آلیاژ هستلوی و بررسی انواع گریدهای آن

فلزات و آلیاژهای HASTELLOY به دلیل توانایی برتر خود در مقاومت در برابر دماهای بالا و خوردگی شناخته شده اند.

اولین بار این نوع سوپرآلیاژ را Haynes International در سال 1913 به عنوان فولاد ضد زنگ توسعه داد.

فولاد ضد زنگ و آلیاژ  HASTELLOY هر دو استحکام و شکل پذیری باور نکردنی در برابر تنش و شکل پذیری خوبی دارند. با این حال آلیاژهای هاستلوی در برابر مواد شیمیایی و اسیدهای خورنده مانند اسید کلریدریک مقاومت می کنند که آنها را از سایر آلیاژها متمایز می کند. علاوه براین یک متالورژیست می تواند سوپر آلیاژی را برای مقاومت در برابر عوامل اکسید کننده مهندسی کند.

(جهت مطالعه بیشتر به دنیای نانوتکنولوژی مراجعه نمایید)

تفاوت های فولاد ضد زنگ و آلیاژ HASTELLOY

نیکل و مولیبدن مواد اولیه هستند. نیکل یک فلز نقره ای طبیعی با نقطه ذوب 2651 درجه فارنهایت است. در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. و به طور مشابه مولیبدن یک فلز براق و نقره ای با نقطه ذوب فوق العاده بالا 4752 درجه فارنهایت است. برای افزایش استحکام, هدایت الکتریکی و سختی آلیاژهای خاص استفاده می شود.

از سوی دیگر, فولاد ضد زنگ با نیکل و کروم تقویت شده است. کروم به عنوان عاملی برای جلوگیری از زنگ زدگی عمل می کند. با این حال وجود در صدهای بالاتر نیکل و مولیبدن, فلزات و آلیاژ HASTELLOY را نسبت به فولاد ضد زنگ به ویژه در دماهای بالا در برابر خوردگی مقاوم تر می کند.

مزایای آلیاژهای HASTELLOY

آلیاژهای HASTELLOY مقاوم در برابر خوردگی به طور گسترده توسط صنایع فرآوری شیمیایی استفاده می شود. دارای مقاومت سولفیداسیون خوب و پایداری متالورژیکی بالایی دارد که آن را برای کاربردهای دمای بالا در ذخیره سازی انرژی حرارتی و دستگاه های تولید برق مانند توربین های گاز ترجیح می دهد. که نیاز به عملکرد قابل اعتماد منجر به پذیرش و رشد آنها در زمینه های انرژی, بهداشت و محیط زیست, صنایع نفت و گاز, داروسازی و گوگرد زدایی گازهای دودکش می شود.

علاوه بر این مقاومت در برابر خستگی سیکل پایینی نسبت به اکثر آلیاژهای تقویت شده با محلول جامد دارد و مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی داغ دارد.

چندین تکنیک تصفیه سطحی برای بهبود خواص سطحی آلیاژهای فلزی موجود است. با این حال, لیزر درمانی به عنوان یکی از تکنیک های ارجح با عملکرد بهبود یافته در مقایسه با روش های معمولی از نظر تمیزی شیمیایی, نفوذ حرارتی و مشخصات سطح در نظر گرفته می شود.

برای بررسی مقاومت به خوردگی آلیاژ HASTELLOY

ساختارهای ریز و همگن تشکیل شده در سطح آلیاژهای HASTELLOY محل های احتمالی حفره شدن را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد و در نهایت پتانسیل حفره شدن را کاهش می دهد که در نهایت چگالی جریان غیر فعال را کاهش می دهد در نتیجه باعث کاهش میزان خوردگی می شود.

همچنین گزارش شده که نیتروژن می تواند مقاومت در برابر خوردگی حفره ای فولاد های زنگ نزن در سطح مشترک لایه فلز از طریق جداسازی آندی بهبود بخشد.

از جمله ویژگی های آلیاژ های HASTELLOY عبارتند از:

• مقاومت بالا در برابر حمله یکنواخت
• مقاومت در برابر خوردگی موضعی برجسته
• مقاومت در برابر خوردگی تنشی عالی در برابر ترک خوردگی سهولت در جوشکاری و ساخت

آلیاژ HASTELLOY دارای مقاومت فوق العاده ای در برابر اسیدهای غیر اکسید کننده مانند اسید هیدروکلریک و اسید سولفوریک است. مزایای آلیاژ HASTELLOY نسبت به آلیاژهای قبلی, افزایش پایداری حرارتی و بهبود ویژگی های ساخت است.

