Hợp kim X / Inconel® HX / Hastelloy® X / 2.4665 / UNS N06002 – hợp kim niken NiCr22Fe18Mo
Hợp kim X (UNS N06002, 2.4665, NiCr22Fe18Mo, Hastelloy ® X, Inconel ® HX, Nicrofer ® 4722 Co, NASHX, JIS NW6002) là hợp kim niken-crom-sắt-molypden chịu nhiệt, được tăng cường độ bền bằng dung dịch. Thành phần của nó xấp xỉ 47% niken, 22% crom, 18% sắt và 9% molypden. Nó kết hợp khả năng chống oxy hóa cao và khả năng hàn tốt với các đặc tính hữu ích trong sản xuất buồng đốt, các bộ phận tuabin khí và thiết bị lò công nghiệp.
Các vật liệu hiện có tại Alfa-Tech – Hợp kim X / Hastelloy X / Inconel HX / 2.4665 / UNS N06002
Thanh hợp kim X / Hastelloy X / Inconel HX / 2.4665 – tròn, cán / bóc vỏ / kéo giãn Thanh dẹt hợp kim X / Hastelloy X / Inconel HX / UNS N06002 Thanh rèn hợp kim X / Hastelloy X / 2.4665 / UNS N06002 – tròn, vuông và thanh dẹt rèn Sản phẩm rèn hợp kim X / Inconel HX / UNS N06002 – hình khối, trục và vòng rèn tự do Ống hợp kim X / Hastelloy X / 2.4665 / UNS N06002 – liền mạch và hàn Tấm hợp kim X / Inconel HX / 2.4665 / UNS N06002 – cán nóng / cán nguội +48 63 2610519 kontakt@alfa-tech.com.pl
Thành phần hóa học của hợp kim X – So sánh với UNS N06002, 2.4665, Hastelloy X, Inconel HX và Nicrofer 4722 Co
Thành phần của hợp kim X dựa trên dung dịch rắn đa thành phần của niken với crom, sắt, molypden, và một lượng nhỏ coban và vonfram. Bảng sau đây phân biệt các yêu cầu giới hạn với thành phần danh nghĩa do nhà sản xuất công bố. Trước khi sử dụng vật liệu này làm chất thay thế, vui lòng tham khảo tiêu chuẩn sản phẩm và giấy chứng nhận nghiệm thu thích hợp.
| Thành phần hóa học - phần trăm theo khối lượng | |||||||||||
| Loại hợp kim | Norma | Ni | Cr | Fe | Mo | Co | W | C | Mn | Si | Inne |
| Hợp kim X / UNS N06002 | UNS / ASTM | nghỉ ngơi | 20,5-23,0 | 17,0-20,0 | 8,0-10,0 | 0,5-2,5 | 0,2-1,0 | 0,05-0,15 | max 1,0 | max 1,0 | Cu tối đa 0,5; P tối đa 0,04; S max 0,03 |
| Hastelloy® X | Haynes quốc tế | Vâng. 47 | 22,0 | 18,0 | 9,0 | 1,5 | 0,6 | 0,10 | max 1,0 | max 1,0 | B tối đa 0,008; Nb tối đa 0,5; Al tối đa 0,5; Ti tối đa 0,15; giá trị danh nghĩa |
| Inconel® hợp kim HX | Kim loại đặc biệt | nghỉ ngơi | 20,5-23,0 | 17,0-20,0 | 8,0-10,0 | 0,5-2,5 | 0,2-1,0 | 0,05-0,15 | max 1,0 | max 1,0 | P tối đa 0,04; giới hạn của nhà sản xuất |
| 2.4665 / NiCr22Fe18Mo | DIN / EN | nghỉ ngơi | 20,5-23,0 | 17,0-20,0 | 8,0-10,0 | 0,5-2,5 | 0,2-1,0 | 0,05-0,15 | max 1,0 | max 1,0 | Cu tối đa 0,5; P tối đa 0,02; S tối đa 0,015; Almax 0,5; B tối đa 0,010 |
| Nicofer® 4722 đồng | VDM / ThyssenKrupp | nghỉ ngơi | 20,5-23,5 | 17,0-20,0 | 8,0-10,0 | 0,5-2,5 | 0,2-1,0 | 0,05-0,15 | max 1,0 | max 1,0 | B tối đa 0,005; thẻ VDM lịch sử; so sánh các yêu cầu |
| NASHX / NW6002 | JIS/Nippon Yakin | Vâng. 47 | Vâng. 22 | Vâng. 18 | Vâng. 9 | Vâng. 1,5 | Vâng. 0,6 | theo JIS | theo JIS | theo JIS | Giá trị điển hình: 47Ni–22Cr–9Mo–18Fe–1,5Co–0,6W; giới hạn JIS |
| NiCr21Fe18Mo9 / SNi6002 | ISO 18274 – bìa hồ sơ | nghỉ ngơi | 20,5-23,0 | 17,0-20,0 | 8,0-10,0 | 0,5-2,5 | 0,2-1,0 | 0,05-0,15 | max 1,0 | max 1,0 | Phân loại vật liệu hàn, không phải tiêu chuẩn sản phẩm thép. |
Lưu ý: Ký hiệu "phần còn lại" chỉ lượng niken còn lại trong thành phần sau khi đã tính đến các nguyên tố khác; nó không đại diện cho một tỷ lệ phần trăm cố định. Vạch Haynes biểu thị thành phần danh nghĩa, trong khi vạch ISO 18274 đề cập đến vật liệu hàn tiêu hao. Các thông số kỹ thuật khác nhau có thể không có giới hạn nguyên tố vi lượng giống nhau.
