Propriétés des matériaux
Composition chimique
UNS N10276 Hastelloy C276 is a nickel – based superalloy with a complex and carefully balanced chemical composition. Nickel (\(Ni\)) forms the base, présent dans la plus grande proportion. Aux côtés du nickel, il contient des quantités importantes de molybdène (\(Mo ), 15 – 17%), chrome (\(Cr ), 14.5 – 16.5%), et tungstène (\(W ), 3 – 4.5%). Plus petites quantités de fer (\(Fe ), 4 – 7%), carbone (\(C ), 0.010% max), silicium (\(Et), 0.08% max), manganèse (\(Mn ), 1% max), phosphore (\(P ), 0.04% max), soufre (\(S ), 0.03% max), et cobalt (\(Co), 2.5% max) font également partie de son maquillage. La combinaison de ces éléments donne à Hastelloy C276 ses propriétés uniques. Par exemple, La teneur élevée en molybdène contribue à sa résistance remarquable sur les piqûres et la corrosion des crevasses, tandis que le chrome améliore sa résistance générale à la corrosion dans l'oxydation et non – environnements oxydants.
Propriétés physiques
- Densité: Hastelloy C276 a une densité d'environ 8.89 g / cm³. Cette densité relativement élevée est typique du nickel – alliages basés et est important à considérer dans les applications où le poids est un facteur, comme dans certains composants aérospatiaux ou marins.
- Point de fusion: Il a une gamme de fusion de 1325 – 1370 ° C (2417 – 2498 ° F). Ce point de fusion élevé lui permet d'être utilisé dans des applications qui impliquent – processus de température.
- Conductivité thermique: La conductivité thermique de Hastelloy C276 est modérée, ce qui signifie qu'il peut transférer la chaleur à un taux adapté aux applications où la dissipation de chaleur ou le transfert de chaleur doivent être contrôlés, comme dans les échangeurs de chaleur dans les usines de traitement chimique.
- Coefficient de dilatation thermique: Il a un coefficient d'extension thermique spécifique, qui est important à tenir compte des applications où le matériau sera soumis à des variations de température. Cette propriété garantit que le matériau maintient son intégrité et sa stabilité dimensionnelle pendant les cycles de chauffage et de refroidissement.
- Résistivité électrique: Hastelloy C276 a une résistivité électrique autour 1.229 µω · m. Cette propriété peut être cruciale dans les applications où la conductivité électrique ou la résistance est un facteur, comme dans certains composants électriques ou dans des environnements où les interactions électriques doivent être gérées.
- Propriétés magnétiques: C'est essentiellement non – magnétique, ce qui le rend adapté aux applications où les interférences magnétiques doivent être évitées, Comme dans certains dispositifs médicaux ou dans la fabrication d'équipements électroniques sensibles.
Propriétés mécaniques
- Résistance à la traction: Dans l'état recuit, Hastelloy C276 a une résistance à la traction ultime minimale de 690 MPA (100 ksi). Cette résistance à la traction élevée lui permet de résister à des forces de traction significatives sans se casser, Le rendre adapté aux composants structurels dans diverses industries.
- Limite d'élasticité: La limite d'élasticité (0.2% compenser) est généralement autour 310 MPA (45 ksi) dans l'état recuit. Cela indique le niveau de stress auquel le matériau commence à se déformer plastiquement.
- Élongation: Il a un allongement minimum à la pause de 40%, qui montre sa bonne ductilité. This property allows the material to be formed into various shapes through processes like forging, roulement, or bending without cracking.
- Dureté: The hardness of Hastelloy C276, measured on the Rockwell B scale, est généralement autour 100 RB minimum. Hardness is an important property as it affects the material’s wear resistance and its ability to withstand indentation and scratching.
- Résistance à la fatigue: Hastelloy C276 exhibits good fatigue resistance, meaning it can withstand repeated cyclic loading without failure. Cela le rend idéal pour les composants soumis à des fluctuations continues de contrainte, comme dans les pièces de machines rotatives.
- Résistance au fluage: À des températures élevées, Hastelloy C276 montre une résistance à la fluage raisonnable. Le fluage est lent, temps – déformation dépendante d'un matériau sous une charge constante. Dans les applications où le matériau est exposé à des températures élevées et à un stress pendant des périodes prolongées, comme dans certaines parties des réacteurs chimiques, La résistance au fluage est cruciale pour maintenir l'intégrité du composant.
