Hastelloy C4 Це нікелевий сплав, має термічну стабільність і стійкість до корозії в агресивних середовищах. Будучи одним із найбільш структурно стабільних нікелевих сплавів, він зберігає свої властивості навіть після тривалого впливу високих температур, що робить його безцінним для хімічної обробки.
Ця стаття представляє вичерпний огляд хімічного складу Hastelloy C4, фізичних і механічних властивостей, стійкості до корозії та застосування.
Хімічний склад Hastelloy C4
Hastelloy C4 — це кований нікелевий сплав, який забезпечує ефективність роботи в корозійних середовищах. Композиція характеризується низьким вмістом вуглецю і кремнію, що значно знижує ризик утворення карбідних осадів і подальшої міжкристалітної корозії в зварних конструкціях.
Номінальний хімічний склад Hastelloy C4 наведено в наступній таблиці:
|
Композиція |
Вміст (%) |
|
Нікель (Ni) |
Баланс (приблизно 65%) |
|
Хром (Cr) |
14-18 |
|
Молібден (Mo) |
14-17 |
|
Залізо (Fe) |
3 макс |
|
Кобальт (Co) |
2 макс |
|
Титан (Ti) |
0,7 макс |
|
Марганець (Mn) |
1 макс |
|
Кремній (Si) |
0,08 макс |
|
Карбон (C) |
0,015 макс |
|
Фосфор (P) |
0,04 макс |
|
Сірка (S) |
0,03 макс |
Стратегічна відсутність вольфраму відрізняє Hastelloy C4 від попередніх сплавів, таких як C276, тоді як значно знижений вміст заліза покращує термічну стабільність, мінімізуючи шкідливе утворення інтерметалічної фази під час тривалого високо-температурного впливу.
Фізичні властивості Hastelloy C4
Фізичні властивості Hastelloy C4, характерні для сплавів нікель-хром-молібден:
Таблиця: Фізичні властивості Hastelloy C4
|
Власність |
Значення |
Умови/Примітки |
|
Щільність |
8,64 г/см³ (0,312 фунт/дюйм³) |
При 20 градусах |
|
Температура плавлення |
1335-1380 градусів (2435-2516 градусів F) |
- |
|
Питома теплоємність |
408 Дж/кг· град |
При 100 градусах |
|
Теплопровідність |
10.1 W/m·K |
При 100 градусах |
|
Коефіцієнт теплового розширення |
10,9 × 10⁻⁶/градус |
20-100 градусів (середній коефіцієнт) |
|
Електричний опір |
1,25 мкОм·см |
При 20 градусах |
|
Модуль пружності |
211 ГПа (30,8 × 10³ ksi) |
В напрузі, при 20 градусах |
|
Модуль жорсткості |
78,6 ГПа (11,4 × 10³ ksi) |
При 20 градусах |
Відносно низька теплопровідність і помірний коефіцієнт теплового розширення Hastelloy C4. Високий питомий електричний опір сприяє його хорошим зварювальним характеристикам порівняно з більш провідними матеріалами.
Механічні властивості Hastelloy C4
Механічні властивості кімнатної температури
У відпаленому стані Hastelloy C-4 зазвичай демонструє:
Міцність на розрив: 690-860 МПа (100-125 ksi)
Межа текучості (зміщення 0,2%): більше або дорівнює 275 МПа (більше або дорівнює 40 ksi)
Подовження: більше або дорівнює 40% у 2 дюймах
Зменшення площі: приблизно 50%
Твердість: менше або дорівнює 217 HB (Брінелль) або менше або дорівнює 95 HRB (Роквелл B)
Сплав зберігає надзвичайну пластичність і міцність навіть при кріогенних температурах до -196 градусів, причому ударна сила Шарпі з V-подібним надрізом зазвичай перевищує 120 Дж як за кімнатної температури, так і за -196 градусів.
