Hastelloy C4 és un aliatge de níquel que té estabilitat tèrmica i resistència a la corrosió en ambients agressius. Com un dels aliatges de níquel estructuralment més estables, manté les seves propietats fins i tot després d'una exposició prolongada a altes temperatures, cosa que el fa inestimable per a aplicacions de processament químic.
Aquest article presenta una visió general completa de la composició química, les propietats físiques i mecàniques, la resistència a la corrosió i les aplicacions d'Hastelloy C4.
Hastelloy C4 Composició química
Hastelloy C4 és un aliatge de níquel forjat per proporcionar rendiment en ambients corrosius. La composició es caracteritza pel seu baix contingut en carboni i silici, que redueix significativament el risc de precipitació de carburs i la posterior corrosió intergranular en estructures soldades.
La composició química nominal de Hastelloy C4 es descriu a la taula següent:
|
Composició |
Contingut (%) |
|
Níquel (Ni) |
Saldo (aproximadament el 65%) |
|
Crom (Cr) |
14-18 |
|
Molibdè (Mo) |
14-17 |
|
Ferro (Fe) |
3 màx |
|
Cobalt (Co) |
2 màx |
|
Titani (Ti) |
0,7 màx |
|
Manganès (Mn) |
1 màx |
|
Silici (Si) |
0,08 màx |
|
Carboni (C) |
0,015 màx |
|
Fòsfor (P) |
0,04 màx |
|
Sofre (S) |
0,03 màx |
L'omissió estratègica del tungstè distingeix Hastelloy C4 dels aliatges anteriors com el C276, mentre que el contingut de ferro significativament reduït millora l'estabilitat tèrmica minimitzant la formació de fase intermetàl·lica perjudicial durant l'exposició prolongada a altes -temperatura.
Hastelloy C4 Propietats físiques
Propietats físiques d'Hastelloy C4 característiques dels aliatges de níquel-crom-molibdè:
Taula: Propietats físiques de Hastelloy C4
|
Propietat |
Valor |
Condicions/Notes |
|
Densitat |
8,64 g/cm³ (0,312 lb/in³) |
A 20 graus |
|
Punt de fusió |
1335-1380 graus (2435-2516 graus F) |
- |
|
Capacitat calorífica específica |
408 J/kg· grau |
A 100 graus |
|
Conductivitat tèrmica |
10.1 W/m·K |
A 100 graus |
|
Coeficient d'expansió tèrmica |
10,9 × 10⁻⁶/grau |
20-100 graus (coeficient mitjà) |
|
Resistivitat elèctrica |
1,25 μΩ·cm |
A 20 graus |
|
Mòdul d'elasticitat |
211 GPa (30,8 × 10³ ksi) |
En tensió, a 20 graus |
|
Mòdul de rigidesa |
78,6 GPa (11,4 × 10³ ksi) |
A 20 graus |
La conductivitat tèrmica relativament baixa i el coeficient d'expansió tèrmica moderat de Hastelloy C4. L'alta resistivitat elèctrica contribueix a les seves bones característiques de soldadura en comparació amb els materials més conductors.
Hastelloy C4 Propietats mecàniques
Propietats mecàniques de temperatura ambient
En condicions de recuit, Hastelloy C-4 sol presentar:
Resistència a la tracció: 690-860 MPa (100-125 ksi)
Resistència de rendiment (0,2% de compensació): superior o igual a 275 MPa (superior o igual a 40 ksi)
Elongació: superior o igual al 40% en 2 polzades
Reducció de superfície: aproximadament un 50%
Duresa: inferior o igual a 217 HB (Brinell) o inferior o igual a 95 HRB (Rockwell B)
L'aliatge manté una ductilitat i una duresa remarcables fins i tot a temperatures criogèniques de fins a -196 graus, amb valors d'impacte de l'osca en V de Charpy que solen superar els 120 J tant a temperatura ambient com a -196 graus.
Propietats de temperatura elevada
Hastelloy C4 té una estabilitat tèrmica excepcional, conservant propietats mecàniques útils a temperatures de fins a 1040 graus. L'aliatge manté una bona ductilitat i resistència a la corrosió fins i tot després d'un envelliment llarg-a 650-1040 graus.
