Analyse complète de Hastelloy C-22 (Alliage 22) Tuyaux en acier
Noms commerciaux communs: Hastelloy C22, Inconel 22, Nickel 22, Alliage 22, Nicrofer 5621.
Ce document fournit une analyse détaillée de Hastelloy C-22 (Alliage 22, NOUS N06022, W. NR. 2.4602, Nicr21mo14w) tuyau en acier en alliage, couvrant son introduction, Spécifications, composition chimique, propriétés des matériaux, Propriétés mécaniques spécifiées dans les conditions recuites, Propriétés physiques typiques, procédés de fabrication, et une comparaison scientifique avec d'autres alliages, y compris Hastelloy C-276. Le contenu est structuré pour répondre à l'exigence d'au moins 4000 mots, avec des données tabulées, Explications détaillées, et analyse scientifique en anglais.
1. Introduction à Hastelloy C-22 (Alliage 22)
Hastelloy C-22, également connu sous le nom d’alliage 22, NOUS N06022, ou matériel non.. 2.4602, est un superalliage de nickel-chrome-molybdène-tungsten développé par Haynes International. Réputé pour sa résistance à la corrosion exceptionnelle, il est conçu pour fonctionner dans des environnements très agressifs, en particulier ceux impliquant des conditions d'oxydation et de réduction. Par rapport à son prédécesseur, Hastelloy C-276, Alliage 22 offre une résistance accrue aux piqûres, corrosion caverneuse, et la fissuration de la corrosion de stress, surtout dans les milieux oxydants, En faire un choix préféré pour les applications critiques dans des industries telles que le traitement chimique, fabrication pharmaceutique, contrôle de la pollution, et l'énergie nucléaire.
La composition équilibrée de l'alliage, avec un fer inférieur et une teneur en chrome plus élevée que le C-276, optimise ses performances dans des environnements contenant des chlorures ferriques et cupriques, chlore humide, et oxyder les acides comme l'acide nitrique. Sa faible teneur en carbone minimise les précipitations de carbure pendant le soudage, Assurer la résistance à la corrosion dans les structures soudées. Hastelloy C-22 est disponible sous différentes formes, y compris les tuyaux sans couture et soudés, tubes, feuilles, assiettes, et les raccords, les tuyaux étant essentiels pour le transport des fluides dans des environnements corrosifs.
Cette analyse se concentre sur les tuyaux en acier en alliage Hastelloy C-22, Fournir un aperçu complet de leurs spécifications, propriétés, procédés de fabrication, et applications, avec une comparaison scientifique avec d'autres alliages, en particulier Hastelloy C-276, Pour mettre en évidence ses avantages et ses limites.
2. Spécifications du tuyau en acier en alliage Hastelloy C-22
2.1 Normes
Les tuyaux Hastelloy C-22 sont fabriqués pour répondre aux normes internationales, Assurer la qualité, cohérence, et compatibilité. Les normes clés incluent:
-
ASTMB622: Spécification standard pour le nickel et le tube en alliage de nickel-cobalt
-
ASTMB619: Spécification standard pour le pipe en alliage nickel et nickel-cobalt
-
ASTMB626: Spécification standard pour le tube en alliage nickel et nickel-cobalt
-
ASME SB622: Nickel sans couture et tube en alliage de nickel-cobalt
-
ASME SB619: Pipe d'alliage nickel et nickel-cobalt soudé
-
Votre seul 17751: Nickel and Nickel Alliage Souples et tubes soudés
-
ISO 6207: Tubes en nickel et en alliage en nickel sans couture
-
Vdtüv 479: Spécification des matériaux pour les alliages de nickel
Ces normes régissent la composition chimique, propriétés mécaniques, tolérances dimensionnelles, et exigences en matière de tests.
2.2 Diamètre extérieur (OD)
Le diamètre extérieur des tuyaux Hastelloy C-22 varie en fonction de la méthode d'application et de fabrication:
-
Tuyaux sans soudure: 1/8« (3.175 mm) à 24 ” (609.6 mm)
-
Tuyaux soudés: Jusqu'à 100 ” (2540 mm) pour les tuyaux de grand diamètre
-
Tubes: 1/16« (1.59 mm) à 4 ” (101.6 mm)
Les diamètres personnalisés peuvent être produits pour des besoins de projet spécifiques.
