さまざまなハステロイ合金の最も包括的な紹介
ハステロイ合金
I.はじめに
ハステロイはニッケル基合金の一種です。 現在B、C、Gの3シリーズに分かれており、主に鉄系Cr-NiやCr-Ni-Moステンレス鋼、非金属材料などでは使用できない強腐食に使用されます。海外では石油、化学工業、環境保護、その他多くの分野で広く使用されています。 グレードと代表的な使用状況を下表に示します。
ハステロイグレード
ハステロイの耐食性と冷間および熱間加工特性を向上させるために、ハステロイは 3 つの主要な改良を加えました。 開発プロセスは次のとおりです。参考：
B シリーズ: B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3
C シリーズ: C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → C-2000(00Cr20Mo16)
G シリーズ: G → G-3 (00Cr22Ni48Mo7Cu) → G-30 (00Cr30Ni48Mo7Cu)
現在最も広く使用されている材料は、N10665 (B-2)、N10276 (C-276)、N06022 (C-22)、N06455 (C-4) および N06985 (ゴ-3）。 第 3 世代マテリアル N10675 (B-3)、N10629 (B-4)、および N06059 (C-59) はプロモーション段階にあります。 冶金技術の進歩により、近年、Mo を約 6% 含むいわゆる「スーパーステンレス鋼」のブランドが複数登場し、G シリーズ合金に取って代わり、G シリーズ合金の生産と使用が急速に減少しています。
2. ハステロイ合金の代表的な化学組成
材料の化学組成
Ni Cr Mo Fe C Si Co Mn PSWV Cu Nb+T
N10665 (B-2) 基数 1.0 26.0~30 以下 2.{{ 10}} 0以下。02 0以下。10 1.0以下 1.0以下0.04以上 0.03以下
N10276 (C-276) ベース 14.5~16.5 15.0~17.0 4.0~7.{{ 12}} 0 以下。01 {{20}} 以下。08 以下 2.5 以下1.0 以下 0.04 以下 0.03 3.0~ 4.5 0.035 以下
N06007 (G-3) 基数 21.0~23.5 6.0~ 8 .0 18.0~21 0.0以下15 1以下。0 5以下。 0 1.0以下 0.04以下 0.03以下 1.5 1.5~2.5 0.50以下
3. 機械的特性の参照:
ハステロイの機械的特性は非常に優れています。 高強度、高靭性の特性を持ち、機械加工が困難です。 また、ひずみ硬化傾向が極めて強い。 変形率が15%に達すると、ステンレス鋼の約18-8の2倍になります。 ハステロイには中温鋭敏化ゾーンもあり、変形速度の増加とともに鋭敏化傾向が高まります。 ハステロイは高温になると有害元素を吸収しやすくなり、機械的性質や耐食性が低下します。
4. 一般的に使用されるハステロイ合金
1: ハステロイB-2合金(ハステロイB-2合金)
1. 耐食性
ハステロイ B-2 合金は、炭素とシリコンの含有量が極めて低い Ni-Mo 合金です。 溶接部や熱影響部での炭化物やその他の相の析出を低減し、溶接条件下でも良好な耐食性を実現します。
周知のとおり、ハステロイ B-2 合金はさまざまな還元媒体中で優れた耐食性を備えており、常圧下であらゆる温度および塩酸濃度での腐食に耐えることができます。 非曝気中濃度の非酸化性硫酸、各種濃度のリン酸、高温酢酸、ギ酸などの有機酸、臭素酸、塩化水素ガスに対して優れた耐食性を示します。 同時に、ハロゲン触媒による腐食にも耐性があります。 したがって、ハステロイ B-2 合金は、通常、塩酸の蒸留や濃縮など、さまざまな過酷な石油および化学プロセスで使用されます。 エチルベンゼンのアルキル化、酢酸の低圧オキソ合成、その他の製造プロセス。
しかし、長年にわたるハステロイ B-2 合金の工業的応用において、次のことが判明しました。(1) ハステロイ B-2 合金には、粒界耐性に大きな影響を与える 2 つの鋭敏化ゾーンがあります。腐食：1200〜1300度の高温ゾーンと550度の鋭敏化ゾーン。 ~900度の中温ゾーン; (2) ハステロイ B-2 合金の溶接金属および熱影響部におけるデンドライト偏析により、金属間相および炭化物が粒界に沿って析出し、粒界腐食に対してより敏感になります。 (3) ハステロイ B-2 合金は中温での熱安定性に劣ります。 ハステロイ B-2 合金の鉄含有量が 2% 未満に低下すると、合金はベータ相 (規則的な金属間化合物である Ni4Mo 相) の変態を受けやすくなります。 