou égal à 0,035
N06007 (G-3) Base 21.0~23.5 6.0~ 8 .0 18.0~21 Inférieur ou égal à 0.015 Inférieur ou égal à 1.0 Inférieur ou égal à 5. 0 Inférieur ou égal à 1,0 Inférieur ou égal à 0,04 Inférieur ou égal à 0,03 Inférieur ou égal à 1.5 1.5~2,5 Inférieur ou égal à 0,50
3. Référence des propriétés mécaniques :
Les propriétés mécaniques de l'Hastelloy sont très remarquables. Il présente les caractéristiques d’une résistance élevée et d’une ténacité élevée, il est donc difficile à usiner. De plus, sa tendance à l’écrouissage est extrêmement forte. Lorsque le taux de déformation atteint 15 %, il est environ 18-8 deux fois supérieur à celui de l'acier inoxydable. L'Hastelloy possède également une zone de sensibilisation à température moyenne et sa tendance à la sensibilisation augmente avec l'augmentation du taux de déformation. Lorsque la température est élevée, l’Hastelloy absorbe facilement les éléments nocifs, entraînant une diminution de ses propriétés mécaniques et de sa résistance à la corrosion.
4. Alliages Hastelloy couramment utilisés
1 : alliage Hastelloy B-2 (alliage Hastelloy B-2)
1. Résistance à la corrosion
L'alliage Hastelloy B-2 est un alliage Ni-Mo à teneur extrêmement faible en carbone et en silicium. Il réduit la précipitation des carbures et d'autres phases dans la zone de soudure et affectée par la chaleur, garantissant ainsi que même dans des conditions de soudage, il présente également une bonne résistance à la corrosion.
Comme nous le savons tous, l'alliage Hastelloy B-2 présente une excellente résistance à la corrosion dans divers milieux réducteurs et peut résister à la corrosion à n'importe quelle température et concentration d'acide chlorhydrique sous pression normale. Il présente une excellente résistance à la corrosion dans l'acide sulfurique non aéré à concentration moyenne, diverses concentrations d'acide phosphorique, d'acide acétique à haute température, d'acide formique et d'autres acides organiques, d'acide bromique et de gaz de chlorure d'hydrogène. Dans le même temps, il résiste également à la corrosion causée par les catalyseurs halogènes. Par conséquent, l'alliage Hastelloy B-2 est généralement utilisé dans une variété de procédés pétroliers et chimiques difficiles, tels que la distillation et la concentration d'acide chlorhydrique ; l'alkylation de l'éthylbenzène et la synthèse oxo à basse pression de l'acide acétique et d'autres procédés de production.
Cependant, dans l'application industrielle de l'alliage Hastelloy B-2 depuis de nombreuses années, il a été constaté que : (1) L'alliage Hastelloy B-2 présente deux zones de sensibilisation qui ont un impact considérable sur la résistance aux particules intergranulaires. corrosion : la zone à haute température de 1200~1300 degrés et la zone de sensibilisation de 550 degrés. Zone de température moyenne d'environ 900 degrés ; (2) En raison de la ségrégation des dendrites dans le métal fondu et de la zone affectée thermiquement de l'alliage Hastelloy B-2, les phases intermétalliques et les carbures précipitent le long des joints de grains, les rendant plus sensibles à la corrosion intergranulaire ; (3) L'alliage Hastelloy B-2 a une mauvaise stabilité thermique à moyenne température. Lorsque la teneur en fer de l'alliage Hastelloy B-2 descend en dessous de 2 %, l'alliage est sensible à la transformation de la phase bêta (c'est-à-dire la phase Ni4Mo, un composé intermétallique ordonné). Lorsque l'alliage reste dans la plage de température de 650 à 750 degrés pendant une période légèrement plus longue, la phase est générée instantanément. L'existence d'une phase réduit la ténacité de l'alliage Hastelloy B-2, le rendant sensible à la corrosion sous contrainte, et provoque même l'endommagement de l'alliage Hastelloy B-2 lors de la production de matières premières (comme le processus de laminage à chaud) et processus de fabrication de l'équipement (tel que le traitement thermique global après soudage de l'équipement en alliage Hastelloy B-2) et les fissures de l'équipement en alliage Hastelloy B-2 dans l'environnement de service. De nos jours, la méthode de test standard désignée par mon pays et d'autres pays du monde pour la résistance à la corrosion intergranulaire de l'alliage Hastelloy B-2 est la méthode de l'acide chlorhydrique bouillant sous pression normale, et la méthode d'évaluation est la méthode de perte de poids. Étant donné que l'alliage Hastelloy B-2 est un alliage résistant à la corrosion par l'acide chlorhydrique, la méthode d'ébullition à pression normale de l'acide chlorhydrique est assez insensible pour tester la tendance à la corrosion intergranulaire de l'alliage Hastelloy B-2. Les instituts de recherche scientifiques nationaux ont utilisé la méthode de l'acide chlorhydrique à haute température pour étudier l'alliage Hastelloy B-2 et ont découvert que la résistance à la corrosion de l'alliage Hastelloy B-2 dépend non seulement de sa composition chimique, mais également de sa résistance thermique. processus de contrôle du traitement. Lorsque le processus de traitement thermique n'est pas correctement contrôlé, les grains de l'alliage Hastelloy B-2 non seulement se développent, mais la phase à haute teneur en Mo σ précipite également entre les grains. A cette époque, la résistance à la corrosion intergranulaire de l'alliage Hastelloy B-2 diminue considérablement. , lors de l'essai à l'acide chlorhydrique à haute température, la profondeur de gravure des limites de grains de la plaque à gros grains et de la plaque normale différait d'environ deux fois.