Hợp kim X / Hastelloy X / Inconel HX – đặc tính vật liệu
Hợp kim X là một hợp kim có nền austenit và cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC). Không giống như các siêu hợp kim gốc niken được làm cứng bằng cách kết tủa có kiểm soát pha γ′, chẳng hạn như một số loại thép dùng cho tuabin, sự tăng cường độ bền bằng dung dịch đóng vai trò quan trọng trong hợp kim X. Molypden, crom và các nguyên tố khác hòa tan trong nền cản trở sự chuyển động của các lệch mạng, giúp duy trì độ bền hữu ích ở nhiệt độ cao. Hàm lượng crom cao thúc đẩy sự hình thành lớp oxit crom, hạn chế quá trình oxy hóa bề mặt. Niken chịu trách nhiệm về độ ổn định của nền và khả năng chống chịu với nhiều môi trường hóa học, trong khi sắt ảnh hưởng đến các tính chất vật liệu và cấu trúc kinh tế của hợp kim. Molypden, cùng với việc bổ sung vonfram, giúp tăng khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ mà thép không gỉ tiêu chuẩn có thể bị giảm độ bền. Một lợi thế quý giá của hợp kim này là các tính chất công nghệ của nó: nó có thể được cán, rèn, uốn và hàn bằng công nghệ thích hợp. Đồng thời, độ bền nóng cao và khả năng làm cứng khi gia công đồng nghĩa với lực tạo hình cao hơn và gia công đòi hỏi khắt khe hơn so với nhiều loại thép kết cấu thông thường.
Tầm quan trọng của các nguyên tố hợp kim quan trọng nhất
- Niken (Ni) – Tạo ra ma trận austenit, tăng cường độ ổn định cấu trúc và hỗ trợ khả năng chống lại nhiều loại ăn mòn.
- Crom (Cr) – Cung cấp khả năng hình thành lớp oxit bảo vệ, rất quan trọng trong môi trường oxy hóa.
- Sắt (Fe) – xuất hiện với hàm lượng tương đối cao, khoảng 18%, ảnh hưởng đến bản chất của dung dịch rắn và sự cân bằng thành phần.
- Molypden (Mo) – một chất phụ gia tăng cường độ bền rất quan trọng, giúp tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao.
- Coban (Co) và vonfram (W) – Chúng xuất hiện với số lượng nhỏ hơn, cùng tạo nên hệ hợp kim và hỗ trợ các đặc tính cơ học ở nhiệt độ cao.
- Cacbon (C) – Tham gia vào quá trình hình thành cacbua; sự thay đổi trong phân bố của chúng trong quá trình nung nóng lâu dài có thể ảnh hưởng đến độ bền va đập và độ dẻo.
Tên gọi, tên thương mại và các tên gọi tương đương của Hợp kim X
Tài liệu thương mại bao gồm cả các ký hiệu tiêu chuẩn và nhãn hiệu của từng nhà máy thép. Hastelloy X và Inconel HX là tên thương mại của các hợp kim thuộc nhóm UNS N06002; tuy nhiên, chỉ riêng tên gọi không đảm bảo sự tuân thủ của một lô hàng cụ thể với tất cả các yêu cầu sản phẩm.
