آلیاژ هستلوی چیست؟ | تاریخچه، انواع، ساخت و کاربردها

آهن، فولاد و آلیاژهای آن‌ها، نقش بسیار مهمی در حیات و زندگی روزمره بشر ایفا می‌کنند. برخی از این فلزات مانند منگنز و آهن از عناصر معدنی اصلی مورد نیاز در بدن انسان هستند و سایر محصولات آهنی نیز دائماً به شکل‌های مختلف در انواع صنایع کوچک، متوسط و بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. به کمک ویژگی‌هایی که هر کدام از این فلزات و آلیاژهای فولاد ایجاد می‌کنند، می‌توان محصولات با کیفیت ‌بیشتر و مقاومت بالاتر به دست آورد. یکی از این محصولات فولادی که کاربردهای متفاوتی در صنعت دارد و خود در گریدهای مختلف تولید می‌شود، آلیاژ هستلوی است. اکثر ابر آلیاژهای فولادی بر پایه نیکل در مقابل خوردگی مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند که هستلوی در بین آن‌ها از بهترین‌ها است. مقاومت این آلیاژ در برابر خوردگی طی کارکرد در شرایط مختلف بسیار بالا بوده و برای تحمل تنش‌های شدید و دماهای بالا مناسب است. علاوه بر مقاومت بالا، قطعات ساخته شده از این آلیاژ فلزی در مصارف شیمیایی متعددی که می‌تواند فلزات را اکسید کند نیز عملکرد بهینه‌ای دارند. در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا به بررسی بیشتر این آلیاژ بپردازیم.

آلیاژ هستلوی چیست؟

آلیاژ هستلوی (به انگلیسی Hastelloy) اصطلاحی برای توصیف فلز نیکل است که برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی، آلیاژ شده است. این در درجه اول از طریق افزودن مولیبدن و کروم انجام می‌شود. گریدهای Hastelloy زیادی وجود دارد که هر گرید دارای ترکیب شیمیایی متفاوتی است تا برای مجموعه خاصی از خواص بهینه شود.

از آنجایی که Hastelloy معمولاً حاوی مقادیر زیادی مولیبدن و کروم است، در محیط‌های به شدت خورنده، بهتر از سایر محصولات فلزی خاص مانند اینکونل‌ها عمل می‌کند. افزودن مولیبدن نیز کارایی عمومی را افزایش می‌دهد. آلیاژهای هاستلوی انعطاف پذیر هستند و به راحتی ساخته و شکل می‌گیرند.

گریدهای Hastelloy به‌طور کلی دارای ویژگی‌های زیر هستند:

1. مقاومت در برابر خوردگی عالی
2. جوش پذیری خوب
3. مقاوم در برابر عوامل اکسید کننده و اسیدها

انواع آلیاژ هستلوی

گریدهای مختلف آلیاژهای هاستلوی همراه با نیکل و مولیبدن می‌توانند حاوی درصد آهن (Fe)، آلومینیوم (Al)، تنگستن (W)، کربن (C)، تیتانیوم (Ti)، کروم (Cr) و سایر عناصر باشند. پرکاربردترین و همه‌کاره‌ترین آلیاژهای هاستلوی، گریدهای نوع C هستند. آلیاژ هستلوی C-2000 مقاومت فوق‌العاده در برابر محیط‌های اکسید کننده را با مقاومت برتر در برابر محیط‌های غیر اکسیدکننده ترکیب می‌کند و یک پیشرفت واقعی در عملکرد برای کاربردهای تجهیزات فرآیند شیمیایی است. آلیاژ Hastelloy C-22 به ویژه در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی مقاوم است. این به‌طور گسترده برای محافظت در برابر خورنده‌ترین سیستم‌های گوگرد زدایی گازهای دودکش و پیچیده‌ترین مخازن واکنش دارویی استفاده شده است.