انواع آلیاژ HASTELLOY

• Haynes 188
• Haynes 230
• L
• C
• B
• X
• G
• N

آلیاژ Haynes 188

آلیاژ Haynes 188 یک آلیاژ کبالت, نیکل, کروم و تنگستن است که استحکام عالی در دمای بالا را با مقاومت بسیار خوب در برابر محیط های اکسید کننده تا دمای 1095 درجه سانتیگراد ترکیب می کند. برای قرار گرفتن در معرض طولانی مدت, و مقاومت عالی در برابر خوردگی داغ, رسوب سولفات دارد. که به آسانی با تکنیک های مرسوم ساخته وشکل می گیرد. و برای قطعات ریخته گری استفاده می شود. از دیگر ویژگی های آن می توان به مقاومت عالی در برابر نمک های کلرید مذاب و مقاومت خوب در برابر سولفیداسیون گازی اشاره کرد.

این آلیاژ برای کاربردهای طولانی در دمای 650 درجه سانتیگراد بیشتر موثر است. از آلیاژهای تقویت شده با پایه نیکل قوی تر و از آلیاژ های ساده نیکل – کروم مقاوم در برابر حرارت است.

سطح بالای کروم همراه با افزودنی های کوچک لانتانیم , مقیاس بسیار محکم و محافظی را ایجاد می کند.

(جهت مطالعه بیشتر به تاریخچه و کاربردهای فلز در زیر دریایی مراجعه نمایید)

این آلیاژ همچنین دارای مقاومت سولفیداسیون خوب و پایداری متالورژیکی عالی است که با شکل پذیری خوب آن پس از قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا نشان داده می شود. قابلیت ساخت و جوش پذیری خوب آن باعث می شود تا آلیاژ را در کاربردهای توربین گاز مانند محفظه های احتراق, نگهدارنده های شعله, آسترها و کانال های انتقال مفید کنند.

آلیاژ Haynes 230

این آلیاژ دارای نیکل, کروم, تنگستن, مولیبدن است که ترکیبی از استحکام عالی در دمای بالا, مقاومت فوق العاده در برابر محیط های اکسید کننده تا دمای 1149 درجه سانتیگراد برای قرار گرفتن در معرض طولانی مدت, مقاومت برتر در برابر محیط های نیتریدینگ و مقاومت عالی در محیط های اکسید کننده ظولانی مدت است. از دیگر ویژگی های آن عبارتند از ویژگی های انبساط حرارتی کمتر نسبت به اکثر آلیاژها و مقاومت بارز در برابر درشت شدن دانه با قرار گرفتن طولانی مدت در دمای بالا.

بهترین تعادل قدرت, پایداری حرارتی, مقاومت در برابر اکسیداسیون, مقاومت در برابر چرخه حرارتی و قابلیت ساخت هر آلیاژ اصلی با دمای بالا در محفظه های احتراق توربین گاز و سایر اجزای ثابت کلیدی استفاده می شود. همچنین برای عملیات حرارتی و کاربردهای گرمایش صنعتی, در صنعت فرآیند شیمیایی و پتروشیمی و نیروگاه های انرژی فسیلی استفاده می شود.

آلیاژ L605

این آلیاژ استحکام عالی, مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب تا دمای 980 درجه سانتیگراد , مقاومت بسیار خوب در برابر سولفیداسیون, و مقاومت نسبتا خوب در برابر سایش در قطعات توربین گاز, یاتاقان ها و کاربردهای مختلف صنعتی دارد. (جهت مطالعه بیشتر به آهن سخت چیست مراجعه نمایید)

آلیاژ L605 یک آلیاژ کبالتیکل – کروم , تنگستن است که استحکام عالی در دمای بالا را با مقاومت خوب در برابر محیط های اکسید کننده تا دمای 980 درجه سانتیگراد برای قرار گرفتن در معرض طولانی مدت و مقاومت عالی در برابر سولفید شدن ترکیب می کند. می توان آن را با تکنیک های معمولی ساخت و شکل داد و برای قطعات ریخته گری استفاده کرد. از دیگر ویژگی های جذاب می توان به مقاومت عالی در برابر سایش بین دو سطح فلزی اشاره کرد.