Autres propriétés
- Résistance à la corrosion: Hastelloy C276 est réputé pour sa résistance à la corrosion exceptionnelle. Il peut résister à la corrosion dans une large gamme d'environnements agressifs, y compris à la fois oxyder et réduire les acides. Par exemple, il montre une excellente résistance à l'acide sulfurique, acide chlorhydrique, et acide phosphorique, Même à des concentrations élevées et des températures élevées.
- Résistance à l'oxydation: Il a une bonne résistance à l'oxydation jusqu'à environ 1800 ° F (982 ° C). Cette propriété lui permet d'être utilisée dans des applications où l'exposition – Les atmosphères oxydantes de température sont attendues, comme dans certaines parties des fours industriels.
- Résistance à la fissuration de la corrosion de contrainte: L'alliage est très résistant à la fissuration de la corrosion des contraintes (SCC), Surtout dans le chlorure – environnements contenant. Le SCC est un phénomène où un matériau se fissure sous l'action combinée de la contrainte de traction et d'un environnement corrosif. Dans l'industrie du pétrole et du gaz, Où le chlorure – Les saumures riches sont courantes, La résistance SCC de Hastelloy C276 en fait un matériau préféré pour de nombreux composants.
- Résistance aux piqûres: En raison de son contenu de molybdène élevé, Hastelloy C276 a une excellente résistance aux piqûres. Pitting is a localized form of corrosion that can lead to the formation of small holes or pits in the material surface. Dans les applications d'eau de mer, Par exemple, where pitting corrosion is a major concern, Hastelloy C276 can provide long – term reliability.
- Résistance à la corrosion intergranulaire: The low carbon content of Hastelloy C276 minimizes carbide precipitation during welding and heat treatment processes. Ce, in turn, gives the alloy good intergranular corrosion resistance. Intergranular corrosion occurs along the grain boundaries of a material and can severely degrade its mechanical properties.
Applications
Traitement chimique
Dans l'industrie de la transformation chimique, Hastelloy C276 est utilisé dans une grande variété d'applications. Il est couramment utilisé dans la construction de réacteurs chimiques, échangeurs de chaleur, et les systèmes de tuyauterie. Par exemple, Dans la production de produits chimiques organiques, où des réactifs et des produits hautement corrosifs sont impliqués, Les réacteurs Hastelloy C276 peuvent résister à l'environnement chimique durs, Assurer longtemps – opération à terme et minimisation du risque de fuites ou de défaillances. Dans les usines de production d'acide sulfurique, Les échangeurs de chaleur en Hastelloy C276 sont utilisés pour transférer la chaleur entre différents cours d'eau de processus tout en résistant aux effets corrosifs de l'acide sulfurique à diverses concentrations et températures.
Industrie du pétrole et du gaz
L'industrie pétrolière et gazière s'appuie également fortement sur Hastelloy C276. Il est utilisé dans les pipelines sous-marines, composants de la tête de puits, et valves. Les pipelines sous-marines doivent résister aux effets corrosifs de l'eau de mer, ainsi que toutes les substances corrosives présentes dans le pétrole ou le gaz transporté, comme le sulfure d'hydrogène (\(H_2s )) et chlorures. Hastelloy C276’s excellent corrosion resistance, including resistance to \(H_2s ) stress corrosion cracking, makes it a suitable material for these critical applications. Wellhead components, which are exposed to high – pression, corrosive fluids, also benefit from the use of Hastelloy C276 to ensure reliable operation in challenging downhole conditions.
Pollution Control
In pollution control applications, Hastelloy C276 is used in flue gas desulfurization (FGD) systèmes. FGD systems are designed to remove sulfur dioxide (\(SO_2\)) from the flue gases of power plants and industrial boilers. The process involves exposure to highly corrosive environments, including sulfuric acid mist and chloride – containing solutions. Hastelloy C276 is used in the construction of absorption towers, re – heaters, and fans in FGD systems due to its ability to resist corrosion in these aggressive conditions, thus ensuring the efficient and long – term operation of the pollution control equipment.
