آلیاژ هستلوی چیست؟

هستلوی یا Hastelloy سوپرآلیاژی بر پایه نیکل است که مقاومت بسیار فوق العاده‌ای در برابر خوردگی دارد. این آلیاژ در گریدهای مختلف  با ترکیب عناصر گوناگون تولید می‌شود و در شرایطی که استیل تاب مقاومت ندارد (خورندگی بالا)، به عنوان گزینه‌ای ایده‌آل شناخته می‌شود. در این مقاله به تاریخچه آلیاژ هستلوی می‌پردازیم و سپس کاربردها و ویژگی‌های آن را مورد بررسی قرار خواهیم داد. از این رو چنانچه به دنبال آلیاژهای نوین هستید تا انتهای این مطلب از استیل رخ همراه ما باشید.

سفری به تاریخچه هاستلوی (سوپرآلیاژی مناسب محیط‌های خورنده)

هاستلوی نام تجاری گروهی از آلیاژهای پایه نیکل است که برگرفته از نام شرکت تولیدکننده آن (Haynes International) می‌باشد. این شرکت آمریکایی از سال 1921 در زمینه توسعه سوپرآلیاژهای پایه نیکل پیشگام بوده است. اولین آلیاژهایی که با نام هستلوی شناخته شدند، آلیاژهای Hastelloy A و Hastelloy B بودند که Hastelloy B، همچنان در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در سال 1926 آلیاژ Hastelloy C معرفی شد که آخرین نسخه آن، گرید Hastelloy C2000می‌باشد که در صنایع شیمیایی کاربرد گسترده‌ای دارد . تقریبا در همان زمان آلیاژ Hastelloy D نیز معرفی شد که ترکیبی از نیکل، مس و سیلیکون است. جدیدترین گرید این آلیاژ نیز آلیاژ Hastelloy D205 است که در صنایع شیمیایی و در معرض اسید سولفوریک داغ، استفاده می‌شود.

آلیاژ هستلوی معمولا در دمایی حدود 427 درجه سانتی‌گراد، دارای فاز نیمه پایدار گاما است. این فاز پس از فرآیند آنیل و سپس خنک کردن سریع حاصل می‌شود. البته با وجود اینکه این آلیاژ برای کاربرد در دماهای نسبتاً بالا طراحی شده است، قرار گرفتن در معرض دماهای بالا برای مدت طولانی، سبب تشکیل فازهای ثانویه در مرزدانه‌های آن می‌شود.

ترکیب شیمیایی هستلوی

آلیاژهای پایه نیکل هستلوی در ساختار خود دارای مقادیری از کروم و مولیبدن نیز هستند. معمولا 40 تا 70% این آلیاژها از نیکل ساخته شده است و میزان کروم آنها نیز در گریدهای مختلف حدود 1 تا 33% است .

همچنین حدود 5 تا 30% نیز مولیبدن برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی به انواع آلیاژهای هستلوی افزوده می‌شود. عناصر دیگری نیز به مقادیر بسیار کم ممکن است برای دستیابی به برخی از خواص ویژه به این دسته از آلیاژها اضافه شوند، که آهن، تنگستن، کبالت، زیرکونیم، آلومینیوم، تیتانیوم و … از جمله آنها هستند.

جدول واکاوی عناصر سازنده آلیاژهای هستلوی:

ردیف	نوع	عناصر سازنده
1	عناصر اصلی	نیکل 40 تا 70% کروم 1 تا 33% مولیبدن 5 تا 30%
2	عناصر کمکی (جهت بهبود خواص)	آهن، تنگستن، کبالت، زیرکونیم، آلومینیم، تیتانیوم و…

 

روش ذوب و تولید آلیاژ هستلوی

برای تولید آلیاژ Hastelloy از عناصر آلیاژی آن به صورت خالص استفاده می‌شود. عناصر اصلی مانند نیکل، کروم و مولیبدن در کوره‌های القایی تحت خلاء یا VIM ذوب می‌شوند و سایر عناصر آلیاژی نیز با توجه به ترکیب و گرید مورد نظر به آن اضافه می‌گردند.

پس از دستیابی به ترکیب شیمیایی مطلوب، ، این آلیاژها به صورت شمش ریخته‌گری شده و برای دستیابی به شمشی با خلوص بالاتر، فرآیندهای متالورژی ثانویه مانند ESR روی آن صورت می‌پذیرد. پس از طی این مراحل نیز فرآیند همگن‌سازی در دمایی در حدود 1200 درجه سانتی‌گراد انجام شده و در پایان به منظور بهبود خواص مکانیکی فرآیندهای کارگرم مانند فورج و نورد بر روی آلیاژ نهایی صورت می‌گیرد.