2.3 Épaisseur de paroi
L'épaisseur de paroi est spécifiée par les numéros d'horaire (par exemple., SCH 5, SCH 10, SCH 40, SCH 80, SCH 160) ou en millimètres:
-
Tuyaux sans soudure: 0.5 millimètre à 50 mm
-
Tuyaux soudés: 0.5 millimètre à 60 mm
-
Tubes: 0.5 millimètre à 10 mm
L'épaisseur détermine l'évaluation de la pression du tuyau et l'intégrité structurelle.
2.4 Longueur
Les tuyaux Hastelloy C-22 sont disponibles en longueurs standard et personnalisées:
-
Longueur aléatoire unique: 4.8 m à 7.3 m (16 ft à 24 ft)
-
Double longueur aléatoire: 11.8 m à 13.7 m (38 ft à 45 ft)
-
Coupé à la longueur: 0.5 m à 12 m, adapté aux spécifications du client
2.5 Finition de surface
Les finitions de surface améliorent la résistance à la corrosion et l'esthétique. Les finitions courantes incluent:
-
Recuit et mariné: Lisse, Surface sans oxyde pour une résistance à la corrosion maximale
-
Brillant: Finition en forme de miroir pour les applications à faible coffrage ou esthétique
-
Finition de l'usine: Surface produite pour un usage industriel
-
Recouvert: Époxy, Ptfe, ou revêtements en céramique pour une protection supplémentaire
2.6 Grade (ASTM / UNS)
L'alliage est désigné comme:
-
ASTM: Hastelloy C-22 (Alliage 22)
-
NOUS: N06022
-
Matériel no.: 2.4602
-
DANS: Nicr21mo14w
-
IT: NW 6022
-
GOST: HN60m
3. Composition chimique
La composition chimique de Hastelloy C-22 est optimisée pour la résistance à la corrosion dans des environnements agressifs. L'alliage contient du chrome plus élevé et du fer inférieur que Hastelloy C-276, Améliorer ses performances dans des conditions oxydantes. Le tableau suivant détaille la composition:
|
Élément
|
Pourcentage (%)
|
|---|---|
|
Nickel (Ni)
|
Équilibre (55.0 – 59.0)
|
|
Chrome (CR)
|
20.0 – 22.5
|
|
Molybdène (Mo)
|
12.5 – 14.5
|
|
Tungstène (W)
|
2.5 – 3.5
|
|
Fer (Fe)
|
2.0 – 6.0
|
|
Cobalt (Co)
|
2.5 (maximum)
|
|
Manganèse (Mn)
|
0.50 (maximum)
|
|
Carbone (C)
|
0.015 (maximum)
|
|
Silicium (Si)
|
0.08 (maximum)
|
|
Phosphore (P)
|
0.02 (maximum)
|
|
Soufre (S)
|
0.02 (maximum)
|
|
Vanadium (V)
|
0.35 (maximum)
|
Analyse de la composition
-
Nickel (Ni): Fournit une matrice austénitique stable, Amélioration de la résistance à la corrosion dans la réduction des environnements.
-
Chrome (CR): Haute teneur en chrome (20.0–22,5%) améliore la résistance aux milieux oxydants, comme l'acide nitrique et le chlorure ferrique.
-
Molybdène (Mo): Améliore la résistance aux piqûres et à la corrosion des crevasses dans les environnements riches en chlorure.
-
Tungstène (W): Augmente la résistance à la corrosion localisée et renforce l'alliage.
-
Carbone (C): Minimise les précipitations en carbure pendant le soudage, Prévenir la corrosion intergranulaire.
-
Fer à faible fer (Fe): Réduit la sensibilité à la corrosion dans les environnements oxydants par rapport au C-276.
4. Propriétés des matériaux
Hastelloy C-22 présente une mécanique exceptionnelle, physique, et des propriétés résistantes à la corrosion, Le rendre idéal pour les applications exigeantes.