چند منظوره ترین آلیاژ HASTELLOY نوع C هستند. که عبارتند از:

آلیاژهای خانواده C دارای درصد بالایی از نیکل , مولیبدن, کروم هستند. افزودن کروم شکل پذیری این نوع آلیاژها را افزایش می دهد و به آنها اجازه می دهد در برابر درجه حرارت بالا و کاهش اتمسفر مقاومت کنند. بیشتر آلیاژهای نوع C را می توان با استفاده از روش های مختلف کار سرد و گرم مانند: کشش عمیق, فرم دهی پرس و پانچ سازی تشکیل داد.

آلیاژ C-4

این آلیاژ حدود 60 درصد نیکل, 18 درصد کروم, 16 درصد مولیبدن, 3 درصد آهن و 2 درصد کبالت تشکیل شده است. باقیمانده شامل سیلیکون, گوگرد, کربن, تیتانیوم و عناصر دیگر است. در کنار مقاومت در برابر خوردگی, شکل پذیری بالایی دارد که آن را برای کشیدن عمیق مناسب می کند.

C276 – این آلیاژ یک ماده نیکل – کروم – مولیبدن با مقاومت بالا در برابر ترک خوردگی تنش کلرید و انواع خوردگی حفره ای به دلیل محتوای نسبتا بالای کروم و مولیبدن است. آلیاژی همه کاره و مقاوم در برابر خوردگی , مقاومت بسیار خوبی در برابر خورنده های کاهنده و اکسید کننده ملایم دارد. مقاومت عالی در برابر خوردگی تنشی و ترک خوردگی با مقاومت بسیار خوب در برابر حمله موضعی دارد. با این حال در محیط هایی با اسید نیتریک غلیظ گرم عملکرد خوبی ندارد.

بیشتر ترکیبات آن نیکل است. با این حال به طور متوسط حاوی 16 درصد مولیبدن, 15 درصد کروم, 5.5 درصد آهن, 4 درصد تنگستن و مقداری از عناصر دیگر.

C-2000 مانند همه گریدهای HASTELLOY , آلیاژ C2000 مقاومت فوق العاده در برابر محیط های اکسید کننده را با مقاومت برتر در برابر محیط های غیر اکسید کننده ترکیب می کند و نشان دهنده یک پیشرفت واقعی در عملکرد برای کاربردهای تجهیزات فرایند شیمیایی است.

C-22 ویژگی های HASTELLOY آن را به ویژه در برابر خوردگی حفره ای و شکافی مقاومت می کند. علاوه بر این به طور گسترده برای محافظت در برابر خورنده ترین سیستم های FGD و پیچیده ترین مخازن واکنش دارویی استفاده شده است.

معمولا حاوی حدود 58 در صد نیکل, 20 درصد کروم, 13 درصد مولیبدن, 3.5 درصد آهن, 3 درصد تنگستن و 2.5 درصد کبالت به همراه سایر عناصر کمیاب است.

به طور گسترده ای برای جوش پذیری استفاده می شود. با این حال نباید در محیط های بیش از 1250 درجه فارنهایت استفاده شود.

اطلاعات مربوط به خواص فیزیکی و مکانیکی این محصول, جامع ترین طیف ترکیبات آلیاژ و اشکال محصول موجود از یک توزیع کننده, قابل دسترسی است.

آلیاژ x که به Hastelloy X معروف است

در سال 1952 فرموله شده است, که در مقایسه با سایر آلیاژهای سوپر آلیاژ جدیدتر است. و حاوی در صدهای بالاترآهن برای بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون, شکل پذیری و استحکام در دمای بالا است. همچنین می توان آن را به صورت سرد نورد کرد تا خواص آن حفظ شود. با این حال نمی توان آن را با عملیات حرارتی سخت کرد. همچنین مشخص شده که در برابر ترک خوردگی تنشی بسیار مقاوم است. و در معرض طولانی مدت در دماهای 650 و 760 و 870 درجه سانتیگراد به مدت 16000 ساعت انعطاف پذیری خوبی از خود نشان می دهد.

این آلیاژ معمولا در دمای 1177 درجه سانتیگراد با عملیات حرارتی محلول می شود و به سرعت سرد می شود.

این آلیاژ همچنین در صنعت فرآیندهای شیمیایی برای منعکس کننده, صدا خفه کن , شبکه های پشتیبانی کاتالیزور, بافل کوره و لوله برای عملیات پیرولیز و قطعات خشک کن فلاش استفاده می شود.

