هستلوی (Hastealloy)
اکثر سوپرآلیاژهای فولادی بر پایه نیکل در مقابل خوردگی مقاومت بالایی دارند که هستلوی بهترین آنهاست. هستلوی یکی از آلیاژهای بسیار مقاوم فولاد است که از ترکیب آلیاژهای مختلف ساخته می شود. تقریباً ساختاری شبیه به آلیاژ اینکونل دارد. این آلیاژ مقاومت بالایی در دماهای بالا، در برابر خوردگی و اکسیداسیون از خود نشان می دهد. ترکیبات اصلی این محصول فولادی شامل کروم، مولیبدن و نیکل است. عامل اصلی مقاومت بالای این آلیاژ در دماهای بالا نیز وجود مولیبدن می باشد. این عنصر علاوه بر افزایش مقاومت هستلوی، آن را برای جوشکاری هم ایده آل می کند. این سوپرآلیاژ از نیکل و درصدهای کوچک تعداد زیادی عنصر دیگر تشکیل می شود. مقاومت این آلیاژ در مقابل خوردگی طی کارکرد در شرایط مختلف بسیار بالا بوده و برای تحمل تنش های شدید و دماهای بالا مناسب است. علاوه بر مقاومت بالایی که این آلیاژ در مقابل انواع خوردگی از خود نشان می دهد، قطعات ساخته شده از این آلیاژ فلزی در مصارف شیمیایی متعددی که می تواند فلزات را اکسید کند نیز عملکرد بهینه ای دارند. دیگر عناصر مانند کروم یا مولیبدن به پروفیل های این آلیاژ اضافه می شوند که از استحکام برتر این آلیاژ اطمینان حاصل شود.
کاربردهای هستلوی
هستلوی به فرم های متنوعی از جمله شفت، صفحه، ورق و حلقه می آید. بدون در نظر گرفتن شکل این آلیاژ، می توان از توان بالای این سوپرآلیاژ در دمای بالا در محیط یا خلا که از نظر شیمیایی استاتیک هستند یاد کرد. در مصارفی که شرایط ایجاد خوردگی مهیا است معمولا از هستلوی استفاده می شود زیرا نسبت قیمت هستلوی به کارکرد این آلیاژ برای کاربران بسیار جذاب است. آلیاژ هستلوی از هر آلیاژ دیگری از جمله نیکل ـ کروم ـ مولیبدن از نظر در اختیار گذاشتن مقاومت در برابر خوردگی قابل اطمینان تر است. در برخی محیط های خورنده فقط تانتالین می تواند نسبت قیمت به کارکرد بهتری را در اختیار بگذارد. اندازه کردن این آلیاژ فاکتوری تعیین کننده است در استفاده از قطعات ساخته شده از هستلوی در مصارف مختلف است. معمولا از عملیات الکتروپولیش به عنوان روش اندازه سازی این آلیاژ استفاده می شود زیرا این روش مقدار ثابتی از ماده را از سطح اجسام حتی با اشکال پیچیده جدا می کند. این روش باعث می شود اندازه سازی قطعات بدون احتیاج به تغییر شکل یا نسبت ابعاد انجام شود. تولید هستلوی فرآیندی پیچیده است که شامل مخلوط کردن تعداد زیادی از عناصر از جمله تنگستن، کربن، تیتانیوم، آلومینیوم، منگنز، مس، کبالت، کروم و … در ترکیبات اصلی فلز پایه که لزوما یک ماده بر پایه نیکل است می باشد. قطعات از جنس هستلوی یک ویژگی اصلی دارند بدین صورت که نه تنها می توانند دماهای بالا را تحمل کنند بلکه توانایی تحمل تنش های زیاد در شرایط محیط عادی یا شرایط محیط به شدت خورنده را دارا می باشند. این ویژگی باعث می شود هستلوی نسبت به دیگر آلیاژهایی که بخواهند در مصارف این چنینی مانند راکتورهای اتمی و توربین های گازی استفاده شوند، ترجیح داده شود. امروزه از هستلوی در مصارف متعددی از جمله محفظه های تحت فشار، راکتورهای شیمیایی و اتمی و در ساخت خطوط لوله و شیرها در صنایع شیمیایی استفاده می شود.
مهمترین کاربردهای گرید های مختلف هستلوی عبارتند از:
- در راکتورهای اتمی
- در راکتورهای شیمیایی
- استفاده در محفظه های تحت فشار
- در تجهیزات حفاری چاه، استخراج و پالایش گاز
- در ساخت خطوط لوله و انواع شیرها در صنایع شیمیایی
- ساخت پره های توربین جت و قطعات مختلف موتور که در دماهای بالا کار می کنند.
