Hastelloy C-4 versus C-276: voordeel op het gebied van thermische stabiliteit voor gelaste chemische procesapparatuur

Wat zijn Hastelloy C-4 en C-276, en hoe verschillen hun composities?

C-4 en C-276 hebben een vrijwel identiek chroom- en molybdeengehalte (elk 16%), maar C-276 voegt 4% wolfraam toe en vervoert meer ijzer en kobalt, terwijl C-4 een kleine toevoeging van titanium toevoegt en ijzer vasthoudt tot een strikter maximum van 3% - verschillen die op papier klein lijken, maar bepalen hoe de korrelgrenzen van elke legering zich gedragen bij verhitting tijdens het lassen.

Bron: Haynes International nominale samenstellingsgegevensbladen voor HASTELLOY C-4 en C-276 legeringen.

Beide legeringen zijn ultra-laag-koolstof (0,01% max.) en ultra-laag-silicium (0,08% max.) nikkel-chroom-molybdeenlegeringen - de combinatie die C-276 voor het eerst beroemd maakte in de jaren zestig als het materiaal waarmee ingenieurs een Ni-Cr-Mo-legering zonder de intergranulaire corrosieproblemen te veroorzaken die eerdere nikkellegeringen met een hoger-koolstofgehalte teisterden. C-4 werd daarna speciaal ontwikkeld om nog een stap verder te gaan: door wolfraam te verwijderen en het ijzergehalte te verhogen, ontwikkelde Haynes International een legering die, in zijn eigen woorden, "de meest microstructureel stabiele van de veelgebruikte nikkel-chroom-molybdeenmaterialen" is.

Waarom is thermische stabiliteit belangrijk voor -gelaste chemische procesapparatuur?

Bij het lassen wordt het metaal naast de las - de hitte-getroffen zone (HAZ) - verwarmd tot een temperatuurbereik waar chroom, molybdeen en wolfraam uit de vaste oplossing kunnen neerslaan als deeltjes in de tweede- fase langs korrelgrenzen, waardoor het omringende metaal lokaal wordt ontdaan van de elementen die de legering zijn corrosieweerstand geven en een pad ontstaat dat- gevoelig is voor corrosie, precies daar waar de apparatuur zich het meest waarschijnlijk zal bevinden in spanning.

Dit proces - dat gewoonlijk sensibilisering wordt genoemd wanneer het plaatsvindt in austenitisch roestvast staal, en in bredere zin bekend staat als korrel-grens- of intermetallische precipitatie in nikkellegeringen -, vereist geen fout. Elke multi-las, elke dikke- reparatie van secties en elke veldlas die wordt gemaakt zonder dat er een oven in de buurt is, stelt een deel van de HAZ gedurende enige tijd bloot aan het temperatuurbereik van de gevaarlijke- zone.

De vraag die er eigenlijk toe doet voor fabrikanten en eigenaren van activa is niet of die blootstelling plaatsvindt, maar hoeveel tijd het bij temperatuur duurt voordat de neerslag een schadelijke diepte bereikt. Dat is precies wat tijd-temperatuur-temperatuursensitisatie (TTS) gegevens meten, en het is het allerbelangrijkste technische feit dat C-4 scheidt van C-276 in gebruik zoals gelast.

Hoe zijn C-4 en C-276 vergelijkbaar wat betreft tijd-temperatuursensibilisatiegedrag?

C-4 moet gedurende twee volledige uren op de meest kritische temperatuur (825 graden / 1517 graden F) worden gehouden voordat de graan-grensaanval een schadelijke diepte van 0,05 mm bereikt in de ASTM G28A-test; C-276 bereikt dezelfde schade na slechts 3 minuten bij temperaturen tussen 925 graden en 1.050 graden (1.697-1.922 graden F) - een verschil van ongeveer 40x in de tijd die beschikbaar is voordat schade optreedt.

Bron: Haynes International tijd-temperatuur-sensibilisatie (T-T-S) grafiek, HASTELLOY C-4 legeringsgegevensblad, getest in de ASTM G28A kokende ijzersulfaat/zwavelzuuroplossing.

Haynes International vermeldt deze afweging-rechtstreeks: "tijdens het lassen is de warmte-inbreng belangrijk in het geval van een C-276-legering, maar van weinig belang in het geval van een C-4-legering." In praktische termen bevindt de TTS-"neus" van de C-276 - het snelste punt op zijn neerslagcurve - zich op slechts 3 minuten, een venster waar een enkele las op een middelmatig dik gedeelte doorheen kan gaan tijdens normale luchtkoeling.