ترکیب شیمیایی این آلیاژ نیکل 47 درصد, کروم 22 درصد, آهن 18 درصد, مولیبدن 9 درصد, کبالت 1.5 درصد, تنگستن 0.6 درصد, کربن 0.1 درصد, منگنز 1 درصد, سیلیسیم 1 درصد, بور 0.0008 درصد, نیوبیم 0.5 درصد, آلومینیوم 0.5 درصد, تیتانیوم 0.15 درصد, چگالی 8.22 گرم بر سی سی می باشد .

آلیاژهای B

آلیاژهای نوع B به دلیل درصد بالایی از نیکل و مولیبدن شناخته شده اند. مانند نیکل, مولیبدن نیز مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. به دلیل شکل پذیری آن قابل توجه است و یکی از بالاترین نقطه ذوب را در بین تمام عناصر طبیعی دارد. این آلیاژها به گونه ای فرموله شده اند که در شرایط کاهشی شدید مانند محیط هایی با اسید های هیدروکلریک, هیدروبرومیک و سولفوریک مقاومت کنند.

آلیاژ B-2

این درجه از آلیاژ معمولا حاوی 65 درصد نیکل و 30 درصد مولیبدن و درصد کمی از آهن, کربن, کبالت, کروم, منگنز, سیلیکون , فسفر و گوگرد است. مقاومت در برابر خوردگی بالاتری نسبت به اسیدهای کلریدریک در هر غلظت با دما دارد. با این حال , در برابر عوامل اکسید کننده مقاوم نیست.

آلیاژ B-3

آلیاژ B-3 دارای ترکیب متوسط 65 درصد نیکل, 30 درصد مولیبدن با مقادیر کمی منگنز, کبالت و کروم است. مقاومت عالی در برابر سوراخ شدن و خوردگی, همراه با پایداری حرارتی عالی در مقایسه با آلیاژ B-2 ارائه می دهد. مانند آلیاژ B-2 اگر در معرض عوامل اکسید کننده قرار گیرد, احتمالا زودتر از موعد خراب می شود.

آلیاژ Hybrid-BC1

اسیدهای غیر اکسید کننده قوی تری نسبت به آلیاژهای نوع C دارد و ناخالصی های اکسید کننده را تحمل می کند که آلیاژهای نوع B آن را تحمل نمی کنند.

آلیاژهای نوع G

آلیاژهای نوع G معمولا حاوی تنگستن هستند که بالاترین نقطه ذوب را در بین تمام فلزات دارد. این خانواده از آلیاژها را می توان با استفاده از تکنیک های خاصی مانند جوشکاری قوسی تنگستن گازی, جوشکاری قوس الکتریکی زیر آب و جوشکاری قوس فلزی محافظت شده جوش داد.

آلیاژ G-3

این آلیاژ دارای درصد بالایی از تنگستن و مولیبدن است که آن را در برابر خوردگی مقاوم می کند. به طور متوسط از 22 درصد کروم, 20 درصد آهن, 7 درصد مولیبدن و حداکثر 5 درصد کبالت تشکیل شده است. حاوی مقادیر کمی از عناصر دیگر است که نیکل عنصر اصلی آن است.

آلیاژ G-30

آلیاژ G-30 تقریبا 40 درصد نیکل, 30 درصد کروم, 15 درصد آهن و 5 درصد کبالت است و ردپایی از عناصر دیگر نیز دارد. به ویژه در برابر اسید فسفریک فرایند مرطوب مقاومت می کند.

آلیاژ G-35

به عنوان یک نسخه بهبود یافته از آلیاژ G-30 در این کاربردها طراحی شده است.

محتوای کروم بالای هر دو آلیاژ را به بهترین انتخاب برای محلول های اکسید کننده قوی و خدمات اسیدی تبدیل می کند.

آلیاژ Hastelloy N

ترکیب شیمیایی این آلیاژ نیکل 71 درصد, مولیبدن 16 درصد , کروم 7 درصد, آهن حداکثر 5 درصد, سیلیکون حداکثر 1 درصد, منگنز 0.8 درصد, تنگستن 0.5 درصد, آلومینیوم + تیتانیوم 0.5 درصد , مس 0.35 درصد, کبالت 0.2 درصد و کربن 0.08 درصد است.

یک آلیاژ نیکل است که در آزمایشگاه به عنوان یک ماده (ظرفی برای نمک های فلوراید مذاب) اختراع شد.