4.1 Propriétés mécaniques spécifiées en état recuit
Les propriétés mécaniques de Hastelloy C-22 dans les conditions recuites sont spécifiées par les normes ASTM. Le tableau suivant résume ces propriétés:
|
Propriété
|
Valeur
|
|---|---|
|
Traction
|
690 MPa (100 Ksi) min
|
|
Élasticité (0.2% compenser)
|
310 MPa (45 Ksi) min
|
|
Élongation
|
45% min
|
|
Dureté (Rockwell B)
|
90 maximum
|
-
Traction: S'assure que l'alliage peut résister à des contraintes élevées dans des environnements corrosifs.
-
Élasticité: Indique une bonne ductilité, permettre une déformation sans fracture.
-
Élongation: L'allongement élevé garantit une excellente formabilité et résistance à une défaillance fragile.
-
Dureté: La dureté modérée facilite l'usinage tout en maintenant la durabilité.
4.2 Propriétés physiques typiques
Les propriétés physiques de Hastelloy C-22 sont essentielles pour la conception et les considérations d'application:
|
Propriété
|
Valeur
|
|---|---|
|
Densité
|
8.69 g/cm³ (0.314 lb / in³)
|
|
Point de fusion
|
1357 - 1399 ° C (2475 - 2550 ° F)
|
|
Capacité thermique spécifique
|
414 J / kg · k (0.099 Btu / lb · ° f)
|
|
Conductivité thermique
|
11.1 W/m·K (76.8 Btu · in / hr · ft² · ° f)
|
|
Résistivité électrique
|
1.14 µω · m (678 µω · in)
|
|
Coefficient de dilatation thermique
|
12.4 µm / m · ° C (6.9 µin / en · ° F) (20–100°C)
|
-
Densité: Légèrement inférieur à C-276 en raison de la réduction de la teneur en fer, affectant les calculs de poids.
-
Point de fusion: La plage de fusion élevée assure la stabilité des applications à température élevée.
-
Conductivité thermique: Modéré, Convient pour la tuyauterie de l'échangeur de chaleur.
-
Résistivité électrique: Utilisation des limites de résistivité élevée dans les applications électriques mais prend en charge les composants résistants à la corrosion.
4.3 Résistance à la corrosion
Hastelloy C-22 est réputé pour sa résistance à la corrosion supérieure, en particulier dans les environnements oxydants:
-
Corrosion par piqûres et fissures: La teneur élevée en molybdène et en chrome offre une excellente résistance dans les environnements riches en chlorure (par exemple., eau de mer, chlore humide).
-
Fissuration par corrosion sous contrainte (CSC): Résistant au SCC en haute température, médias contenant du chlorure.
-
Médias oxydants: Performance supérieure dans l'acide nitrique, chlorure ferrique, et chlorure de cuprique en raison d'une teneur élevée en chrome.
-
Réduire les médias: Efficace dans les acides chlorhydrique et sulfurique, bien que légèrement moins résistant que le C-276 dans de fortes conditions de réduction.
-
Corrosion intergranulaire: Une faible teneur en carbone empêche les précipitations en carbure, Maintenir une résistance à la corrosion dans les structures soudées.
4.4 Soudabilité
Hastelloy C-22 est très soudable à l'aide de techniques standard, y compris:
-
Soudage à l'arc au gaz tungstène (GTAW/TIG)
-
Soudage à l’arc sous gaz-métal (GMAW/MIG)
-
Soudage à l'arc métallique blindé (SMAW)
Sa faible teneur en carbone et sa composition optimisée réduisent le risque de sensibilisation, Éliminer le besoin de traitement thermique après le soudage dans la plupart des cas.
4.5 Usinabilité
Hastelloy C-22 est modérément difficile à machine en raison de ses propriétés durables et de ses propriétés et à haute résistance:
-
Outillage: Utilisez des outils en carbure ou en acier à grande vitesse avec des angles de râteau positifs.
-
Vitesse de coupe: Vitesses faibles à modérées pour minimiser l'accumulation de chaleur.
-
Liquide de refroidissement: Refroidissement adéquat pour réduire l'usure des outils et améliorer la finition de surface.
5. Processus de fabrication
Les tuyaux Hastelloy C-22 sont produits en utilisant des techniques de fabrication avancées pour assurer la qualité et les performances. Les processus principaux incluent:
5.1 Fabrication de tuyaux sans couture
Les tuyaux sans couture sont produits par des processus de travail chaud ou froid:
-
Préparation de billettes:
-
Nickel de haute pureté, chrome, molybdène, et le tungstène est fondu dans une fournaise à induction sous vide ou un four à arc électrique.
