Hastelloy C4 je zliatina niklu má tepelnú stabilitu a odolnosť proti korózii v agresívnom prostredí. Ako jedna zo štruktúrne najstabilnejších zliatin niklu si zachováva svoje vlastnosti aj po dlhšom vystavení vysokým teplotám, vďaka čomu je neoceniteľná pre aplikácie chemického spracovania.
Tento článok predstavuje komplexný prehľad chemického zloženia Hastelloy C4, fyzikálnych a mechanických vlastností, odolnosti proti korózii a aplikácií.
Chemické zloženie Hastelloy C4
Hastelloy C4 je zliatina niklu, ktorá poskytuje výkon v korozívnom prostredí. Kompozícia sa vyznačuje nízkym obsahom uhlíka a kremíka, čo výrazne znižuje riziko zrážania karbidov a následnej medzikryštalickej korózie vo zváraných konštrukciách.
Nominálne chemické zloženie Hastelloy C4 je uvedené v nasledujúcej tabuľke:
|
Zloženie |
obsah (%) |
|
nikel (Ni) |
Zostatok (približne 65 %) |
|
chróm (Cr) |
14-18 |
|
molybdén (Mo) |
14-17 |
|
Železo (Fe) |
3 max |
|
kobalt (Co) |
2 max |
|
titán (Ti) |
0,7 max |
|
mangán (Mn) |
1 max |
|
kremík (Si) |
0,08 max |
|
uhlík (C) |
0,015 max |
|
fosfor (P) |
0,04 max |
|
síra (S) |
0,03 max |
Strategické vynechanie volfrámu odlišuje Hastelloy C4 od starších zliatin, ako je C276, zatiaľ čo výrazne znížený obsah železa zvyšuje tepelnú stabilitu tým, že minimalizuje tvorbu škodlivej intermetalickej fázy počas dlhodobého vystavenia vysokým-teplotám.
Fyzikálne vlastnosti Hastelloy C4
Fyzikálne vlastnosti Hastelloy C4 charakteristické pre zliatiny niklu-chrómu-molybdénu:
Tabuľka: Fyzikálne vlastnosti Hastelloy C4
|
Nehnuteľnosť |
Hodnota |
Podmienky/Poznámky |
|
Hustota |
8,64 g/cm³ (0,312 lb/in³) |
Pri 20 stupňoch |
|
Teplota topenia |
1335-1380 stupňov (2435-2516 stupňov F) |
- |
|
Špecifická tepelná kapacita |
408 J/kg· stupeň |
Pri 100 stupňoch |
|
Tepelná vodivosť |
10.1 W/m·K |
Pri 100 stupňoch |
|
Koeficient tepelnej rozťažnosti |
10,9 × 10⁻⁶/ stupeň |
20-100 stupňov (priemerný koeficient) |
|
Elektrický odpor |
1,25 μΩ·cm |
Pri 20 stupňoch |
|
Modul pružnosti |
211 GPa (30,8 × 10³ ksi) |
V napätí, pri 20 stupňoch |
|
Modul tuhosti |
78,6 GPa (11,4 × 10³ ksi) |
Pri 20 stupňoch |
Relatívne nízka tepelná vodivosť a mierny koeficient tepelnej rozťažnosti Hastelloy C4. Vysoký elektrický odpor prispieva k jeho dobrým zváracím vlastnostiam v porovnaní s vodivejšími materiálmi.
Hastelloy C4 Mechanické vlastnosti
Mechanické vlastnosti pri izbovej teplote
V žíhanom stave Hastelloy C-4 zvyčajne vykazuje:
Pevnosť v ťahu: 690-860 MPa (100-125 ksi)
Medza klzu (0,2% offset): Väčšia alebo rovná 275 MPa (Väčšia alebo rovná 40 ksi)
Predĺženie: Väčšie alebo rovné 40 % na 2 palce
Zmenšenie plochy: približne 50 %
Tvrdosť: menšia alebo rovná 217 HB (Brinell) alebo menšia alebo rovná 95 HRB (Rockwell B)
Zliatina si zachováva pozoruhodnú ťažnosť a húževnatosť aj pri kryogénnych teplotách až do -196 stupňov, pričom hodnoty rázovej húževnatosti Charpy V-notch typicky presahujú 120 J pri izbovej teplote aj -196 stupňov.
Vlastnosti zvýšenej teploty
Hastelloy C4 má výnimočnú tepelnú stabilitu, zachováva si užitočné mechanické vlastnosti pri teplotách až do 1040 stupňov. Zliatina si zachováva dobrú ťažnosť a odolnosť proti korózii aj po-dlhodobom starnutí pri teplote 650 – 1040 stupňov .