| Hợp kim X – ký hiệu và tên thương mại | ||
| Hệ thống / nhà sản xuất | Chỉ định loài | Lưu ý quan trọng khi đặt hàng |
| UNS | Sự Kiện N06002 | Mã số nhận dạng thành phần hợp kim cơ bản của Mỹ: X. |
| Mã số vật liệu EN / DIN | 2.4665 | Mã số vật liệu châu Âu được sử dụng trên bản vẽ và chứng chỉ. |
| DIN – ký hiệu hóa học | NiCr22Fe18Mo | Các thành phần chính của hợp kim được ghi lại trong tên hóa học. |
| Haynes quốc tế | Hastelloy® X | Nhãn hiệu đã được đăng ký của nhà sản xuất; điều kiện sản phẩm được khuyến nghị và kiểm tra theo tiêu chuẩn. |
| Kim loại đặc biệt | Inconel® hợp kim HX | Nhãn hiệu đã được đăng ký của tập đoàn Special Metals. |
| VDM / ThyssenKrupp | Nicofer® 4722 đồng | Tên gọi lịch sử được tìm thấy trong các thẻ VDM. |
| Nippon Yakin/JIS | NASHX / NW6002 | Ghi rõ nhà sản xuất Nhật Bản và cấp độ JIS cho một số sản phẩm nhất định. |
| Cử nhân Khoa học / Lịch sử | HR 204 / HR 6 | Các tên gọi lịch sử của Anh dành cho nhiều loại sản phẩm khác nhau. |
| AFNOR / lịch sử | NC22FeD | Tên gọi tiếng Pháp được tìm thấy trong các thẻ lưu trữ. |
| Trung Quốc – tên được tìm thấy trong tài liệu | GH3536 / GH536 | Các ký hiệu này cần được xác nhận bằng một tiêu chuẩn GB/GJB cụ thể; chúng không đủ để tự mình thiết lập khả năng thay thế hoàn toàn. |
| Cách diễn giải bảng: Phân biệt giữa tên gọi thành phần, tiêu chuẩn sản phẩm và tên thương mại. Trước khi mua hàng, hãy kiểm tra điều kiện giao hàng, các thử nghiệm theo yêu cầu của khách hàng và xác nhận tuân thủ trong giấy chứng nhận nghiệm thu. | ||
Chúng không tương đương với Hợp kim X: các ký hiệu NiCr15Fe7TiAl và UNS N07750 đề cập đến các hợp kim thuộc nhóm X-750, trong khi Super-Invar 32-S là một hợp kim dành cho mục đích hoàn toàn khác. Chúng không nên được đưa vào danh sách các chất thay thế cho Hastelloy X.
Tính chất vật lý của hợp kim X / 2.4665
Các tính chất vật lý quyết định hành vi của hợp kim trong quá trình gia nhiệt, dẫn nhiệt, giãn nở nhiệt và chịu tải. Khi thiết kế các bộ phận của lò công nghiệp và tuabin, sự kết hợp giữa độ dẫn nhiệt thấp, độ giãn nở nhiệt cao và mô đun đàn hồi giảm theo nhiệt độ là đặc biệt quan trọng.
| Hợp kim X – Các tính chất vật lý cơ bản | ||
| Thông số và đặc tính vật lý | Giá trị gần đúng | Điều kiện đo lường và ý nghĩa kỹ thuật |
| Tài liệu vật liệu | xấp xỉ 8,22–8,23 g/cm³ | Một thông số cần thiết để tính toán khối lượng của các tấm, thanh và các chi tiết được làm từ hợp kim siêu bền. |
| Khoảng nhiệt độ nóng chảy | 1260-1355 ° C | Khoảng nhiệt độ nóng chảy – điểm đông đặc không phải là khoảng nhiệt độ hoạt động cho phép của cấu trúc. |
| Điện trở suất | xấp xỉ 1,15–1,18 μΩ m | Giá trị ở nhiệt độ phòng cao hơn nhiều so với thép không pha hợp kim. |
| Độ dẫn nhiệt | xấp xỉ 9,1–9,7 W/(m·K) | Ở nhiệt độ phòng; độ cứng tăng lên khi hợp kim được nung nóng. |
| nhiệt dung riêng | xấp xỉ 460–490 J/(kg K) | Các giá trị phụ thuộc vào tài liệu của nhà sản xuất và điều kiện đo lường. |
| Môđun đàn hồi dọc E | khoảng 205 GPa | Số liệu ở nhiệt độ phòng; thông số độ cứng đàn hồi, không phải độ bền kéo. |
| Số Poisson ν | Vâng. 0,32 | Một đại lượng không có đơn vị xác định mối quan hệ giữa biến dạng ngang và biến dạng dọc. |
| Độ thẩm thấu từ tính tương đối | khoảng 1,0 | Ma trận austenit có tính chất từ rất yếu. |
| Cách diễn giải bảng: Tất cả các số liệu chỉ mang tính chất tham khảo; đối với các phép tính quan trọng, vui lòng tham khảo bảng dữ liệu và phạm vi nhiệt độ của nhà sản xuất tương ứng. | ||
Tính chất vật lý của hợp kim X ở nhiệt độ cao
Khi nhiệt độ tăng, hợp kim thường dẫn nhiệt tốt hơn, làm tăng nhiệt dung riêng và hệ số giãn nở trung bình. Đồng thời, mô đun đàn hồi của nó giảm, do đó các khe co giãn, các kênh thành mỏng và thiết bị lò nung phải tính đến sự giãn nở nhiệt và biến dạng có thể xảy ra.