Industrie des pâtes et papier
In the pulp and paper industry, Hastelloy C276 is used in equipment that comes into contact with corrosive chemicals during the pulping and paper – making processes. Par exemple, in the digesters where wood chips are cooked with chemicals to break them down into pulp, the harsh chemical environment can cause severe corrosion. Hastelloy C276 is used in the construction of digester linings and other components to resist corrosion and maintain the integrity of the equipment. It is also used in bleach plants, where the presence of chlorine – based bleaching agents creates a highly corrosive atmosphere, and Hastelloy C276 can withstand these conditions better than many other materials.
Médicaments
The pharmaceutical industry requires materials that are both corrosion – resistant and meet strict purity standards. Hastelloy C276 is used in pharmaceutical processing vessels, tuyauterie, and fittings. In the production of drugs, the process often involves the use of corrosive chemicals and solvents. Hastelloy C276 ensures that the equipment does not corrode and contaminate the pharmaceutical products, while also maintaining its structural integrity over time. Its ability to be easily cleaned and sterilized also makes it suitable for use in pharmaceutical manufacturing facilities.
Transformation des aliments
In food processing, where hygiene and corrosion resistance are crucial, Hastelloy C276 is used in equipment such as heat exchangers, vannes, and piping. The food processing environment can be corrosive due to the presence of acidic or alkaline food products, agents de nettoyage, and sanitizers. Hastelloy C276’s corrosion resistance ensures that the equipment does not leach harmful substances into the food products, while also providing long – lasting performance. It can withstand the repeated cleaning and sanitization processes required in the food industry without corroding or degrading.
Aérospatial
Although less common than in some other industries, Hastelloy C276 can be used in certain aerospace applications. Par exemple, in components that are exposed to corrosive environments, such as in some parts of aircraft engines where hot, corrosive gases are present, or in aerospace fuel systems where the fuel may contain trace amounts of corrosive substances. Its high strength, résistance à la corrosion, and ability to maintain its properties at elevated temperatures make it a viable option for these specialized aerospace applications.
Applications marines
In marine applications, Hastelloy C276 is widely used. It is used in shipbuilding for components such as propeller shafts, seawater piping systems, and marine hardware. Seawater is a highly corrosive medium, containing salts, dissolved oxygen, and other corrosive agents. Hastelloy C276’s excellent corrosion resistance, especially its resistance to pitting and crevice corrosion in seawater, makes it a reliable choice for marine applications. Propeller shafts made of Hastelloy C276 can withstand the abrasive and corrosive forces of seawater, ensuring smooth operation of the ship’s propulsion system over long periods.
Techniques de fabrication
Fonderie
Casting is one of the methods used to shape Hastelloy C276. In this process, molten Hastelloy C276 is poured into a mold of the desired shape. The high melting point of the alloy requires careful control of the casting temperature. Casting can be used to produce complex – shaped components, such as some parts of chemical reactors or marine propellers. Cependant, it is important to ensure proper cooling and solidification to avoid defects such as porosity.
Forgeage
Forging involves shaping the Hastelloy C276 by applying compressive forces. This can be done hot (at elevated temperatures) or cold. Hot forging is often preferred as it allows for better formability due to the reduced strength of the material at high temperatures. Forged Hastelloy C276 components, such as shafts and gears, can have improved mechanical properties compared to cast components as the forging process can align the grain structure of the material, enhancing its strength and fatigue resistance.
Soudage
Welding Hastelloy C276 requires careful consideration. The alloy can be welded using common welding methods such as tungsten inert gas (Tig) soudage, gaz inerte métallique (MOI) soudage, and shielded metal arc welding (Sombrer). Cependant, due to its chemical composition, special precautions need to be taken. Par exemple, excessive heat input during welding should be avoided to prevent carbide precipitation, which can reduce the corrosion resistance of the welded joint. Poste – weld heat treatment may also be required in some cases to relieve stress and optimize the properties of the welded area.
Usinage
Machining Hastelloy C276 can be challenging due to its high strength and work – hardening characteristics. Special cutting tools and machining parameters are often required. Haut – speed steel or carbide – tipped tools are commonly used. Machining operations such as turning, fraisage, and drilling are used to create precise dimensions and features on Hastelloy C276 components, such as in the production of parts for the oil and gas industry or in the manufacturing of medical devices.
Traitement thermique
Heat treatment of Hastelloy C276 is mainly used to relieve stress, improve ductility, or control the microstructure. Annealing is a common heat treatment process. The alloy is typically annealed at temperatures around 1121 ° C (2050 ° F) and then rapidly quenched. This helps to dissolve any precipitates that may have formed during previous manufacturing processes and restores the material’s optimal properties, such as its corrosion resistance and ductility.