Propietats de resistència a la corrosió
La resistència a la corrosió de Hastelloy C4 representa el seu atribut més valuós, amb un rendiment demostrat en diversos entorns corrosius:
Corrosió uniforme
Hastelloy C-4 presenta una resistència excepcional a un ampli espectre de mitjans corrosius, incloent:
Àcids minerals contaminats en calent (àcids sulfúric, clorhídric, fosfòric)
Clorurs orgànics i inorgànics, clor gasós sec
Àcids fòrmics i acètics, anhídrid acètic
Dissolvents, aigua de mar i solucions de salmorra
L'aliatge demostra un rendiment particularment bo en entorns altament oxidants, on pot superar el C-276. Tanmateix, en medis fortament reductors com l'àcid clorhídric, el C-276 normalment mostra una millor resistència.
Corrosió localitzada
L'alt contingut de molibdè (14-17%) proporciona una excel·lent resistència a la corrosió per picats i esquerdes en entorns que contenen clorur. Això fa que Hastelloy C-4 sigui adequat per a aplicacions en aigua de mar, aigua salobre i processos químics que involucren catalitzadors de clorur o contaminants.
El contingut de carboni ultra-baix (menor o igual al 0,015%) millora significativament la resistència a la sensibilització i la corrosió intergranular posterior. Aquest atribut crític minimitza la formació de carburs de límit de gra a les zones afectades per la calor de soldadura-, permetent que l'aliatge s'utilitzi en la condició de-soldat per a la majoria d'aplicacions de processos químics sense requerir un recuit posterior a la solució de-soldadura.
La investigació ha demostrat que les juntes Hastelloy C4 soldades correctament poden presentar una resistència a la corrosió comparable o fins i tot superior al metall base, amb taxes de corrosió tan baixes com 5,03 mm/any en proves de corrosió intergranular estandarditzades.
Estabilitat tèrmica i característiques microestructurals
Hastelloy C4 es va formular específicament per millorar l'estabilitat tèrmica en comparació amb els aliatges de níquel anteriors. Els controls estratègics de la composició minimitzen la formació de fases intermetàl·liques i carburs perjudicials durant l'exposició prolongada a altes temperatures.
L'aliatge presenta una estructura austenítica cúbica-centrada (FCC) que es manté estable en tot el seu rang de temperatures útils. Aquesta estabilitat microestructural garanteix un rendiment constant en aplicacions d'alta-temperatura, com ara sistemes de desulfuració de gasos de combustió, equips de processament químic i instal·lacions de reprocessament de combustible nuclear on el cicle tèrmic és habitual.
Característiques de fabricació i processament
Soldadura
Hastelloy C4 té una bona soldabilitat mitjançant tècniques comunes de soldadura per fusió, com ara:
Soldadura per arc de tungstè de gas (GTAW/TIG)
Soldadura per arc de metall amb gas (GMAW/MIG)
Soldadura per arc de plasma
Soldadura per arc de metall blindat (SMAW)
Les pràctiques recomanades inclouen:
Utilitzant metalls d'aportació de composició coincidents (ERNiCrMo-7) o productes de soldadura Hastelloy C-4 dedicats.
Manteniment de l'entrada de calor baixa amb temperatures interpass inferiors a 150 graus.
Assegureu-vos que el material estigui en condicions de recuit abans de la-soldadura.
Neteja adequada per eliminar contaminants.
Tractament tèrmic
Hastelloy C4 normalment es subministra en la solució-condició de recuit per optimitzar la resistència a la corrosió. L'aliatge no es pot reforçar només amb tractament tèrmic, ja que no pateix enduriment per precipitació.
Treball en fred i calent
Treball en calent: rang de temperatura recomanat de 1080-900 graus amb un refredament ràpid després del processament.
Treball en fred: requereix una potència més gran que els acers inoxidables austenítics a causa de la major taxa d'enduriment per treball; pot ser necessari un recuit intermedi per a deformacions greus.