مقاومت اکسیداسیون خوبی در برابر نمک های فلوراید داغ در محدوده دمایی بین 704 تا 871 درجه سانتیگراد دارد. این آلیاژ در محیط های حاوی فلوراید در دماهای بالا بیشترین کاربرد را داشته است.

آلیاژهای نیکل در طیف گسترده ای از فرمت ها کاربرد دارد:

• تیر
• سیم
• صفحه یا پلاک
• ورق
• آهنگری
• اتصالات لوله

نحوه تولید

به طور کلی فلزات و آلیاژهای Hastelloy را می توان با تکنیک های معمول جوشکاری جوش داد. با این حال هنگام استفاده از آلیاژهای مبتنی بر نیکل, رعایت دستورالعمل های جوشکاری بسیار مهم است. با استفاده از آلیاژهای Hastelloy سازندگان می توانند طول عمر و قابلیت اطمینان تجهیزات و محصولات خود را افزایش دهند.

اشتباهات پرهزینه, مانند گلوگاه های تولید, تلفات دارایی های ثابت و صدمات کارگران, بیشتر در هنگام شکستن قطعات رخ می دهد.

کاربردهای آلیاژ Hastelloy

محصولات توزیعی American Special Metals, Corp شامل آلیاژهای فوق العاده در راکتورهای شیمیایی و لوله ها , اتصالات, فلنج, ورق, نوار, صفحه, میلگرد, نوار مسطح, اتصال دهنده, فورج استوک, شش گوش و سیم می باشد. این آلیاژ برای ساخت اجزای مسیر گاز با دمای بالا مانند محفظه های احتراق توربین, نگهدارنده شعله, آسترها, مخازن تحت فشار برخی از راکتورهای هسته ای, با پیشرفت فناوری و محصولات, تقاضا برای مواد بهتر و قوی تر نیز افزایش می یابد. (جهت مطالعه بیشتر به کاربرد فلز در موشک مراجعه نمایید)

فلزات به دلیل خواص مکانیکی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که این آلیاژ می توانند در برابر خوردگی متوسط تا شدید مقاومت کنند, در بسیاری از کاربردهای جوشکاری, مهندسی هوافضا و پردازش شیمیایی استفاده می شود.

• نفت و گاز
• انرژی ژئوترمال
• معدن
• زیست توده
• گاز طبیعی مایع
• نیروی خورشیدی
• قدرت هسته ای
• خدمات رفاهی
• هوافضا

به دلیل مقاومت در برابر خزش و انبساط کم در دماهای بالا, کاربردهای متداول آلیاژهای Hastelloy در صنعت هوافضا شامل لانه زنبوری ساختاری, اتصال دهنده ها, اجزای موتور و غیره است.

پردازش شیمیایی

فرآورده ی شیمیایی یکی از بزرگترین صنایع تولیدی در ایالات متحده است. از داروهای تجویزی گرفته تا لوازم آرایشی, طیف وسیعی از محصولات رایج را تولید می کند. در سال 2019 , صنعت فراوری شیمیایی 10.1 میلیارد دلار برای تحقیق و توسعه هزینه کرد.

به دلیل مقاومت عالی در برابر خوردگی, می توانند بسیاری از واکنش های شیمیایی روزانه را که در این تاسیسات انجام می شود, تحمل کنند.

معرفی تولید کنندگان آلیاژهای Hastelloy

برای تولیدکنندگان مهم است که ترکیبات شیمیایی فلزات و آلیاژهای Hastelloy را هنگام تهیه مواد برای پروژه های خود بدانند. دانستن ترکیب شیمیایی آنها می تواند اطمینان حاصل کند. که تولید کنندگان روی مواد با کیفیت بالا و بادوام سرمایه گذاری می کنند. فولاد ضد زنگ Ulbrich یک رهبر قابل اعتماد جهانی در تولید فلزات دقیق است و طیف گسترده ای از آلیاژهای مبتنی بر نیکل را ارائه می دهد. آنها پشتیبانی متالوژیست های خود و همچنین پایگاه داده وسیعی از آلیاژها و مواد را به مشتریان خود ارائه می دهند.

این کارخانه می تواند نیاز شما را نسبت به آلیاژ Hastelloy تولید کند.

به طور کلی, Hastelloy نسبت به سایر فلزات گران تر است, اما عملکرد عالی و پایداری مکانیکی را ارائه می کند که آن را به گزینه ای ایده آل برای محیط های بسیار خورنده تبدیل می کند.

جهت مطالعه بیشتر به ویکی پدیا مراجعه فرمایید.