De neus van C-4 bevindt zich op 2 uur, een tijdsduur die bij gewone boog-warmte-inbreng bij booglassen in wezen niet kan worden bereikt zonder een opzettelijke, langdurige blootstelling aan de oven. Dat is de reden dat C-4 vaak wordt gespecificeerd voor schepen met een dikke- sectie, reparaties in het veld met meerdere- passages en elke klus waarbij de warmte-inbreng en interpass-temperatuur van een lasser niet kunnen worden gemeten en pass-by-pass kunnen worden afgedwongen.

Welke legering biedt een betere lokale weerstand tegen corrosie - in de toestand-bij levering?

In de oplossing-gegloeide, ongelaste toestand,C276presteert eigenlijk beter dan C-4 op de standaard pitting- en spleetbenchmarks - de toevoeging van wolfraam verhoogt de kritische puttemperatuur tot 150 graden versus C-4's 100 graden - wat precies de legeringsstrategie is die het thermische stabiliteitsvoordeel van C-4 teniet doet.

Bron: Haynes International kritische put-/spleettemperatuurgegevens (verzuurd 6% FeCl3, ASTM G48) en gegevens over spannings-{3}}corrosiescheuren (koken 45% MgCl2, ASTM G36), HASTELLOY C-4 en C-276 legeringsgegevensbladen.

Hetzelfde patroon geldt in de strengere 'Green Death'-puttest van Haynes (11,5% H2SO4 + 1.2% HCl + 1% FeCl3 + 1% CuCl2): C-4 vertoont eerst putvorming bij 85 graden, terwijl C-276 weerstand biedt aan putvorming tot aan het kookpunt van de oplossing. Dit is het centrale uitgangspunt van het artikel: wolfraam verbetert meetbaar de weerstand van C-276 tegen chloride-gedreven put- en spleetaantasting in goed opgelost-gegloeid materiaal -, maar het is ook de legeringstoevoeging die het meest verantwoordelijk is voor de veel snellere neerslagkinetiek van C-276 in de secundaire fase, en dus voor de smallere tolerantie voor laswarmte-invoer. Geen van beide legeringen is simpelweg "beter"; elk optimaliseert een ander eigendom ten koste van de ander.

Hoe beïnvloedt lassen de corrosieweerstand in de praktijk?

Haynes International publiceert een speciale vergelijking van las-metaal-versus-gesmeed-basis-metaalcorrosievergelijking specifiek voor C-276, waaruit blijkt dat lasmetaal in de buurt komt van, maar meetbaar hoger dan, gesmeed basismetaal in belangrijke zuren - terwijl er geen equivalente tabel bestaat voor C-4, consistent met een chemie die niet gevoelig wordt onder normale laswarmte-inbreng en daarom geen aparte tabel nodig heeft lasmetaalkwalificatie.

Bron: Haynes International alle-las-metaal (multi-passage GMAW kruisvormig) vs. gesmede basis-metaalcorrosiegegevens, gegevensblad van HASTELLOY C-276-legering.

De kloof tussen het lasmetaal van C-276 en het gesmeed basismetaal is bescheiden bij deze gematigde temperaturen - typisch 2-4x, niet catastrofaal - maar het is reëel, en het is de reden dat lasprocedurespecificaties (WPS) voor C-276-drukapparatuur routinematig maximale interpass-temperatuurlimieten, gecontroleerde warmte-inbreng en multi-pass stringer-bead-techniek op dikke secties vereisen. Voor C-4 leggen de fabricagerichtlijnen van Haynes geen vergelijkbare warmte-inbrengdiscipline op specifiek om de corrosieweerstand te beschermen, omdat de chemie van de legering de warmte-inbreng geen zinvolle hefboom geeft om over te trekken.

Hoe verhouden C-4 en C-276 zich qua bulkzuurresistentie - HCl en zwavelzuur?

Haynes International beschrijft dat C-4 "vrijwel dezelfde corrosieweerstand" heeft als C-276, en dat geldt ook voor zoutzuur - maar gepubliceerde gegevens over kokend zwavelzuur tonen aan dat C-276 aanzienlijk lagere corrosiesnelheden heeft, ongeveer de helft van die van C-4, over het concentratiebereik van 10-30%.

Bron: Haynes International zoutzuur- en zwavelzuurcorrosietabellen, HASTELLOY C-4 en C-276 legeringsgegevensbladen.