سایر دسته‌بندی‌های اصلی آلیاژ هستلوی عبارتند از:

1. آلیاژ هستلوی سری X: این آلیاژ یک آلیاژ نیکل-کروم-آهن-مولیبدن برای ترکیب مقاومت در برابر اکسیداسیون، قابلیت ساخت و مقاومت در دمای بالا تولید شده است‌، که در سال 1952 فرموله شده است، در مقایسه با سایر آلیاژهای این سوپرآلیاژ، جدیدتر است. حاوی درصدهای بالاتر آهن برای بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون، شکل پذیری و استحکام در دمای بالا است. همچنین می‌توان آن را به صورت سرد نورد کرد تا خواص مزاج مورد نظر را برآورده کند. با این حال، نمی‌توان آن را با عملیات حرارتی سخت کرد.
2. آلیاژهای هستلوی نوع B: به دلیل درصد بالایی از نیکل و مولیبدن شناخته شده‌اند. به دلیل نیکل و مولیبدن، مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. آلیاژها به دلیل شکل پذیری قابل توجه هستند و یکی از بالاترین نقاط ذوب را در بین تمام عناصر طبیعی دارند. این آلیاژها به‌گونه‌ای فرموله شده‌اند که در شرایط کاهشی شدید مانند محیط‌هایی با اسیدهای هیدروکلریک، هیدروبرومیک و سولفوریک مقاومت کنند.
3. آلیاژهای هاستلوی نوع C: آلیاژهایی که در این خانواده قرار دارند دارای درصد بالایی از نیکل، مولیبدن و کروم هستند. افزودن کروم شکل پذیری این نوع آلیاژها را افزایش می‌دهد و به آن‌ها اجازه می‌دهد در برابر درجه حرارت بالا و کاهش اتمسفر مقاومت کنند. اکثر آلیاژهای نوع C را می‌توان با استفاده از روش‌های مختلف کار سرد و گرم مانند کشش عمیق، فرم دهی پرس و پانچ تشکیل داد.
4. آلیاژهای هستلوی نوع G: معمولاً حاوی تنگستن هستند که بالاترین نقطه ذوب را در بین تمام فلزات دارد. این خانواده از آلیاژها را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های خاصی مانند جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW)، جوشکاری قوس الکتریکی زیرپوستی (SAW) و جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) جوش داد.

آلیاژهای هاستلوی در گریدهای مختلف موجود هستند. برخی از گریدهای مهم این ابر آلیاژ عبارتند از:

ابر آلیاژ هستلوی B-3

آلیاژ هستلوی B3 عضوی از خانواده هستلوی نیکل-مولیبدن است‌. این آلیاژ بهترین مقاومت را در برابر اسید هیدروکلریک در تمام غلظت‌ها و دماها از خود نشان می‌دهد‌. علاوه بر این پایداری ساختاری را بسیار بهبود بخشیده است، که باعث نگرانی کمتر در هنگام جوشکاری، ساخت و سرویس می‌شود‌.

همچنین مقاومت بسیار بالایی در برابر هیدروژن کلرید، هیدروبرومیک، استیک، فسفریک و اسیدهای سولفوریک نشان می‌دهد. این آلیاژ مقاومت بسیار خوبی در برابر سوراخ شدن و ترک خوردگی ناشی از تنش دارد.

آلیاژ B-3 مانند سایر آلیاژهای نیکل، انعطاف پذیر است، می‌تواند شکل بگیرد و جوش داده شود، و در برابر خوردگی تنشی در محلول‌های حاوی کلرید مقاومت می‌کند. همچنین، قادر به مقاومت در برابر محیط‌های حاوی فلوراید و اسید سولفوریک غلیظ است که هر دو منجر به آسیب به آلیاژهای زیرکونیوم می‌شوند.

ترکیب این آلیاژ عبارت است از:

1. نیکل – 65٪
2. مولیبدن – 28.5٪
3. کروم – 1.5٪
4. آهن -1.5٪
5. کبالت حداکثر 3٪
6. منگنز حداکثر 3٪
7. تنگستن حداکثر 3٪
8. آلومینیوم حداکثر 0.5٪
9. تیتانیوم حداکثر 0.2٪
10. سیلیکون -0.1٪
11. کربن 0.01٪

آلیاژ Hastelloy B-3 به شکل صفحات، ورق‌ها، نوارها، بیلت‌ها، میله‌ها، سیم‌ها، لوله‌ها و الکترودهای پوشش‌دار موجود می‌باشد. در بسیاری از کاربردهای صنعت و در فرآیند شیمیایی، به ویژه در ساخت مخازن واکنش برای خدمات خالص و کاهش دهنده اسید، استفاده می‌شود.