-
L'alliage en fusion est jeté dans des billettes cylindriques.
-
-
Extrusion à chaud:
-
Les billettes sont chauffées à 1100–1200 ° C et extrudées à travers une matrice pour former un tuyau creux.
-
Le tuyau extrudé est éteint pour maintenir l'intégrité de la microstructure.
-
-
Étirage à froid:
-
Pour des diamètres plus petits ou des tolérances précises, Le tuyau extrudé est à froid à travers une série de matrices.
-
Le recuit est effectué entre les étapes de dessin pour soulager les contraintes et restaurer la ductilité.
-
-
Traitement thermique:
-
Les tuyaux sont recuits à 1040–1080 ° C, suivi d'une extinction rapide pour atteindre la microstructure souhaitée et la résistance à la corrosion.
-
-
Finition:
-
Les tuyaux sont marinés, brillant, ou enduit selon les besoins.
-
Contrôles non destructifs (par exemple., ultrasonique, courants de Foucault) assure des tuyaux sans défaut.
-
5.2 Fabrication de tuyaux soudés
Les tuyaux soudés sont produits à partir de feuilles ou de plaques Hastelloy C-22 à plats:
-
Préparation de la plaque / feuille:
-
Alliage 22 Les plaques ou les feuilles sont roulées à l'épaisseur requise et coupées à la taille.
-
-
Formation:
-
Le matériau plat est formé en une forme cylindrique à l'aide de la formation de rouleaux ou de la pression.
-
-
Soudage:
-
Les coutures longitudinales sont soudées à l'aide de techniques telles que:
-
Soudage de résistance électrique (ACRE): Le courant à haute fréquence fusionne les bords.
-
Soudage de fusion électrique (EFW): Soudage à l'arc pour les murs plus épais.
-
Soudage à l'arc submergé (SCIE): Pour les tuyaux de grand diamètre.
-
-
Métaux de remplissage (par exemple., Ernichrmo-10) La correspondance de la composition en alliage est utilisée pour maintenir une résistance à la corrosion.
-
-
Traitement thermique:
-
Les tuyaux soudés peuvent être recuits pour soulager les contraintes résiduelles et améliorer la résistance à la corrosion.
-
-
Finition et test:
-
Les tuyaux subissent un traitement de surface (par exemple., décapage, polissage) et des tests rigoureux (par exemple., hydrostatique, radiographique) pour répondre aux normes.
-
5.3 Contrôle de qualité
-
Analyse chimique: Assure le respect des exigences de composition ASTM B622 / B619.
-
Tests mécaniques: Traction, dureté, et les tests d'allongement vérifient les propriétés.
-
Tests de corrosion: ASTM G28 (Méthode A) ou les tests G48 évaluent les piqûres et la résistance à la corrosion intergranulaire.
-
Contrôle dimensionnel: Confirme OD, épaisseur de paroi, et les tolérances de longueur.
6. Comparaison avec Hastelloy C-276 et d'autres alliages
Hastelloy C-22 est souvent comparé à Hastelloy C-276 et à d'autres alliages à base de nickel. Les sections suivantes fournissent une comparaison scientifique.
6.1 Comparaison de la composition chimique
|
Élément
|
Hastelloy C-22 (%)
|
Hastelloy C-276 (%)
|
Inconel 625 (%)
|
Alliage 825 (%)
|
|---|---|---|---|---|
|
Nickel (Ni)
|
55.0 – 59.0
|
55.0 – 57.0
|
58.0 min
|
38.0 – 46.0
|
|
Chrome (CR)
|
20.0 – 22.5
|
14.5 – 16.5
|
20.0 – 23.0
|
19.5 – 23.5
|
|
Molybdène (Mo)
|
12.5 – 14.5
|
15.0 – 17.0
|
8.0 – 10.0
|
2.5 – 3.5
|
|
Tungstène (W)
|
2.5 – 3.5
|
3.0 – 4.5
|
–
|
–
|
|
Fer (Fe)
|
2.0 – 6.0
|
4.0 – 7.0
|
5.0 maximum
|
22.0 min
|
|
Carbone (C)
|
0.015 maximum
|
0.01 maximum
|
0.10 maximum
|
0.05 maximum
|
Analyse:
-
C-22 VS. C-276: Le C-22 a un chrome plus élevé (20.0–22,5% vs. 14.5–16,5%) et inférieur de molybdène (12.5–14,5% vs. 15.0–17,0%), le rendant plus résistant aux environnements oxydants mais légèrement moins efficace dans les acides réducteurs forts.