Travail au froid
Cold working involves deforming the Hastelloy C276 at room temperature. This process can increase the strength and hardness of the material through work – durcissement. Roulement froid, Par exemple, is used to produce sheets and strips of Hastelloy C276 with specific thicknesses and surface finishes. Cependant, excessive cold working can reduce the ductility of the material, so the process needs to be carefully controlled.
Travail chaud
Hot working is carried out at elevated temperatures above the recrystallization temperature of Hastelloy C276. This process allows for easier deformation of the material compared to cold working. Roulement chaud, forgeage, and extrusion are examples of hot – working processes. Hot working can improve the mechanical properties of the alloy by refining the grain structure and reducing internal stresses.
Traitement de surface
Surface treatment of Hastelloy C276 can be done to further enhance its corrosion resistance or to improve its appearance. Électroplaste, Par exemple, can be used to deposit a thin layer of a more corrosion – resistant metal on the surface of Hastelloy C276 components. Passivation is another common surface treatment method. In passivation, the surface of the alloy is treated with a chemical solution to form a thin, protective oxide layer, which can further improve its corrosion resistance.
Études de cas
Chemical Reactor Linings
A chemical plant was producing a variety of organic chemicals using highly corrosive reactants. The previous reactor linings, made of a different material, were experiencing frequent corrosion failures, leading to production downtime and costly repairs. After switching to Hastelloy C276 linings, the corrosion rate decreased significantly. In a five – période de l'année, the number of corrosion – related shutdowns dropped from an average of three per year to only one. The cost savings from reduced maintenance and increased production uptime were substantial, demonstrating the effectiveness of Hastelloy C276 in such a harsh chemical environment.
Oil Refinery Components
In an oil refinery, the components in the desalination unit were constantly exposed to a corrosive mixture of oil, eau, and salts. The original carbon – steel components were suffering from severe corrosion, with some parts needing to be replaced every few months. When these components were replaced with ones made of Hastelloy C276, the service life increased dramatically. The new components lasted for over three years without significant corrosion, reducing maintenance costs and ensuring more reliable operation of the desalination unit.
Flue Gas Desulfurization Systems
A power plant’s flue gas desulfurization system was experiencing corrosion problems in the absorption tower. The combination of sulfuric acid mist and chloride – containing solutions was causing rapid corrosion of the tower’s interior. After installing Hastelloy C276 panels in the absorption tower, the corrosion rate was reduced to a negligible level. The plant was able to operate the FGD system continuously for over four years without major maintenance due to corrosion, resulting in improved environmental performance and reduced operational costs.
Pulp Mill Equipment
A pulp mill was using equipment made of stainless steel in its digester and bleach plant. Cependant, the stainless steel was not able to withstand the highly corrosive chemicals used in the pulping and bleaching processes. After replacing the key components with Hastelloy C276, the equipment’s lifespan increased significantly. In the digester, the Hastelloy C276 linings lasted for more than five years, compared to less than two years for the previous stainless – steel linings. Cela a entraîné une réduction des coûts de remplacement de l'équipement et une efficacité de production accrue dans le moulin à pâte.
Navires de traitement pharmaceutique
Une entreprise pharmaceutique était confrontée à des problèmes de contamination de ses produits en raison de la corrosion des navires de transformation. Le matériau précédent utilisé n'était pas résistant aux solvants corrosifs et aux produits chimiques utilisés dans le médicament – procédure. Après être passé à Hastelloy C276, les navires de traitement, Le problème de la contamination a été éliminé. Les navires n'ont également montré aucun signe de corrosion après plusieurs années d'utilisation, Assurer la pureté et la qualité des produits pharmaceutiques et réduire le risque de rappels de produits.
Protection contre la corrosion maritime
Un chantier naval construisait un nouveau navire et voulait assurer longtemps – Protection de corrosion à terme pour son système de tuyauterie d'eau de mer. En utilisant des tuyaux Hastelloy C276, Ils ont pu empêcher la corrosion même dans le milieu marin dur. Sur un dix – période de l'année, Les tuyaux Hastelloy C276 n'ont montré aucun signe de piqûre ou de corrosion de crevasse, while other vessels in the same fleet with different piping materials experienced significant corrosion and required frequent repairs. This not only saved maintenance costs but also improved the overall reliability of the ship’s seawater systems.