Vlastnosti odolnosti proti korózii
Odolnosť proti korózii Hastelloy C4 predstavuje jej najcennejšiu vlastnosť s preukázaným výkonom v rôznych korozívnych prostrediach:
Rovnomerná korózia
Hastelloy C-4 vykazuje vynikajúcu odolnosť voči širokému spektru korozívnych médií, vrátane:
Horúce kontaminované minerálne kyseliny (kyselina sírová, chlorovodíková, fosforečná)
Organické a anorganické chloridy, suchý plynný chlór
Kyselina mravčia a octová, acetanhydrid
Rozpúšťadlá, morská voda a roztoky soľanky
Zliatina vykazuje obzvlášť dobrý výkon vo vysoko oxidačnom prostredí, kde môže prekonať C-276. Avšak v silne redukujúcich médiách, ako je kyselina chlorovodíková, C-276 typicky vykazuje lepšiu odolnosť.
Lokalizovaná korózia
Vysoký obsah molybdénu (14-17 %) poskytuje vynikajúcu odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v prostrediach s obsahom chloridov. Vďaka tomu je Hastelloy C-4 vhodný na aplikácie v morskej vode, brakickej vode a chemických procesoch zahŕňajúcich chloridové katalyzátory alebo kontaminanty.
Mimoriadne -nízky obsah uhlíka (menej ako alebo rovný 0,015 %) výrazne zvyšuje odolnosť voči senzibilizácii a následnej medzikryštalickej korózii. Táto kritická vlastnosť minimalizuje tvorbu karbidov na hranici zŕn v oblastiach ovplyvnených teplom zvaru-, čo umožňuje, aby sa zliatina použila v-zvarenom stave pre väčšinu aplikácií v chemickom procese bez toho, aby bolo potrebné po-zváraní žíhanie.
Výskum ukázal, že správne zvárané spoje Hastelloy C4 môžu vykazovať porovnateľnú alebo dokonca lepšiu odolnosť proti korózii ako základný kov, s rýchlosťou korózie len 5,03 mm/rok v štandardizovaných testoch medzikryštalickej korózie.
Tepelná stabilita a mikroštruktúrne charakteristiky
Hastelloy C4 bol špeciálne vyvinutý pre zvýšenú tepelnú stabilitu v porovnaní s predchádzajúcimi zliatinami niklu. Kontroly strategického zloženia minimalizujú tvorbu škodlivých intermetalických fáz a karbidov počas dlhodobého vystavenia vysokým teplotám.
Zliatina má tvárne centrovanú kubickú (FCC) austenitickú štruktúru, ktorá zostáva stabilná v celom užitočnom teplotnom rozsahu. Táto mikroštrukturálna stabilita zaisťuje konzistentný výkon v aplikáciách pri vysokých-teplotách, ako sú systémy na odsírenie spalín, zariadenia na chemické spracovanie a zariadenia na prepracovanie jadrového paliva, kde je bežné tepelné cyklovanie.
Vlastnosti výroby a spracovania
Zváranie
Hastelloy C4 má dobrú zvárateľnosť pomocou bežných techník tavného zvárania, vrátane:
Zváranie plynovým volfrámovým oblúkom (GTAW/TIG)
Plynové oblúkové zváranie kovov (GMAW/MIG)
Plazmové oblúkové zváranie
Oblúkové zváranie v tienidle (SMAW)
Odporúčané postupy zahŕňajú:
Použitie vhodných prídavných kovov (ERNiCrMo-7) alebo špeciálnych zváracích produktov Hastelloy C-4.
Udržiavanie nízkeho tepelného príkonu s interpass teplotami pod 150 stupňov.
Zabezpečte, aby bol materiál pred-zváraním v žíhanom stave.
Správne čistenie na odstránenie nečistôt.
Tepelné spracovanie
Hastelloy C4 sa zvyčajne dodáva v roztoku-žíhanom stave na optimalizáciu odolnosti proti korózii. Zliatinu nie je možné spevniť samotným tepelným spracovaním, pretože neprechádza precipitačným vytvrdzovaním.
Práca za tepla a za studena
Práca za tepla: Odporúčaný teplotný rozsah 1080-900 stupňov s rýchlym chladením po spracovaní.
Opracovanie za studena: Vyžaduje väčší výkon ako austenitické nehrdzavejúce ocele kvôli vyššej rýchlosti tvrdnutia; v prípade silných deformácií môže byť potrebné stredné žíhanie.