بیشتر بخوانید: نقطه ذوب استنلس استیل – دمای ذوب انواع فولادهای ضد زنگ

خواص شیمیایی و خصوصیات فیزیکی هستلوی

هاستلوی ویژگی ظاهری خاص و متمایزی نسبت به سایر آلیاژها ندارد و از این رو نمی‌توان صرفا با توجه به ظاهر، آن را از سایر آلیاژها تفکیک نمود. هرچند می‌توان با توجه به تفاوت چگالی آن با برخی از آلیاژها (مانند آلومینیوم)، تفاوت ملموس آن با این دسته از فلزات را متوجه شد. ولی در مجموع چگالی آلیاژهای هاستلوی نسبت به آلیاژهای فولاد ضدزنگ بیشتر است.

همانطور که بیان شد، آلیاژهای هستلوی دارای مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی هستند. گریدهایی مانند Hastelloy C276 مقاومت بالایی در برابر ترک خوردگی حفره‌ای و شکافی دارند و همچنین در برابر ترک خوردگی تنشی نیز عملکرد خوبی از خود نشان می‌دهد. همچنین گفتنی است گریدهای مختلف هستلوی نسبت به خوردگی در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی (مانند نمک‌ها، اسیدها و بازها) از مقاومت فوق‌العاده‌ای برخوردار هستند. لازم به ذکر است که نقطه ذوب این آلیاژها دارای بازه دمایی 1260 تا 1400 درجه سانتی‌گراد می‌باشد.

گریدهای مختلف هستلوی

تفاوت در ترکیب شیمیایی آلیاژهای هستلوی سبب تفاوت در ویژگی‌های آن‌ها می‌شود. در این قسمت گریدهای مختلف این آلیاژها را بررسی می‌نماییم :

Hastelloy B: این گرید حاوی مقادیر بالایی از مولیبدن است. محتوای مولیبدن در ساختار این آلیاژها، مقاومت در برابر خوردگی را به طرز قابل توجهی بهبود بخشیده و باعث گردیده که در محیط‌های کاهنده شدید، کاربرد بسیار زیادی داشته باشند. آلیاژهای Hastelloy B-2(UNS N10655) و Hastelloy B-3(UNS N10675) دو گرید از این دسته هستند. آلیاژ Hastelloy B-2 مقاومت بسیار بالایی در برابر هیدروکلریک اسید دارد اما در محیط‌های اکسید کننده، از عمکلرد ضعیف‌تری برخوردار است. گرید Hastelloy B-3 نیز مقاومت حفره‌ای بسیار خوبی دارد و در مقایسه با آلیاژ Hastelloy B-2 پایداری حرارتی بهتری در دماهای بالا از خود نشان می‌دهد.

Hastelloy C: این گروه، با ترکیب کروم، نیکل و مولیبدن، در میان خانواده سوپرآلیاژهای پایه نیکل، جایگاه ویژه‌ای دارند. در مقایسه با گریدهای گروه B، محتوای مولیبدن بسیار کمتری داشته (تقریباً نصف) اما میزان کروم آنها بیشتر است. افزایش کروم در این گروه، قابلیت شکل‌پذیری آنها را به طور قابل توجهی افزایش داده و این آلیاژها را برای کاربردهایی که به انعطاف‌پذیری و شکل‌دهی پیچیده نیاز دارند، مناسب نموده است. برخی از گریدهای این دسته عبارتند از:

• Hastelloy C-4 (UNS N06455): این گرید به دلیل انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی عالی، برای تولید قطعات به کمک روش کشش عمیق ایده‌آل می‌باشد.
• Hastelloy C-22 (UNS N06022): جوش‌پذیری فوق‌العاده این آلیاژ، آن را به انتخابی مناسب برای سیستم‌های گوگردزدایی و مخازن واکنش دارویی تبدیل نموده است.
• Hastelloy C-276 (UNS N10276): مقاومت این گرید در برابر ترک خوردگی تنشی و خوردگی حفره‌ای، آن را به گزینه مناسبی برای کاربردهای گسترده در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی مبدل کرده است.

Hastelloy G: این گرید دارای مقادیر بسیار کمی از مولیبدن است که این مهم سبب تمایز آن با سایر گریدهای این دسته می‌باشد. مقدار سیلیسم در این دسته حدود 10 برابر سایر گریدهاست. قابلیت جوشکاری بالا یکی از مزایای قابل توجه گریدهای هستلوی G است و آنها را می‌توان با استفاده از روش‌های مختلف جوشکاری به یکدیگر متصل نمود. دو گرید Hastelloy G-3 (UNS N06958) و Hastelloy G-30 (UNS N06030) از جلمه گریدهای شناخته شده این دسته هستند. از ویژگی‌های این نوع از هستلوی، می‌توان به مقاومت بالا در برابر خوردگی، اکسیداسیون بالا و همچنین تحمل عالی در محیط‌های حاوی اسید فسفریک اشاره کرد.