2. Référence de performance physique
Les propriétés physiques de l'alliage Hastelloy B-2 sont présentées dans le tableau ci-dessous.
Densité : 9,2 g/cm3, point de fusion : 1330 ~ 1380 degrés, perméabilité magnétique : (degré, RT) inférieure ou égale à 1,001
Propriétés physiques
Température (degré) Chaleur spécifique (J/kg-k) Coefficient de conductivité thermique (W/mk) Résistivité (μΩcm) Module d'élasticité (Gpa) Coefficient de dilatation thermique de la température ambiante à 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. Composition chimique
composition chimique
Élément Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co PS
Marge minimale {{0}}.4 1.6 26.0
Maximum 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0 .02 0.010
4. Propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques générales de l'alliage Hastelloy B-2 sont présentées dans les deux tableaux suivants
Valeurs minimales des propriétés mécaniques à température ambiante (se référer aux normes DIN/ASTM)
Forme du produit Dimensions (mm) {{0}},2% Limite d'élasticité (Mpa) 1,0% Limite d'élasticité (Mpa) Résistance à la traction (Mpa) Allongement A5 % Dureté Brinell HB Taille des grains (μm)
Bande laminée à froid Inférieur ou égal à 5 340 380 755 40 250 127
Tôle laminée à chaud 5~65 214
Tige 325 370 745 - -
Tube 340 360 755 - -
Norme ASTM 350 - 760 241 Comme ci-dessus
Valeurs minimales des propriétés mécaniques à haute température
Forme du produit {{0}},2 % de degré de limite d'élasticité (Mpa) 1,0 % de degré de limite d'élasticité (Mpa)
100 200 300 400 100 200 300 400
Tableau 315 285 270 255 355 325 310 295
Tube
Tige 300 275 255 240 340 315 300 285
5. Fabrication et traitement thermique
1 : Chauffage
Pour l'alliage Hastelloy B{{0}}, il est très important que la surface soit maintenue propre et exempte de contaminants avant et pendant le chauffage. L'alliage Hastelloy B-2 deviendra cassant s'il est chauffé dans un environnement contenant du soufre, du phosphore, du plomb ou d'autres contaminants métalliques à bas point de fusion. Les principales sources de ces contaminants comprennent les marques de marquage, la peinture indiquant la température, la graisse et les liquides, ainsi que la fumée. Ces fumées doivent contenir peu de soufre ; par exemple : la teneur en soufre du gaz naturel et du gaz de pétrole liquéfié ne dépasse pas 0,1 %, la teneur en soufre de l'air urbain ne dépasse pas 0,25 g/m3 et la teneur en soufre du carburant l'huile ne dépasse pas 0,5% est qualifiée.
L'environnement gazeux du four de chauffage doit être un environnement neutre ou un environnement légèrement réducteur, et il ne peut pas fluctuer entre oxydant et réducteur. La flamme dans le four ne peut pas avoir d'impact direct sur l'alliage Hastelloy B-2. Dans le même temps, le matériau doit être chauffé à la température requise à la vitesse de chauffage la plus rapide, ce qui signifie que la température du four de chauffage doit d'abord être augmentée à la température requise, puis le matériau doit être placé dans le four pour être chauffé. .
2 : Traitement thermique
L'alliage Hastelloy B-2 peut être traité à chaud dans une plage de 900 à 1 160 degrés et doit être trempé avec de l'eau après le traitement. Afin de garantir la meilleure résistance à la corrosion, un recuit doit être effectué après un travail à chaud.
3 : Traitement à froid
L'alliage Hastelloy B-2 écroui à froid doit subir un traitement en solution. Puisqu’il a un taux d’écrouissage beaucoup plus élevé que l’acier inoxydable austénitique, l’équipement de formage doit être soigneusement étudié. Si un processus de formage à froid est effectué, un recuit intermédiaire est nécessaire.
Lorsque la déformation par travail à froid dépasse 15 %, un traitement en solution est nécessaire avant utilisation.