-
C-22 VS. Inconel 625: Le C-22 a un molybdène plus élevé, Amélioration de la résistance aux piqûres, tandis que la teneur en nickel plus élevée de Inconel 625 améliore la résistance à haute température.
-
C-22 VS. Alliage 825: Le fer inférieur du C-22 et la teneur en molybdène plus élevée offrent une résistance à la corrosion supérieure dans des environnements agressifs.
6.2 Comparaison de la résistance à la corrosion
|
Environnement
|
Hastelloy C-22
|
Hastelloy C-276
|
Inconel 625
|
Alliage 825
|
|---|---|---|---|---|
|
Acide chlorhydrique (10%)
|
Bon
|
Excellent
|
Modéré
|
Pauvre
|
|
Acide sulfurique (50%)
|
Excellent
|
Excellent
|
Bon
|
Modéré
|
|
Acide nitrique (65%)
|
Excellent
|
Bon
|
Bon
|
Modéré
|
|
Eau de mer (Chlorures)
|
Excellent
|
Excellent
|
Bon
|
Bon
|
|
Résistance aux piqûres (Bois*)
|
47
|
45
|
40
|
31
|
*Prendre =% cr + 3.3 ×% mo + 16 ×% n
Analyse:
-
C-22 VS. C-276: Le C-22 excelle dans les acides oxydants (par exemple., acide nitrique) et des systèmes d'acide mixte en raison de chrome plus élevé, tandis que le C-276 est supérieur dans la réduction des acides (par exemple., acide chlorhydrique).
-
C-22 VS. Inconel 625: Le PREN supérieur du C-22 indique une meilleure résistance aux piqûres dans les environnements de chlorure.
-
C-22 VS. Alliage 825: Le C-22 surpasse considérablement l'alliage 825 dans des environnements chimiques agressifs.
6.3 Comparaison des propriétés mécaniques
|
Alliage
|
Traction (MPa)
|
Élasticité (MPa)
|
Élongation (%)
|
|---|---|---|---|
|
Hastelloy C-22
|
690
|
310
|
45
|
|
Hastelloy C-276
|
690
|
283
|
40
|
|
Inconel 625
|
830
|
415
|
30
|
|
Alliage 825
|
590
|
220
|
30
|
Analyse:
-
C-22 VS. C-276: Le C-22 a une limite d'élasticité et un allongement légèrement plus élevés, Amélioration de la formabilité.
-
C-22 VS. Inconel 625: Inconel 625 offre une résistance plus élevée mais une ductilité plus faible, Convient aux applications structurelles.
-
C-22 VS. Alliage 825: Le C-22 offre de meilleures propriétés mécaniques, surtout dans les environnements corrosifs.
6.4 Analyse des coûts
Hastelloy C-22 est un alliage premium, avec des prix allant de $45 à $65 par kg, légèrement supérieur à C-276 ($40- 60 $ par kg) En raison de ses propriétés améliorées. Par rapport à:
-
Inconel 625: Coût comparable mais moins polyvalent dans les environnements chimiques.
-
Alliage 825: Plus rentable mais limité dans des conditions sévères.
7. Tailles et horaires de tuyaux
Les tuyaux Hastelloy C-22 sont disponibles en différentes tailles et horaires pour répondre aux exigences industrielles.