Hastelloy X: هستلوی نوع X از نیکل، کروم، مولیبدن، کبالت و تنگستن تشکیل شده است. همچنین عناصری مانند آهن و منگنز نیز به مقدار بسیار کم در ساختار آن وجود دارند. این گرید دارای استحکام بسیار خوبی است و همچنین مقاومت به خوردگی آن نیز قابل توجه می‌باشد. این آلیاژ کاربرد فراوانی در ساخت کوره‌های صنعتی و موتورهای توربین گاز دارد و از آنجایی که از پایداری مناسبی در دماهای بالا برخوردار است در صنایع هوافضا نیز کاربرد دارد.

Hastelloy N: ترکیب این دسته از آلیاژهای هستلوی، نیکل مولیبدن و کروم است. حدود 70% نیکل به همراه 16% مولیبدن و 7% نیکل، مقاومت به اکسیداسیون بسیار خوبی در دمای بالا برای این گرید فراهم کرده و سبب کاربرد فراوان آن در صنعت شده است.

پیشنهاد می‌کنیم مطلب چگونه می‌توان مناسب ترین اتصالات استیل یا فولاد ضد زنگ را انتخاب کرد؟ را از ما بخوانید.

جدول گریدهای مختلف هسلتوی:

گرید	چگالی (g/cm3)	نقطه ذوب (°C)	استحکام کششی (MPa)	استحکام تسلیم (0.2 % Offset) (MPa)	ازدیاد طول (%)
B2	9.2	1370	760	350	40
B3	9.2	1370	760	350	40
C4	8.64	1350-1400	783	365	55
C22	8.69	1399	690	310	45
C276	8.89	1370	790	355	40
X	8.22	1355	655	240	35

 

مقایسه هستلوی با استیل

برای مقایسه استنلس استیل و هستلوی می‌توان موارد مختلفی را مورد بررسی قرار داد که از آن جمله شاخص‌های زیر قابل اشاره هستند:

• استحکام و خواص مکانیکی: استیل نسبت به هسلتوی از استحکام بالاتری برخوردار است. هرچند که این تفاوت زیاد نیست.
• مقاومت در برابر خوردگی: هستلوی در این قیاس، از مقاومت بسیار بیشتری نسبت به گریدهای مختلف استیل برخوردار می‌باشد.
• چگالی: استیل چگالی کمتری نسبت به آلیاژ هستلوی دارد.
• خاصیت مغناطیسی: هستلوی غیرمغناطیسی است. در صورتی که برخی از گریدهای استیل دارای خاصیت مغناطیسی می‌باشند.

کاربردهای هستلوی

همانطور که تا اینجای مقاله نیز بارها اشاره گردید، گریدهای مختلف هستلوی دارای کاربرد بسیار گسترده‌ای در صنعت هستند. در ادامه به صورت تیتروار به برخی از کاربردهای آن اشاره خواهیم کرد:

• پوشش تجهیزات شیمیایی
• مخازن تحت فشار
• سیستم احتراق توربین‌ها
• لوله‌ها و شیرهای مورد استفاده در خطوط فرآوری شیمیایی

مزایا و معایب هستلوی

مقاومت به خوردگی بسیار بالا را می‌توان مهم‌ترین ویژگی‌ این دسته از آلیاژها دانست. قابلیت شکل‌پذیری خوب آنها نیز سبب شده تا بتوان با روش‌های مختلف، قطعاتی با هندسه‌های مختلف را تولید نمود. همچنین مقاومت بالای آن‌ها در دماهای بالا در برابر خوردگی و نیز در مقابل کاهش استحکام منجر به کاربردی بودن آنها در ساخت توربین‌ها شده است .

قیمت بالای این آلیاژها را می‌توان از جمله معایب آن‌ها به شمار آورد. قابلیت ماشینکاری ضعیف هستلوی نیز مورد دیگری است که باید به آن اشاره کرد، که به دلیل کارسختی بالا و هدایت حرارتی کم آن اتفاق می‌افتد.

در صورت تمایل جهت دریافت خدمات، خرید ورق استیل و دیگر اقلام استیل، با کارشناسان ما در استیل رخ در تماس باشید.

سخن آخر

هستلوی از جمله آلیاژهایی است که در صنعت به تازگی جای خود را باز کرده و به عبارتی نوظهور است. ترکیب استحکام بالا، پایداری در برابر خوردگی و تنوع گرید، این آلیاژ را به گزینه‌ای ایده‌آل برای کاربردهای چالش‌برانگیز در صنایع مختلف، از جمله هوافضا تبدیل نموده است.

با توجه به ویژگی‌ها و مزایایی که برای آن برشمرده شد، انتظار می‌رود نوآوری‌ها و پیشرفت‌های آینده در زمینه تولید و فرآوری هستلوی، کاربردهای جدید و هیجان‌انگیز دیگری را نیز برای این آلیاژهای ارزشمند رقم بزند.