| Hợp kim X – Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng và độ giãn nở | |||
| Nhiệt độ/phạm vi | Độ dẫn điện λ [W/(m K)] | Nhiệt dung riêng cₚ [J/(kg K)] | Hệ số trung bình α [10⁻⁶/K] |
| 20-26 ° C | 9,7 | 486 | 13,9 (26–100°C) |
| 100 ° C | 11,1 | - | 13,9 (26–100°C) |
| 300-315 ° C | 14,7 | 498 (315 ° C) | - |
| 500 ° C | - | - | 15,0 (26–500°C) |
| 600-650 ° C | 20,6 (600 ° C) | 582 (650 ° C) | 15,3 (26–600°C) |
| 700 ° C | 22,8 | - | 15,7 (26–700°C) |
| 800-870 ° C | 25,0 (800 ° C) | 699 (870 ° C) | 16,0 (26–800°C) |
| 900 ° C | 27,4 | - | 16,4 (26–900°C) |
| 975-1095 ° C | - | 858 (1095 ° C) | 16,6 (26–975°C) |
| Cách diễn giải bảng: Các giá trị trong cùng một hàng không phải lúc nào cũng biểu thị cùng một nhiệt độ; phạm vi được chỉ định trong ô. α là giá trị trung bình của phạm vi tính từ nhiệt độ ban đầu, chứ không phải là một giá trị cụ thể. | |||
Dữ liệu nhiệt dựa trên thông số kỹ thuật của nhà sản xuất và dữ liệu nguồn. "—" biểu thị sự vắng mặt của một giá trị trong thông số kỹ thuật này, chứ không phải là giá trị vật lý bằng không.
Mô đun Young và ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ cứng
Mô đun đàn hồi E giảm dần theo nhiệt độ, điều này cần được tính đến trong các phép tính về độ rung, độ lệch và ứng suất. Dữ liệu đo tĩnh hoặc động có thể khác nhau; do đó, không nên kết hợp các giá trị từ các bảng dữ liệu khác nhau mà không kiểm chứng phương pháp thử nghiệm.
| Hợp kim X - mô đun đàn hồi theo hàm số nhiệt độ | ||
| Nhiệt độ T [°C] | Mô đun đàn hồi E [GPa] | Giải thích thực tiễn |
| 20 | 196 | Giá trị tham chiếu cho phép thử tấm kim loại được chỉ định sau khi xử lý nhiệt dung dịch. |
| 100 | 193 | Độ cứng thay đổi nhẹ so với nhiệt độ phòng. |
| 200 | 185 | Việc giảm độ cứng rất quan trọng đối với các cấu kiện thành mỏng. |
| 300 | 179 | Cần phải tính đến biến dạng đàn hồi trong các phép tính. |
| 400 | 172 | Sự gia tăng nhiệt độ làm hạn chế độ cứng hiệu quả của cấu trúc. |
| 500 | 164 | Đối với các cấu kiện chịu tải, cần phải phân tích cả giới hạn chảy. |
| 600 | 158 | Việc vận hành lâu dài đòi hỏi phải đánh giá hiện tượng biến dạng dão. |
| 700 | 150 | Ngoài E, ứng suất nhiệt và sự giãn nở nhiệt cũng rất quan trọng. |
| 800 | 143 | Không nên coi mô đun đàn hồi như một mức ứng suất cho phép. |
| 900 | 134 | Nguy cơ biến dạng vĩnh viễn các bộ phận chịu tải ngày càng tăng. |
| 1000 | 126 | Cần tiến hành kiểm chứng độ bền lâu dài. |
| Cách diễn giải bảng: Đây là một chuỗi dữ liệu cụ thể cho một loại vật liệu và phương pháp đo. Nó phân tách mô đun E khỏi độ bền Rm, độ giãn dài A và khả năng chống biến dạng dão. | ||
Ở các loại card của các nhà sản xuất khác, mô đun đàn hồi động có thể vào khoảng 205 GPa ở nhiệt độ phòng; sự khác biệt này là do, trong số những yếu tố khác, phương pháp thử nghiệm.