Властивості при підвищеній температурі
Hastelloy C4 має виняткову термічну стабільність, зберігаючи корисні механічні властивості при температурах до 1040 градусів. Сплав зберігає хорошу пластичність і стійкість до корозії навіть після тривалого-старіння при 650-1040 градусах.
Властивості стійкості до корозії
Стійкість до корозії Hastelloy C4 є його найціннішою характеристикою, яка демонструє ефективність у різноманітних корозійних середовищах:
Рівномірна корозія
Hastelloy C-4 демонструє виняткову стійкість до широкого спектру корозійних середовищ, включаючи:
Гарячі забруднені мінеральні кислоти (сірчана, соляна, фосфорна кислоти)
Органічні та неорганічні хлориди, сухий газоподібний хлор
Мурашина і оцтова кислоти, оцтовий ангідрид
Розчинники, морська вода та сольові розчини
Сплав демонструє особливо хороші характеристики в середовищах з високим ступенем окислення, де він може перевершувати C-276. Однак у сильно відновних середовищах, таких як соляна кислота, C-276 зазвичай демонструє кращу стійкість.
Локалізована корозія
Високий вміст молібдену (14-17%) забезпечує чудову стійкість до точкової та щілинної корозії в середовищах, що містять хлориди. Це робить Hastelloy C-4 придатним для застосування в морській воді, солонуватій воді та хімічних процесах із залученням хлоридних каталізаторів або забруднень.
Над-вміст вуглецю (менше або дорівнює 0,015%) значно підвищує стійкість до сенсибілізації та подальшої міжкристалітної корозії. Цей важливий атрибут мінімізує утворення карбідів на межі зерен у зонах-термічного впливу зварювання, дозволяючи використовувати сплав у-зварюваному стані для більшості застосувань у хімічних процесах без необхідності відпалу-розчину після зварювання.
Дослідження показали, що правильно зварені з’єднання Hastelloy C4 можуть демонструвати порівнянну або навіть кращу корозійну стійкість до основного металу, зі швидкістю корозії лише 5,03 мм/рік у стандартизованих випробуваннях на міжкристалітну корозію.
Термічна стабільність і мікроструктурні характеристики
Hastelloy C4 був спеціально розроблений для підвищення термічної стабільності порівняно з попередніми нікелевими сплавами. Стратегічний контроль складу зводить до мінімуму утворення шкідливих інтерметалічних фаз і карбідів під час тривалого впливу високих температур.
Сплав має гране{0}}центровану кубічну (FCC) аустенітну структуру, яка залишається стабільною в діапазоні корисних температур. Ця стабільність мікроструктури забезпечує постійну продуктивність у високо-температурних системах, таких як системи десульфурації димових газів, хімічне технологічне обладнання та установки з переробки ядерного палива, де поширений термоцикл.
Характеристики виготовлення та обробки
Зварювання
Hastelloy C4 має хорошу зварюваність за допомогою звичайних методів зварювання плавленням, зокрема:
Газова вольфрамова дугова зварка (GTAW/TIG)
Газова дугова зварка (GMAW/MIG)
Плазмодугове зварювання
Дугове зварювання в екранованому металі (SMAW)
Рекомендовані практики включають:
Використання присадних металів відповідного складу (ERNiCrMo-7) або спеціальних зварювальних продуктів Hastelloy C-4.
Підтримання низького теплового потоку з міжпрохідними температурами нижче 150 градусів.
Забезпечення стану відпаленого матеріалу перед -зварюванням.
Належне очищення для видалення забруднень.
Термічна обробка
Hastelloy C4 зазвичай постачається в розчині-відпаленому стані для оптимізації стійкості до корозії. Сплав неможливо зміцнити лише термічною обробкою, оскільки він не піддається дисперсійному зміцненню.
Гаряча та холодна робота
Гаряча обробка: рекомендований діапазон температур 1080-900 градусів із швидким охолодженням після обробки.
Холодна обробка: вимагає більшої потужності, ніж аустенітна нержавіюча сталь, завдяки вищій швидкості зміцнення; проміжний відпал може знадобитися для серйозних деформацій.