4 : Traitement thermique
La température du traitement thermique de la solution doit être contrôlée entre 1 060 et 1 080 degrés, suivie d'une trempe par refroidissement à l'eau ou d'un refroidissement rapide à l'air lorsque l'épaisseur du matériau est supérieure à 1,5 mm pour obtenir la meilleure résistance à la corrosion. Lors de toute opération de chauffage, des précautions doivent être prises pour nettoyer la surface du matériau. Les problèmes suivants doivent être pris en compte lors du traitement thermique des matériaux Hastelloy ou des pièces d'équipement : Afin d'éviter la déformation des pièces d'équipement par traitement thermique, des anneaux de renforcement en acier inoxydable doivent être utilisés ; la température de chargement du four, le temps de chauffage et de refroidissement doivent être strictement contrôlés ; avant de charger le four, traitement thermique pièces Un prétraitement est effectué pour éviter l'apparition de fissures thermiques ; après traitement thermique, les pièces traitées thermiquement sont 100 % PT ; Si des fissures thermiques se produisent pendant le processus de traitement thermique et doivent être réparées après avoir été polies et éliminées, un procédé de soudage de réparation spécial doit être utilisé.
5 : Détartrage
Les oxydes à la surface de l'alliage Hastelloy B-2 et les taches près des soudures doivent être polis avec des meules fines.
Étant donné que l'alliage Hastelloy B-2 est relativement sensible aux milieux oxydants, davantage de gaz contenant de l'azote seront produits pendant le processus de décapage.
6 : Usinage
L'alliage Hastelloy B-2 doit être usiné à l'état recuit et une compréhension claire de son écrouissage doit être adoptée. Par exemple, par rapport à l'acier inoxydable austénitique standard, une vitesse de coupe de surface plus lente doit être utilisée et la couche durcie sur la surface doit être utilisée. Quantité d'avance plus importante et maintien de l'outil en état de fonctionnement continu.
Le métal fondu et la zone affectée thermiquement de l'alliage Hastelloy B-2 sont pauvres en Mo en raison de la précipitation facile de la phase, qui est sujette à la corrosion intergranulaire. Par conséquent, le processus de soudage de l'alliage Hastelloy B-2 doit être soigneusement formulé et strictement contrôlé. Le procédé général de soudage est le suivant : le matériau de soudage est de l'ERNiMo-7 ; la méthode de soudage est GTAW ; la température de la couche intermédiaire est contrôlée pour ne pas dépasser 120 degrés ; le diamètre du fil de soudage est φ2,4, φ3,2 ; le courant de soudage est de 90 ~ 150A. Parallèlement, avant le soudage, le fil de soudure, la rainure des pièces soudées et les pièces adjacentes doivent être décontaminés et dégraissés.
La conductivité thermique de l'alliage Hastelloy B-2 est beaucoup plus petite que celle de l'acier. Si une seule rainure en forme de V est sélectionnée, l'angle de la rainure doit être d'environ 70 degrés et un apport de chaleur inférieur doit être utilisé.
Le traitement thermique après soudage peut éliminer les contraintes résiduelles et améliorer la résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte.
2 : Hastelloy C-276
1. Résistance à la corrosion
Le métal Hastelloy C-276 est un alliage à base de nickel nickel-molybdène-chrome-fer-tungstène. C’est l’un des matériaux métalliques modernes les plus résistants à la corrosion. Principalement résistant au chlore humide, à divers chlorures oxydants, aux solutions de sels de chlorure, à l'acide sulfurique et aux sels oxydants, et présente une bonne résistance à la corrosion dans l'acide chlorhydrique à basse et moyenne température. Par conséquent, au cours des trente dernières années, il a été largement utilisé dans des environnements corrosifs difficiles, tels que l'industrie chimique, l'industrie pétrochimique, la désulfuration des gaz de combustion, la fabrication de pâtes et papiers, la protection de l'environnement et d'autres domaines industriels.
Les différentes données de corrosion de l'alliage à base de nickel Hastelloy C-27 sont typiques, mais elles ne peuvent pas être utilisées comme spécifications, notamment dans des environnements inconnus, et les matériaux doivent être sélectionnés après tests. Il n'y a pas assez de Cr dans l'alliage à base de nickel Hastelloy C-27 pour résister à la corrosion dans des environnements fortement oxydants, tels que l'acide nitrique concentré chaud. La production de cet alliage est principalement destinée aux environnements de procédés chimiques, notamment en présence d'acides mixtes, tels que les conduites d'évacuation des systèmes de désulfuration des fumées. Le tableau suivant montre la comparaison de la corrosion de quatre alliages dans différents environnements.
situation d'essai. (Tous les échantillons de soudage adoptent le soudage à l'arc en tungstène autogène)
Test de corrosion comparatif de quatre métaux dans différents environnements
Environnement de test (ébullition) Taux de corrosion (mm/)
Typique 316 AL-6XN Inconel625 C-276
Échantillon de métal de base Échantillon de métal de base Échantillon de métal de base Échantillon de métal de base Échantillon de métal de base Échantillon de métal de base
20 % d'acide acétique 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006
45 % d'acide formique 0.277 0.262 0.116 0.142 0.13 0.07 0.049
10 % d'acide oxalique 1.02 0.991 0.277 0.274 0.15 0.29 0.259
20 % d'acide phosphorique 0.177 0.155 0.007 0.006 0.001 0.001 0.0006
10 % d'acide sulfamique 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.07 0.061
10 % d'acide sulfurique 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.503
10 % de bicarbonate de sodium 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.07 0.055