合金が650～750度の温度範囲に少し長く留まると、瞬時に相が生成されます。 相の存在により、ハステロイ B-2 合金の靱性が低下し、応力腐食を受けやすくなり、さらには原材料の製造中 (熱間圧延プロセスなど)、ハステロイ B-2 合金が損傷する原因になります。機器の製造プロセス（ハステロイ B-2 合金機器の溶接後の全体的な熱処理など）および使用環境におけるハステロイ B-2 合金機器の亀裂。 現在、我が国および世界各国が定めているハステロイB-2合金の耐粒界腐食性の標準試験法は常圧沸騰塩酸法であり、評価方法は減量法となっています。 ハステロイB-2合金は塩酸腐食に耐性のある合金であるため、常圧沸騰塩酸法はハステロイB-2合金の粒界腐食傾向を試験するのに非常に鈍感です。 国内の科学研究機関は、高温塩酸法を使用してハステロイB-2合金を研究し、ハステロイB-2合金の耐食性は化学組成だけでなく、熱にも依存することを発見しました。処理制御プロセス。 熱処理プロセスが不適切に制御されると、ハステロイ B-2 合金の粒子が成長するだけでなく、粒子間に高 Mo σ 相が析出します。 この時点で、ハステロイ B-2 合金の粒界腐食に対する耐性は大幅に低下します。 高温塩酸試験では粗粒板と普通板では粒界エッチング深さが2倍程度異なっていた。
2. 物理的パフォーマンスのリファレンス
ハステロイB-2合金の物性を以下の表に示します。
密度：9.2g/cm3、融点：1330～1380度、透磁率：(度、RT) 1.001以下
物理的特性
温度（度） 比熱（J/kg-k） 熱伝導率（W/mk） 比抵抗（μΩcm） 弾性率（Gpa） 室温からTまでの熱膨張係数（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. 化学組成
化学組成
元素 Ni Cr Fe C Mn Si Cu Mo Co PS
最小証拠金 {{0}.4 1.6 26.0
最大 1.0 2.0 0.01 1.0 0.08 0.5 30.0 1.0 0 .02 0.010
4. 機械的性質
ハステロイ B-2 合金の一般的な機械的特性を次の 2 つの表に示します。
室温での最小機械的特性値 (DIN/ASTM 規格を参照)
製品形状 寸法(mm) {{0}}.2% 降伏強さ(Mpa) 1.0% 降伏強さ(Mpa) 引張強さ(Mpa) 伸び A5 % ブリネル硬さ HB 粒度(μm)
冷間圧延ストリップ 5 340 380 755 40 250 127 以下
熱間圧延板 5~65 214
ロッド325 370 745 - -
チューブ340 360 755 - -
ASTM 規格 350 - 760 241 同上
高温における最小機械的特性値
製品形状 {{0}}.2% 耐力 (Mpa) 度 1.0% 耐力 (Mpa) 度
100 200 300 400 100 200 300 400
ボード315 285 270 255 355 325 310 295
チューブ
ロッド300 275 255 240 340 315 300 285
5. 製造と熱処理
1: 加熱
ハステロイ B{{0}} 合金の場合、加熱前および加熱中に表面が清潔に保たれ、汚染物質がないことが非常に重要です。 ハステロイ B-2 合金は、硫黄、リン、鉛、またはその他の低融点金属汚染物質を含む環境で加熱すると脆くなります。 これらの汚染物質の主な発生源には、マーカーの跡、温度を示す塗料、グリースや液体、煙などがあります。 この排ガスには低硫黄分が含まれていなければなりません。 例: 天然ガスと液化石油ガスの硫黄含有量は 0.1% を超えず、都市大気の硫黄含有量は 0.25g/m3 を超えず、燃料の硫黄含有量は 0.25g/m3 を超えません。 0.5%を超えないオイルは適格です。
加熱炉のガス環境は中性環境または軽還元環境であることが要求され、酸化性と還元性の間で変動することはできません。 炉内の炎はハステロイ B-2 合金に直接影響を与えることはできません。 同時に、材料を最速の加熱速度で必要な温度まで加熱する必要があります。つまり、まず加熱炉の温度を必要な温度まで上げてから、材料を炉に入れて加熱する必要があります。 。
2: 熱処理
ハステロイB-2合金は900〜1160度の範囲で熱間加工が可能で、加工後は水で急冷する必要があります。 最高の耐食性を確保するには、熱間加工後に焼きなましを行う必要があります。
3: 冷間加工
冷間加工されたハステロイ B-2 合金は溶体化処理を受ける必要があります。 オーステナイト系ステンレス鋼よりも加工硬化率がはるかに高いため、成形設備については慎重に検討する必要があります。 冷間成形加工を行う場合は、中間焼鈍が必要です。