Dit is een nuttige, door data-ondersteunde correctie op de gebruikelijke afkorting dat C-4 "gewoon een beter lasbare C-276" is. Specifiek voor verdund-tot-matig kokend zwavelzuur is C-276 de beter presterende legering in de juiste oplossingsgegloeide of correct gelaste toestand. Het echte voordeel van C-4 is niet de weerstand tegen ruwe zuren; het is de garantie dat de weerstand van de legering niet zal verslechteren in de HAZ, ongeacht hoe de apparatuur is gelast.

Geen van beide legeringen is bedoeld voor gebruik met sterk oxiderende zuren: Haynes publiceert helemaal geen salpeterzuurtabel voor C-4, en de eigen salpeterzuurgegevens van C-276 laten zien dat de corrosiesnelheid scherp stijgt bij hogere concentraties en temperaturen (18,42 mm/j bij 60% kookpunt, 22,12 mm/j bij 65% kookpunt) - beide legeringen moeten worden uitgesloten voor kokend, geconcentreerd salpeterzuur. Waar oxidatie of gemengd salpeterzuur de drijvende kracht is, zijn legeringen met een hoger chroomgehalte, zoals G-30, G-35 of C-22, de geschiktere specificatie.

Hoe zijn mechanische eigenschappen en fabricagekenmerken met elkaar te vergelijken?

C-4 en C-276 delen in wezen dezelfde sterkteklasse en beide worden gewalst-gegloeid geleverd zonder dat er na het lassen een warmtebehandeling nodig is voor corrosieprestaties, maar C-4 gloeien en smeden heet bij een iets lagere temperatuur en zijn niet verkrijgbaar als smeedstukken, terwijl C-276 dat wel is.

Bron: Haynes International trek-, hardheids- en fabricagegegevens, HASTELLOY C-4 en C-276 legeringsgegevensbladen.

Welke ASTM-, ASME- en industrienormen zijn van toepassing op C-4 en C-276?

C-4 en C-276 delen vrijwel parallelle ASTM/ASME-productvormspecificaties voor plaat, staaf en buis, maar ze lopen uiteen op twee punten die de moeite waard zijn om te markeren in een aanbestedingsspecificatie: C-276 heeft een speciale smeedstukspecificatie en NACE MR0175/ISO 15156 zure service-kwalificatie, terwijl de gepubliceerde specificatietabel van C-4 geen van beide vermeldt.

Bron: Haynes International-tabellen "Specificaties en codes", HASTELLOY C-4 en C-276 legeringsgegevensbladen.

Welke legering moet u opgeven voor -gelaste chemische procesapparatuur?

Specificeer C-4 waar de warmte-inbreng van het lassen niet nauwgezet kan worden gemeten en gecontroleerd - veldlassen met dikke- secties, meer- reparaties en werkplaatsen zonder gekwalificeerde procedures met lage- warmte- warmte-invoer; specificeer C-276 waar smeedstukken nodig zijn, waar lasprocedures in de werkplaats gekwalificeerd zijn en de warmte-invoer-gecontroleerd wordt, of waar de hogere kritische puttemperatuur en de lagere kook-zwavelzuurcorrosiesnelheid een meetbaar voordeel op de levensduur opleveren.

Kies C-4 voor:Vaten en leidingen met dikke- secties zijn gefabriceerd met meerdere laspassages, waarbij de cumulatieve blootstelling aan HAZ-hitte moeilijk te beperken is.

Kies C-4 voor:Reparatielassen op locatie waarbij de temperatuur en de warmte-inbreng van de tussendoorgang niet kunnen worden geïnstrumenteerd en afgedwongen zoals in een gecontroleerde werkplaats.

Kies C-4 voor:Apparatuur die mogelijk incidenteel wordt blootgesteld in het bereik van 650-1050 graden (bijvoorbeeld in de buurt van ovens of tijdens verstoorde omstandigheden), waarbij weerstand tegen sensibilisatie tijdens gebruik net zo belangrijk is als sensibilisatie tijdens het gebruik.

Kies C-276 voor:Gesmede componenten - flenzen, fittingen, kleplichamen - aangezien C-276 een ASTM B564-smeedwerkspecificatie heeft en C-4 niet.

Kies C-276 voor:Winkel-gefabriceerde apparatuur met een gekwalificeerde lasprocedurespecificatie met lage-warmte-input (WPS) en gecontroleerde interpasstemperatuur, waarbij het sensibilisatierisico van de C-276 goed wordt beheerd.

Kies C-276 voor:Kokend, verdund-tot-matig (10-30%) zwavelzuur en omgevingen met ernstige chlorideputvorming, waarbij de meetbaar lagere corrosiesnelheid en hogere CPT/CCT zich vertalen in een langere levensduur.