Tính chất cơ học của hợp kim X – Rm, Rp0,2, độ giãn dài và độ cứng
Các tính chất cơ học của Hastelloy X phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm, độ dày tiết diện, lịch sử tạo hình và trạng thái nhiệt. Dữ liệu về tấm được xử lý dung dịch không tự động áp dụng cho các sản phẩm rèn hoặc thanh. Độ bền kéo và giới hạn chảy là các thông số riêng biệt; độ cứng HB hoặc HRB là một đặc tính độc lập khác.
| Hợp kim X – các đặc tính cơ học của mẫu ở nhiệt độ phòng | ||||
| Điều kiện sản phẩm/giao hàng | Rm [MPa] | Rp0,2 [MPa] | MỘT [%] | Dữ liệu cho thấy điều gì? |
| Tấm thép xử lý nhiệt dung dịch - Dữ liệu Haynes | Vâng. 783 | Vâng. 376 | Vâng. 46,5 | Độ dẻo cao với độ bền tương đối cao; dữ liệu điển hình. |
| Tấm sau khi xử lý bão hòa - Dữ liệu Haynes | Vâng. 760 | Vâng. 340 | Vâng. 48,9 | Các giá trị điển hình cho các phép đo đã được công bố. |
| 2.4665 – giá trị tối thiểu theo báo cáo thương mại | tối thiểu XUẤT KHẨU | tối thiểu XUẤT KHẨU | tối thiểu XUẤT KHẨU | Đây là những yêu cầu riêng biệt so với danh sách mẫu; tiêu chuẩn sản phẩm liên quan có thể quy định các mức tối thiểu khác nhau. |
| Độ cứng – ví dụ về vật liệu 2.4665 | lên đến khoảng 180 HB | - | - | Độ cứng không tương đương với giới hạn chảy hoặc độ giãn dài. |
| Cách diễn giải bảng: Rm là độ bền kéo, Rp0,2 là giới hạn chảy, và A là độ giãn dài khi đứt. "Điển hình" không có nghĩa là các giá trị được đảm bảo khi nhận hàng. | ||||
Sự thay đổi độ bền của hợp kim ở nhiệt độ cao
Hợp kim X vẫn giữ được độ bền hữu ích ở nhiệt độ điển hình của buồng đốt và thiết bị lò nung, nhưng ở nhiệt độ gần 1000°C, sự suy giảm Rm, thời gian chịu tải và hiện tượng rão không thể bỏ qua. Dữ liệu thử nghiệm kéo tức thời không thể thay thế cho các tính toán tuổi thọ sử dụng.
| Hastelloy X – Đặc tính kéo của tấm kim loại theo tiêu chuẩn Haynes | |||
| Nhiệt độ thử nghiệm [°C] | Rp0,2 [MPa] | Rm [MPa] | Độ giãn A [%] |
| 21 | 376 | 783 | 46,5 |
| 538 | 253 | 628 | 53,6 |
| 649 | 241 | 580 | 65,5 |
| 760 | 233 | 424 | 95,6 |
| 871 | 193 | 251 | 117,9 |
| 982 | 88 | 130 | 81,5 |
| 1093 | 43 | 65 | 50,6 |
| Cách diễn giải bảng: Các giá trị được trình bày là kết quả điển hình của các thử nghiệm ngắn hạn. Độ giãn dài vượt quá 100% có thể xảy ra trong các thử nghiệm ở nhiệt độ cao và không cho thấy vật liệu có phù hợp để hoạt động lâu dài dưới tải trọng hay không. | |||
Độ bền va đập và hiệu ứng ủ lâu dài của hợp kim X
Độ dẻo cao ở trạng thái bão hòa quá mức không đảm bảo độ bền va đập tương tự sau khi tiếp xúc nhiệt lâu dài. Trong một số phạm vi nhiệt độ nhất định, cacbua và các pha khác có thể kết tủa, làm thay đổi hành vi va đập mặc dù vẫn duy trì độ bền kéo cao.