冷間加工変形が15%を超える場合は、使用前に溶体化処理が必要となります。
4: 熱処理
最高の耐食性を得るには、溶体化熱処理温度を 1060 ～ 1080 度に制御し、材料の厚さが 1.5 mm 以上の場合は水冷焼入れまたは急速空冷を行う必要があります。 加熱操作中は、材料の表面をきれいにするために予防措置を講じる必要があります。 ハステロイ材料や装置部品を熱処理する際には、次の点に注意する必要があります。 装置部品の熱処理変形を防ぐために、ステンレス鋼の補強リングを使用する必要があります。 炉の装入温度、加熱および冷却時間は厳密に制御する必要があります。 炉に装填する前に、熱処理部品の熱亀裂の発生を防ぐために前処理が行われます。 熱処理後の熱処理部品は 100% PT になります。 熱処理プロセス中に熱亀裂が発生し、研磨して除去した後に修復する必要がある場合は、特別な修復溶接プロセスを使用する必要があります。
5:スケール除去
ハステロイ B-2 合金の表面の酸化物や溶接部付近の汚れは、目の細かい砥石で研磨して除去する必要があります。
ハステロイ B-2 合金は酸化媒体に対して比較的敏感であるため、酸洗いプロセス中により多くの窒素含有ガスが生成されます。
6: 機械加工
ハステロイ B-2 合金は焼きなまし状態で機械加工する必要があり、その加工硬化について明確に理解する必要があります。 例えば、標準的なオーステナイト系ステンレス鋼と比較して、表面切削速度を遅くし、表面の硬化層を利用する必要があります。 送り量が大きくなり、工具の連続作業状態が持続します。
ハステロイ B-2 合金の溶接金属と熱影響部は、相が析出しやすいため Mo が少なく、粒界腐食が起こりやすいです。 したがって、ハステロイ B-2 合金の溶接プロセスは慎重に定式化され、厳密に管理される必要があります。 一般的な溶接プロセスは次のとおりです。溶接材料は ERNiMo-7 です。 溶接方法はGTAWです。 中間層温度は120度以下に制御されます。 溶接ワイヤ径はφ2.4、φ3.2。 溶接電流は90~150Aです。 同時に、溶接前に、溶接ワイヤ、溶接部分の開先および隣接部分を除染および脱脂する必要があります。
ハステロイ B-2 合金の熱伝導率は鋼の熱伝導率よりもはるかに小さいです。 単一の V 字型溝を選択した場合、溝の角度は約 70 度にし、より低い入熱量を使用する必要があります。
溶接後の熱処理により残留応力が除去され、耐応力腐食割れ性が向上します。
2: ハステロイC-276
1. 耐食性
ハステロイ C-276 金属は、ニッケル-モリブデン-クロム-鉄-タングステンのニッケルベースの合金です。 現代の金属材料の中で最も耐食性の高いものの一つです。 主に湿潤塩素、各種酸化性塩化物、塩化物塩溶液、硫酸および酸化性塩に対して耐性があり、低温および中温塩酸に対して良好な耐食性を示します。 したがって、過去 30 年間、化学工業、石油化学工業、排煙脱硫、紙パルプ製造、環境保護、その他の産業分野などの過酷な腐食環境で広く使用されてきました。
ハステロイ C-27 ニッケル基合金のさまざまな腐食データは典型的なものですが、特に未知の環境では仕様として使用できず、材料はテスト後に選択する必要があります。 ハステロイ C-27 ニッケル基合金には、高温の濃硝酸などの強い酸化環境での腐食に耐えるのに十分な Cr がありません。 この合金の製造は、主に化学プロセス環境、特に排煙脱硫システムの排出管など、混合酸が存在する環境向けに行われます。 次の表は、異なる環境における 4 つの合金の腐食比較を示しています。
テストの様子。 （すべての溶接サンプルは自生タングステンアーク溶接を採用しています）
異なる環境における 4 つの金属の比較腐食試験
試験環境（沸騰） 腐食速度（mm/）
通常 316 AL-6XN Inconel625 C-276
基礎金属試験片 溶接試験片 基礎金属試験片 溶接試験片 基礎金属試験片 基礎金属試験片 溶接試験片
20% 酢酸 0.003 0.003 0.0036 0.0018 0.0076 0.013 0.006
45% ギ酸 0.277 0.262 0.116 0.142 0.13 0.07 0.049
10% シュウ酸 1.02 0.991 0.277 0.274 0.15 0.29 0.259
20% リン酸 0.177 0.155 0.007 0.006 0.001 0.001 0.0006
10% スルファミン酸 1.62 1.58 0.751 0.381 0.12 0.07 0.061
10% 硫酸 9.44 9.44 2.14 2.34 0.64 0.35 0.503
10% 重炭酸ナトリウム 1.06 1.06 0.609 0.344 0.10 0.07 0.055