ابر آلیاژ هستلوی C-276

این آلیاژ هستلوی یک آلیاژ نیکل-مولیبدن-کروم است که به طور کلی به عنوان مقاومت در برابر خوردگی استفاده می‌شود، هم‌چنین به دلیل مقادیر کم کربن و سیلیکون حساسیت‌های ناشی از جوشکاری را کاهش می‌دهد‌. این آلیاژ که نسخه بهبود یافته هستلوی C است، در میان گریدهای معروف هستلوی برای خدمات خوردگی عمومی شناخته شده است‌.

این آلیاژ به دلیل محتوای بسیار کم کربن (C) و سیلیکون (Si) آن نگرانی‌ها در مورد جوشکاری را کاهش می‌دهد. به این ترتیب، به‌طور گسترده‌ای در فرآیندهای شیمیایی و صنایع مرتبط پذیرفته شده است، و در حال حاضر سابقه بیش از 50 سال سابقه عملکرد اثبات شده در تعداد زیادی از مواد شیمیایی خورنده دارد. مقاومت بسیار خوبی در برابر حملات موضعی دارد. مانند سایر آلیاژهای نیکل، انعطاف پذیر است، به راحتی شکل می‌گیرد و جوش داده می‌شود و دارای مقاومت استثنایی در برابر ترک خوردگی تنشی در محلول‌های حاوی کلرید است که نوعی تخریب است که فولادهای زنگ نزن آستنیتی مستعد آن هستند.

آلیاژ هستلوی C-276 یک آلیاژ همه کاره و مقاوم در برابر خوردگی است. با داشتن مقادیر بالای کروم و مولیبدن، قادر است هم اسیدهای اکسید کننده و هم اسیدهای احیا کننده را تحمل کند و در حضور کلریدها و سایر هالیدها در برابر سوراخ شدن و حمله شکاف، مقاومت بالایی نشان می‌دهد. مقاومت بسیار خوبی در برابر سوراخ شدن، ترک خوردگی تنشی و اتمسفر اکسید کننده تا دمای 1038 درجه سانتی‌گراد دارد. همچنین در برابر ترک خوردگی تنش سولفیدی و ترک خوردگی تنشی در میادین نفتی بسیار مقاوم است.

آلیاژ Hastelloy C-276 به شکل صفحات، ورق‌ها، نوارها، بیلت‌ها، میله‌ها، سیم‌ها، لوله‌ها و الکترودهای سرپوشیده موجود می‌باشد. کاربردهای معمول صنعت فرآیند شیمیایی شامل راکتورها، مبدل‌های حرارتی و ستون‌ها می‌باشد. ترکیب آلیاژ نیکل – 57٪، کروم – 16٪، مولیبدن -16٪، آهن – 5٪، تنگستن – 4٪، کبالت – حداکثر 2.5٪، انیسون منگ – حداکثر 1٪، وانادیم – حداکثر 0.35٪، سیلیکون – حداکثر 0.08٪ و حداکثر کربن -0.01٪. چگالی آن 8.89 گرم بر سی سی است. خواص مکانیکی این آلیاژ UTS – 792 مگاپاسکال، استحکام تسلیم در 2 درصد افست – 356 مگاپاسکال، ازدیاد طول – 61 درصد و سختی راکول – B-90 است.

ابر آلیاژ هستلوی C-4

این آلیاژ یک آلیاژ هستلوی نیکل-کروم-مولیبدن با پایداری خوب در دمای بالا است. هستلوی C-4 گرید مقاوم ابر آلیاژ هستلوی در برابر رسوبات مرز دانه در مناطق تحت تأثیر حرارت جوش می‌باشد، این بدین معناست که می‌توان آلیاژ را بدون نگرانی از حساسیت رشد رسوبات فاز دوم مخرب در مرز دانه‌های منطقه تحت تأثیر حرارت جوش (HAZ) جوش داد‌. آلیاژ هستلوی C-4 همچنین در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش و خوردگی و جوهای اکسید کننده تا 1038 درجه سانتی‌گراد، مقاومت بسیار خوبی دارد و همچنین در انواع محیط‌های فرآیند شیمیایی استفاده می‌شود‌.