| Hastelloy X – Độ bền va đập Charpy V sau khi xử lý nhiệt lão hóa | |||
| Tình trạng lão hóa và nhiệt độ | Thời gian gia nhiệt [h] | Độ bền va đập KV [J] | Ý nghĩa của kết quả |
| Sau khi bão hòa - không bị lão hóa | 0 | 129 | Giá trị tham chiếu cho loạt mẫu này (tấm 12,7 mm). |
| 649 ° C | 1000 | 33 | Độ bền va đập giảm đáng kể sau khi tiếp xúc. |
| 649 ° C | 4000 | 16 | Một ví dụ về sự gia tăng khả năng mất khả năng chống va đập. |
| 649 ° C | 8000 | 20 | Kết quả thử nghiệm, không đảm bảo đạt ngưỡng vật liệu tối đa. |
| 760 ° C | 1000 | 14 | Độ bền va đập giảm sau một thời gian sử dụng nhất định. |
| 760 ° C | 8000 | 11 | Đánh giá quan trọng đối với các công trình chịu tải trọng động. |
| 871 ° C | 1000 | 20 | Giá trị thu được từ các nghiên cứu về phơi nhiễm lâu dài. |
| 871 ° C | 16000 | 16 | Không nên nhầm lẫn tính ổn định trong thử nghiệm kéo với độ bền va đập ổn định. |
| Cách diễn giải bảng: Các thử nghiệm sau lão hóa được thực hiện trên một lô và hình dạng rãnh chữ V cụ thể. Chúng không nên được so sánh trực tiếp với kết quả Charpy thu được đối với các loại rãnh khác. | |||
Hợp kim X – Độ bền rão và độ bền theo thời gian
Hiện tượng rão ở nhiệt độ cao là sự biến dạng chậm và diễn ra từ từ dưới tác động của tải trọng kéo dài. Trong trường hợp các bộ phận tuabin, buồng đốt và lò công nghiệp, hiện tượng này có thể quan trọng hơn cả độ bền thu được trong thử nghiệm kéo ngắn hạn. Cần phải phân biệt ứng suất dẫn đến đứt gãy sau một thời gian nhất định với ứng suất gây ra biến dạng nhất định.
| Hợp kim X - Ứng suất phá hủy do rão gần đúng, dạng tấm | ||||
| Nhiệt độ [°C] | Sau 10 giờ [MPa] | Sau 100 giờ [MPa] | Sau 1000 giờ [MPa] | Sau 10.000 giờ [MPa] |
| 650 | 462 | 331 | 234 | 170 |
| 760 | 221 | 155 | 109 | 77 |
| 870 | 117 | 73 | 45 | 28 |
| 980 | 45 | 26 | 14 | 8 |
| 1090 | 17 | 8 | 4 | - |
| Cách diễn giải bảng: Thời gian vận hành yêu cầu càng dài và nhiệt độ càng cao thì ứng suất gây hỏng càng thấp. Các giá trị này không phải là ứng suất cho phép; dữ liệu này đề cập đến các thử nghiệm cụ thể từ tài liệu kỹ thuật gốc. | ||||
Hiện tượng rão không nhất thiết phải dẫn đến vỡ: trong nhiều thiết bị, các vấn đề về thiết kế bao gồm cả sự giãn dài vĩnh viễn nhỏ, biến dạng gioăng hoặc sai lệch vị trí các bộ phận. Bảng dưới đây cho thấy ứng suất ban đầu trung bình cần thiết để đạt được độ biến dạng lần lượt là 0,5%, 1% và 2% trong 1000 giờ.
| Hợp kim X – Ứng suất đối với biến dạng rão nhất định sau 1000 giờ | |||
| Nhiệt độ [°C] | Độ rão 0,5% [MPa] | Độ rão 1,0% [MPa] | Độ rão 2,0% [MPa] |
| 650 | 121 | 145 | 155 |
| 760 | 45 | 62 | 74 |
| 870 | 21 | 25 | 30 |
| 980 | 6 | 7 | 8 |
| Cách diễn giải bảng: Ở cùng một nhiệt độ, độ biến dạng cho phép lớn hơn tương ứng với ứng suất cao hơn. Đây không phải là các giá trị thiết kế nếu không có hệ số an toàn thích hợp. | |||
Bảng dữ liệu của nhà sản xuất có thể cung cấp dữ liệu về tuổi thọ dự kiến cho các loại thép khác nhau, điều kiện xử lý nhiệt dung dịch và phương pháp thử nghiệm. Trước khi áp dụng các giá trị này vào thiết kế, cần so sánh chuỗi dữ liệu với tiêu chuẩn thiết kế phù hợp (ví dụ: ASME) và tuổi thọ dự kiến yêu cầu.
Khả năng chống ăn mòn của Hastelloy X – quá trình oxy hóa, cacbon hóa và môi trường khắc nghiệt.