7.1 Tailles de tuyaux nominaux (NPS)
|
NPS (pouces)
|
OD (mm)
|
Horaires communs
|
Applications
|
|---|---|---|---|
|
1/8
|
10.3
|
SCH 10, 40, 80
|
Lignes chimiques de petit diamètre
|
|
1/2
|
21.3
|
SCH 10, 40, 80, 160
|
Échangeurs de chaleur, Pipoting de processus
|
|
1
|
33.4
|
SCH 10, 40, 80, 160
|
Réacteurs chimiques
|
|
2
|
60.3
|
SCH 10, 40, 80, 160
|
Systèmes de contrôle de la pollution
|
|
4
|
114.3
|
SCH 10, 40, 80
|
Lignes de processus à grande échelle
|
|
12
|
323.8
|
SCH 10, 40, 80
|
Tuyaux de traitement des déchets
|
|
24
|
609.6
|
SCH 10, 40
|
Réacteurs industriels
|
7.2 Épaisseur de paroi par horaire
|
Calendrier
|
Épaisseur de paroi (mm)
pour NPS 1 ” (33.4 mm de)
|
Pression nominale (psi)
|
|---|---|---|
|
SCH 5
|
1.65
|
850
|
|
SCH 10
|
2.77
|
1400
|
|
SCH 40
|
3.38
|
1850
|
|
SCH 80
|
4.55
|
2700
|
|
SCH 160
|
6.35
|
4000
|
7.3 Calcul du poids du tuyau
Le poids des tuyaux Hastelloy C-22 est calculé en utilisant:
Où:
-
De = diamètre extérieur (mm)
-
WT = épaisseur de paroi (mm)
-
Densité = 8.69 g/cm³
Exemple: Pour un NPS de 2 ” (60.3 mm de) tuyau avec sch 40 (4.55 MM WT):
8. Applications des tuyaux Hastelloy C-22
Les tuyaux Hastelloy C-22 sont utilisés dans les industries nécessitant une résistance à la corrosion supérieure:
-
Traitement chimique: Piping pour les réacteurs, Échangeurs de chaleur, et colonnes manipulant l'acide nitrique, acides mixtes, et produits chimiques à base de chlore.
-
Médicaments: Systèmes de tuyauterie stérile pour les intermédiaires corrosifs.
-
Contrôle de la pollution: Systèmes de désulfusion au gaz de combustion, époux, et empiler les doublures.
-
Puissance nucléaire: Piping pour les systèmes de manutention et de refroidissement des déchets radioactifs.
-
Pulpe et papier: Digesteurs et plantes de blanchiment exposées à des liqueurs corrosives.
-
Génie maritime: Pipeau d'eau de mer et équipement offshore.
9. Analyse scientifique et études de cas
9.1 Performances anticorrosion
Étude de cas: Réacteur d'acide nitrique Une plante chimique a utilisé des tuyaux Hastelloy C-22 dans un traitement du réacteur 65% acide nitrique à 90 ° C. Après 5 années, Le taux de corrosion était négligeable (<0.01 mm / an), par rapport à l'acier inoxydable 316L, qui a échoué à l'intérieur 6 mois (1.5 mm / an). C-22 a surperformé le C-276 (0.03 mm / an), mettre en évidence sa supériorité dans les environnements oxydants.
9.2 Résistance à l'imperfection de soudure
La teneur en fer inférieure du C-22 réduit les imperfections de soudure par rapport au C-276, Amélioration de la fiabilité dans les systèmes de tuyauterie soudées. Les tests par ASTM G28 montrent que les soudures du C-22 maintiennent la résistance à la corrosion dans l'acide sulfurique bouillant, Contrairement à certains alliages de qualité inférieure.
9.3 Analyse coûts-avantages
Tandis que le C-22 est plus cher que le C-276, sa durée de vie plus longue dans les environnements oxydants (par exemple., 20% plus longtemps dans les systèmes d'acide nitrique) justifie le coût des applications critiques.
APPLICATION:
10. Conclusion
Hastelloy C-22 (Alliage 22) Le tuyau en acier en alliage est un matériau haute performance conçu pour une résistance à la corrosion exceptionnelle dans les environnements oxydants et réducteurs. Sa haute teneur en chrome, fer à faible fer, et la composition équilibrée de nickel-molybdène-tungstène offre des performances supérieures dans des environnements chimiques agressifs par rapport à Hastelloy C-276, Inconel 625, et alliage 825. La soudabilité de l'alliage, Formabilité, et les propriétés mécaniques le rendent idéal pour la tuyauterie transparente et soudée dans le traitement chimique, médicaments, et contrôle de la pollution.
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