- در چاه ها و پالایشگاه های نفت و گاز برای تجهیزاتی که در معرض گازهای ترش قرار دارند و عامل اصلی خوردگی تجهیزات سولفید هیدروژن هستند.
انواع گریدهای هستلوی
هستلوی B-3: ترکیب اصلی این آلیاژ نیکل و مولیبدن است. هستلوی B3 در برابر هیدروکلریک اسید بیشترین مقاومت را نسبت به سایر آلیاژهای فولادی از خود نشان می دهد. علاوه بر این پایداری ساختاری را بسیار بهبود بخشیده است، که باعث نگرانی کمتر در هنگام جوشکاری، ساخت و سرویس می‌شود.
هستلوی C-276: آلیاژ هستلوی C-276 از سه عنصر نیکل، مولیبدن و کروم ساخته می شود که دارای مقادیر جزئی آهن و تنگستن نیز می باشد. حضور عناصر کروم (Cr) و مولیبدن (Mo) به ترتیب سبب ارتقای مقاومت به خوردگی و حفره شدن، می شود. این آلیاژ از نظر مقاومت در برابر خوردگی بسیار معروف است و به دلیل مقادیر کم کربن و سیلیکون حساسیت‌های ناشی از جوشکاری را کاهش می دهد. به همین دلیل پرکاربردترین گرید هستلوی برای مصارف عمومی در برابر عوامل مخرب و خورنده می باشد. C-276 در میان گریدهای معروف هستلوی برای خدمات خوردگی عمومی شناخته شده است. آلیاژ C-276 نسخه بهبود یافته آلیاژ C است که در فرآیند شیمیایی و صنایع وابسته به طور گسترده ای مورد پذیرش قرار گرفت و اکنون سابقه ۵۰ ساله عملکرد اثبات شده در تعداد زیادی از مواد شیمیایی خورنده را دارد. هستلوی C-276 مقاومت بسیار خوبی در مقابل خوردگی شیاری و خوردگی حفرگی از خود نشان می دهد. اضافه شدن تنگستن به ترکیب این آلیاژ، مانع از تشکیل حفره در محیط خورنده می شود. در چاه ها و پالایشگاه های نفت و گاز که تجهیزات در معرض گازهای ترش قرار دارند، خوردگی تنشی سولفید هیدروژن، یکی از اصلی ترین عوامل مخرب است. هستلوی C-276 با داشتن مقاومت فوق العاده نسبت به خوردگی تنشی سولفید هیدروژن (H2S stress corrosion cracking)، گزینه ای مناسب جهت استفاده در تجهیزات حفاری چاه، استخراج و پالایش گاز طبیعی است. شرکت Haynes در ایالات متحده امریکا اصلی ترین تولید کننده این آلیاژ است
هستلوی C-4: این آلیاژ نیز مانند C276 از نیکل، مولیبدن و کروم ساخته می شود اما تغییر درصد فلزات به کار برده شده باعث ایجاد تفاوت هایی در آن ها خواهد شد. این نوع آلیاژ پایداری بسیار خوبی در دماهای بالا دارد. همچنین در برابر تشکیل رسوبات دانه ای مرزی که تحت تأثیر دمای بالا در جوشکاری هستند مقاومت بسیار خوبی از خود نشان می دهد. به علاوه این نوع آلیاژ مقاومت بسیار بالایی در برابر کرکینگ تنشی و خوردگی در محیط های اکسید کننده دارد. به همین دلیل در محیط های دارای مواد شیمیایی نیز به وفور استفاده می شود.
هستلوی G: در آلیاژ هستلوی G علاوه بر نیکل، کروم و مولیبدن از نوعی آهن نیز به صورت خالص استفاده می شود. به همین خاطر هم برای محیط های اکسایشی و هم کاهشی جهت افزایش مقاومت در برابر خوردگی مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله موادی که این گرید در برابرشان عملکرد خوبی دارد می توان به سولفوریک اسید و فسفریک اسید اشاره کرد. یکی از مهمترین مزیت های این نوع هستلوی مقاومت آن در برابر سیالات اسیدی و بازی می باشد که در صنایع مختلف بسیار مورد توجه قرار گرفته است. آلیاژ هستلوی G به طور گسترده ای در سیستم‌های گوگردزدایی، گاز دودکش و در انواع دیگر تجهیزات کنترل آلودگی و همچنین در تجهیزات صنعت کاغذ و کاغذ استفاده می‌شود.