Khả năng chịu nhiệt độ cao của hợp kim X kết hợp giữa độ ổn định của lớp oxit, khả năng duy trì tính chất cơ học và khả năng chống lại các phản ứng khí-kim loại đặc thù. Trong môi trường lò nung và tuabin, không chỉ giá trị nhiệt độ tối đa quan trọng mà còn cả thành phần khí, độ ẩm, sự hiện diện của lưu huỳnh và muối, cũng như tần suất gia nhiệt và làm nguội.
Quá trình oxy hóa tĩnh và tuần hoàn
Crom giúp tạo điều kiện hình thành lớp bảo vệ, và các đặc tính công nghệ của hợp kim này thuận lợi cho việc sử dụng nó trong các tấm chắn phức tạp và các bộ phận thành mỏng. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải phân biệt giữa sự hao hụt kim loại và tổng độ sâu hư hại, bao gồm cả sự xuyên thủng bên trong. Đây là hai thông số khác nhau.
| Hastelloy X – Thử nghiệm oxy hóa tĩnh 1008 giờ trong luồng không khí | |||
| Nhiệt độ [°C] | Lượng kim loại hao hụt mỗi bên [mm] | Tổn thất + độ xuyên thấu bên trong [mm] | Nghiên cứu cho thấy điều gì? |
| 980 | 0,007 | 0,019 | Thiệt hại nhỏ trong lần thử nghiệm này. |
| 1095 | 0,038 | 0,069 | Nhiệt độ cao hơn làm tăng tổng lượng chất bị phân hủy. |
| Cách diễn giải bảng: Các số liệu được cung cấp là từ một quy trình so sánh cụ thể. Chúng không tự động mô tả sự ăn mòn trong tất cả các lò công nghiệp. "Mỗi mặt" có nghĩa là một bề mặt mẫu. | |||
Tôi cacbon hóa ở nhiệt độ cao
Hợp kim X được sử dụng trong nhiều môi trường thấm cacbon vì ma trận niken ổn định và lớp bảo vệ crom có thể hạn chế sự khuếch tán cacbon. Tuy nhiên, khả năng chống thấm phụ thuộc vào hoạt tính của cacbon, sự hiện diện của hydro, carbon monoxide, metan, nhiệt độ và thời gian tiếp xúc. Trong môi trường thấm cacbon cao, có thể hình thành các kết tủa cacbua và các vùng cục bộ có tính chất khác nhau. Không có cơ sở nào để khẳng định một cách vô điều kiện rằng Hastelloy X có khả năng chống thấm cacbon "cao nhất" trong số tất cả các hợp kim niken-cobalt trên thị trường. Việc lựa chọn vật liệu nên dựa trên các thử nghiệm tương đương trong cùng một môi trường và dưới các điều kiện giống hệt nhau.
Sự lưu hóa, ăn mòn nhiệt và muối
Sự hiện diện của lưu huỳnh có thể dẫn đến ăn mòn nhiệt, đặc biệt là khi có cặn muối và tạp chất trong nhiên liệu. Hợp kim gốc niken không tự động có khả năng chống chịu môi trường có hàm lượng lưu huỳnh cao. Trong các hệ thống đốt nhiên liệu bị nhiễm lưu huỳnh và muối, cần phải kiểm tra cả độ bền của lớp oxit và quá trình ăn mòn dưới lớp oxit.
Môi trường clo hóa, nitriding và ăn mòn do nước
Trong môi trường nhiệt độ cao có chứa clo hoặc hydro clorua, lớp oxit bảo vệ có thể bị mất ổn định. Do đó, khả năng chống ăn mòn trong dung dịch clorua không thể được coi là bằng chứng về khả năng chống ăn mòn bởi khí clo hóa nóng. Tương tự, môi trường nitriding và hỗn hợp chứa amoniac đòi hỏi dữ liệu ăn mòn riêng biệt. Hợp kim Hastelloy X có thể thể hiện khả năng chống nứt ăn mòn do ứng suất tốt trong một số quy trình hóa dầu nhất định, nhưng đây là hợp kim được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng nhiệt độ cao. Đối với việc sử dụng lâu dài trong môi trường axit ẩm đặc biệt khắc nghiệt, các loại vật liệu khác, chẳng hạn như hợp kim C-276 hoặc hợp kim C-22, thường được xem xét, tùy thuộc vào các thông số của quy trình.
Ứng dụng của hợp kim X / Hastelloy X trong công nghiệp
Sự kết hợp giữa khả năng chịu nhiệt, độ bền và khả năng tạo hình khiến hợp kim X đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng mà các bộ phận đồng thời bị nung nóng, chịu tải và tiếp xúc với luồng khí nóng. Trong nhiều thiết kế, khả năng tạo ra các mối hàn kín, thay thế các phần chắn hoặc tạo hình các cụm thành mỏng cũng rất quan trọng.