ابر آلیاژ هستلوی G-30 و G-35

آلیاژ هستلوی G-30 به عنوان لوله مبدل حرارتی اسید فسفریک و سایر اجزای فرآیند در صنعت کود، بسیار موفق بوده است. آلیاژ هستلوی G-35 به عنوان یک نسخه بهبود یافته از آلیاژ G-30 در این کاربردها طراحی شده است. محتوای کروم بالای هر دو این آلیاژها، آن‌ها را به بهترین انتخاب برای محلول‌های اکسید کننده قوی تبدیل می‌کند. ویژگی‌های آلیاژهای مهم هاستلوی در زیر توضیح داده شده است.

ابر آلیاژ هستلوی C-86

این فلز برای جوشکاری قوس فلزی گاز، تنگستن و سایر آلیاژهای با ترکیب مشابه استفاده می‌شود. فلز پرکننده به عنوان یک پوشش مقاوم در برابر خوردگی بر روی فولادهای کربنی و کم آلیاژ و به عنوان یک فلز پرکننده همسان برای آلیاژهایی با ترکیبات مشابه، مانند آلیاژ هستلوی C-276 استفاده می‌شود. روکش مات روی سیم قرقره شده باعث تغذیه صاف از طریق تجهیزات جوشکاری و کاهش سایش نوک در قسمت تماس می‌شود. ترکیب این آلیاژ نیکل 59، کروم 20.5 درصد، مولیبدن 16 درصد، تنگستن 4 درصد، آهن حداکثر 5 درصد، منگنز حداکثر 1 درصد، مس 0.5 درصد، تیتانیوم حداکثر 0.25 درصد است. مقدار UTS این آلیاژ 760 مگاپاسکال و ازدیاد طول 30 درصد است.

نحوه ساخت آلیاژ هستلوی

از آنجایی که هاستلوی یک ابر آلیاژ فلزی است، از ترکیب عناصر خام با هم در حالت مایع داغ، ساخته می‌شود. گریدهای مختلفی از این ابر آلیاژ وجود دارد که هر کدام دارای ترکیب شیمیایی خاصی هستند. یک مخلوط ممکن است بین 1٪ تا 25٪ کروم، بین 5٪ تا 30٪ مولیبدن و بین 0٪ تا 30٪ آهن داشته باشد که در نهایت با نیکل ترکیب می‌شوند. افزودنی‌های اضافی بسته به درجه می‌تواند شامل کربن، تنگستن، وانادیوم و تیتانیوم باشد.

هنگامی که فلزات با هم ترکیب و ذوب شده و در نهایت با هم مخلوط شدند، می‌توان آن‌ها را برای ساخت بیشتر ریخته گری نیز کرد.

کاربرد آلیاژ هستلوی

با توجه به اینکه هستلوی به گونه‌ای طراحی شده است که مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده‌ای دارد، برای هر محیط خورنده متوسط تا شدید که طول عمر محصول مهم است، انتخابی عالی است. معمولاً برای لوله‌ها و شیرآلات در صنایع شیمیایی و پتروشیمی استفاده می‌شود. همچنین در کشتی‌های راکتوری در صنایع شیمیایی و هسته‌ای استفاده می‌شود.

گریدهای Hastelloy زیادی وجود دارد، اما C276 یکی از محبوب‌ترین گریدها است. این گرید معمولاً در محیط‌های خشن ذکر شده در بالا و همچنین تولید کاغذ و خمیر کاغذ و تصفیه زباله استفاده می‌شود.

جمع‌بندی

آلیاژ هستلوی یک آلیاژ بر پایه نیکل و مقاوم در برابر خوردگی است که حاوی عناصر شیمیایی دیگری مانند کروم (Cr) و مولیبدن (Mo) است. این ماده دارای مقاومت دمایی بالا و مقاومت در برابر خوردگی فوق العاده است. این آلیاژ برای تولید اجزای مسیر گاز با دمای بالا مانند محفظه‌های احتراق توربین، نگهدارنده شعله، آسترها، مخازن تحت فشار برخی از راکتورهای هسته‌ای، راکتورهای شیمیایی و لوله ها / شیرها در صنایع شیمیایی استفاده می‌شود.

پرسش و پاسخ