Kies C-276 voor:Zure-service-toepassingen (NACE MR0175/ISO 15156), waarbij C-276 de expliciete kwalificatie draagt ​​en C-4 niet.

In beide gevallen is het onderliggende technische principe hetzelfde als wat Haynes International rechtstreeks voor C-4 stelt: microstructurele stabiliteit bepaalt of de warmte-inbreng een variabele is die je moet beheersen of die je grotendeels kunt negeren. Wanneer de lasomstandigheden goed onder controle zijn, doet die variabele er minder toe, en de bredere set eigenschappen en de ruimere beschikbaarheid van C-276 maken het vaak de economischere, corrosiebestendigere keuze. Waar de lasomstandigheden niet strak gecontroleerd kunnen worden, elimineert de thermische stabiliteit van de C-4 de grootste bron van risico op corrosie tijdens het lassen.

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is het belangrijkste verschil tussen Hastelloy C-4 en C-276?

A: C-276 (UNS N10276) voegt 4% wolfraam en iets meer ijzer toe dan C-4 (UNS N06455), wat C-276 een hogere weerstand tegen putjes en spleten geeft in oplossing-gegloeide toestand, maar het veel gevoeliger maakt voor snelle neerslag op de korrelgrens bij verhitting tijdens het lassen. C-4 verwijdert wolfraam en is, in de woorden van Haynes International, de meest microstructureel stabiele van de veelgebruikte nikkel-chroom-molybdeenlegeringen.

Vraag: Waarom wordt C-4 als beter beschouwd voor lasapparatuur dan C-276?

A: Omdat C-4 bij de meest kritische temperatuur (825 graden) 2 uur nodig heeft voordat de aanval op de korrelgrens een schadelijke diepte bereikt, terwijl C-276 dezelfde schade in slechts 3 minuten aanricht tussen 925 en 1050 graden. Dat verschil van grofweg 40x betekent dat de controle van de warmte-inbreng bij het lassen van cruciaal belang is voor C-276, maar van weinig belang voor C-4.

Vraag: Heeft C-4 of C-276 over het algemeen een betere corrosieweerstand?

A: Geen van beide is categorisch beter. C-276 heeft een hogere kritische puttemperatuur (150 graden vs.. 100 graden voor C-4) en lagere corrosiesnelheden in kokend verdund zwavelzuur, maar alleen als de warmte-inbreng bij het lassen onder controle wordt gehouden. C-4 levert in wezen dezelfde corrosieweerstand als gelaste toestand als zijn gesmeed, ongelaste toestand, ongeacht de lasprocedure.

Vraag: Hebben C-4 en C-276 een warmtebehandeling na het lassen nodig?

A: Geen van beide legeringen vereist een warmtebehandeling na- het lassen voor corrosiebestendigheid onder normale lasomstandigheden; beide worden wals-gegloeid geleverd. De fabricageprocedures voor de C-276 specificeren echter doorgaans gecontroleerde warmte-inbreng en temperatuurlimieten om sensibilisatie op dikke secties te voorkomen; een voorzorgsmaatregel vereist C-4 niet.

Vraag: Kan Hastelloy C-4 worden gebruikt waar smeedstukken vereist zijn?

A: Niet volgens de gepubliceerde specificatietabel van Haynes International, waarin geen smeedstukkenspecificaties voor C-4 staan. C-276 beschikt over ASTM/ASME B564/SB564 voor smeedstukken, waardoor het de juiste keuze is voor gesmede fittingen, flenzen en kleplichamen.

Vraag: Zijn C-4 en C-276 geschikt voor salpeterzuur?

A: Nee. Haynes International publiceert geen salpeterzuurcorrosiegegevens voor C-4, en gepubliceerde C-276-gegevens laten zien dat de corrosiesnelheid scherp stijgt in geconcentreerd, kokend salpeterzuur (meer dan 18 mm/j bij 60% kookpunt). Voor oxiderende of gemengde salpeterzuurtoepassingen zijn legeringen met een hoger chroomgehalte, zoals G-30, G-35 of C-22, beter geschikt.

Vraag: Welke lasprocessen en vulmetalen worden gebruikt voor C-4 en C-276?

A: Beide legeringen zijn zeer geschikt voor GTAW, GMAW en SMAW. C-4 maakt gebruik van bijpassende ERNiCrMo-7 (blanke draad) en ENiCrMo-7 (gecoate elektrode) vulmetalen; C-276 maakt gebruik van ERNiCrMo-4 en ENiCrMo-4.