هستلوی X: آلیاژ هستلوی X نیز مانند هستلوی G از نیکل، آهن، کروم و مولیبدن ساخته می شود، اما درصد ترکیبی آن متفاوت است. تولیدکنندگان از این آلیاژ به دلیل ویژگی های مقاومت بالا در برابر مواد اکسید کننده، قابلیت ساخت و مقاومت در دماهای بالا در صنایع گوناگون بهره می برند. یکی از کاربردهای اصلی این گرید، استفاده آن در صنایع پتروشیمی به دلیل مقاومت قابل توجهش می باشد. ویژگی‌های این آلیاژ عبارتند از مقاومت در برابر اکسیداسیون تا ۲۰۰۰ درجه فارنهایت، مقاومت در برابر کربوراسیون و نیتریداسیون، مقاومت عالی در دمای بالا، مقاومت خوب در برابر ترک خوردگی تنش ـ خوردگی کلرید. آلیاژ هستلوی X یکی از پرکاربردترین سوپرآلیاژهای پایه نیکل برای اجزای منطقه احتراق موتور توربین گاز مانند مجاری انتقال، قوطی‌های احتراق، میله‌های اسپری و نگهدارنده‌های شعله و همچنین در پس سوزها، لوله‌های دم و بخاری‌های کابین است. استفاده از آن در کاربردهای کوره‌های صنعتی توصیه می‌شود زیرا دارای مقاومت غیرمعمولی در برابر جوهای اکسید کننده، کاهش دهنده و خنثی است. همچنین در صنعت فرآیند شیمیایی برای مقابله با صدا، صدا خفه کن، شبکه‌های پشتیبانی کننده کاتالیزورها، سرپیچ کوره، لوله برای عملیات تجزیه در اثر حرارت و اجزای خشک کن استفاده می‌شود.
ترکیب شیمیایی آلیاژ هستلوی c-276
استانداردها
از مهمترین مواد خورنده ای که هستلوی در برابر آن ها مقاومت بالایی نشان می دهد می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استیک آنید
- اسید کلریک
- اسید فرمیک
- گاز کلر مرطوب
- فسفریک اسید
- اسیدسولفوریک
- هیپوکلریت (آب ژاول)
خواص مکانیکی
جدول زیر خواص مکانیکی آلیاژ هستلوی C 276 را شامل خواص کششی و سختی نشان می دهد. بدیهی است آزمایشها پس از آنیل انحلالی انجام شده است.
عملیات حرارتی
یکی از مهم ترین مکانیسم های مقاومت به خزش هستلوی که آن را نسبت به دماهای بالا مقاوم می کند، قابلیت رسوب سختی یا به عبارت دیگر پیر سختی پذیری آن است. برای ایجاد خواص فوق العاده این آلیاژها محلول فوق اشباع سوپر آلیاژ در زمان مشخصی در دمای ۱۱۷۷ درجه سانتی گراد حرارت داده می شود و سپس در آب سرد آن را غرق می کنند. همچنین آنیل این سوپر آلیاژ برخلاف تعداد زیادی از فلزات، با خنک سازی در کوره نباید همراه باشد. زیرا باعث رسوب فاز دوم در مرز دانه ها و تردی آن می گردد. لازم به ذکر است که این سوپر آلیاژ قابلیت فرم پذیری و جوش پذیری مناسبی نیز دارد و به همین دلیل نوع X آن برای ساخت قطعات مناسب است. به یاد داشته باشید که جوشکاری این سوپر آلیاژها با سیم جوش هایی از جنس خودشان انجام می شود.
جوشکاری
آلیاژ هستلوی C-276 دارای قابلیت جوشکاری بسیار خوبی است. جوشکاری این آلیاژ با فرآیندهای SMAW, GTAW و GMAW امکان پذیر است. الکترودهای جوشکاری Inconel C-276 و Inco-weld 686 CPT در فرآیند SMAW و فیلرهای Inconel C276 و Inco-Weld 686 CPT در فرآیندهای GTAW و GMAW مورد استفاده قرار می گیرند. در جوشکاری این آلیاژ جاییکه مقاومت خوردگی بالایی مورد نیاز است از فیلرها و یا الکترودهای Inco-Weld CPT 686 استفاده می شود ولی باید به این نکته توجه شود که در صورت استفاده از این فیلر و الکترود استحکام ناحیه جوش از استحکام فلز پایه بسیار بیشتر خواهد بود (Overmatching). همچنین جدول ذیل برخی از پارامترهای جوشکاری را نشان می دهد.