- Tuabin khí và hàng không: Buồng đốt, ống dẫn lửa, kênh chuyển tiếp, bộ ổn định ngọn lửa, vòi phun, tấm chắn nhiệt, bộ đốt sau và các bộ phận của hệ thống xả.
- Lò công nghiệp: Các bộ phận như bình chưng cất, lò nung kín, giỏ, thanh dẫn hướng, con lăn lò nung, vách ngăn và nắp đậy tiếp xúc với chu kỳ nhiệt.
- Ngành công nghiệp hóa chất và hóa dầu: thiết bị xử lý, các bộ phận lò phản ứng, ống nhiệt phân và thiết bị nhiệt độ cao.
- Kỹ thuật điện: Các kênh dẫn khí nóng, tấm chắn, khớp giãn nở và các bộ phận khác được lựa chọn yêu cầu vật liệu chịu nhiệt đặc biệt.
- Kỹ thuật vật liệu và thiết bị chuyên dụng: Thiết bị thử nghiệm nhiệt độ cao, thiết bị đo lường và dụng cụ công nghệ trong phòng thí nghiệm.
Xử lý nhiệt hợp kim X – Xử lý dung dịch, ủ và làm nguội
Quá trình xử lý nhiệt chính đối với Hastelloy X là ủ dung dịch, giúp khôi phục sự cân bằng tối ưu giữa độ bền và độ dẻo sau các công đoạn tạo hình. Haynes đề xuất nhiệt độ điển hình khoảng 1177°C, trong khi nhà sản xuất NASHX đề xuất phạm vi 1149–1177°C cho các sản phẩm cụ thể. Nên làm nguội nhanh sau khi ủ để giảm thiểu sự kết tủa không mong muốn của các pha thứ cấp.
| Hợp kim X – ví dụ về xử lý nhiệt và biến dạng dẻo | ||
| Quá trình công nghệ | Nhiệt độ/điều kiện | Mục đích và những hạn chế quan trọng |
| Bão hòa quá mức – Haynes | khoảng 1177°C, sau đó làm nguội nhanh. | Sự hòa tan các kết tủa không mong muốn và sự phục hồi tính dẻo sau khi tạo hình; thời gian phụ thuộc vào tiết diện. |
| Bão hòa vượt mức – NASHX | 1149–1177°C, làm nguội nhanh | Phạm vi khuyến nghị cho các sản phẩm cụ thể của nhà sản xuất; cấu trúc và đặc tính được kiểm soát. |
| Rèn / gia công nóng | khoảng 982–1177°C | Vật liệu phải được nung nóng đều; các thông số phải được lựa chọn theo tiết diện và lực tạo hình. |
| Gia công nguội | ở nhiệt độ môi trường | Độ bền tăng lên do hiện tượng hóa bền do biến dạng; quá trình ủ có thể cần thiết ở mức độ hóa bền cao. |
| sinh sản | Quy trình WPS thích hợp | Làm sạch bề mặt và lựa chọn vật liệu bổ sung; giảm thiểu hiện tượng nứt do nhiệt. |
| Gia công cơ khí | lựa chọn Vc, tốc độ cấp liệu và làm mát cho dụng cụ | Vật liệu sẽ cứng lại trong quá trình cắt và cần được lắp đặt chắc chắn cùng với khả năng tản nhiệt hiệu quả. |
| Cách diễn giải bảng: Không nên sử dụng cùng một thời gian giữ nhiệt cho tất cả các độ dày. Thời gian giữ nhiệt phụ thuộc vào hình dạng, kích thước sản phẩm, lò nung và các yêu cầu của tiêu chuẩn hoặc quy trình sản xuất. | ||
Gia công rèn và gia công nhựa nóng
Hợp kim X dễ dàng được rèn khi nhiệt độ mẻ được cân bằng. Tuy nhiên, 1095°C không nên được coi là nhiệt độ rèn duy nhất cho phép: hợp kim có thể được tạo hình trong phạm vi rộng hơn, theo quy định của nhà sản xuất. Làm nguội mặt cắt quá nhanh sẽ làm tăng sức cản biến dạng dẻo, trong khi quá nhiệt có thể dẫn đến những thay đổi cấu trúc không mong muốn.
Gia công nguội và chuẩn bị bán thành phẩm
Uốn, dập và cán nguội đều có thể thực hiện được, mặc dù chúng đòi hỏi lực đáng kể do độ bền và xu hướng hóa bền do biến dạng của hợp kim. Các thao tác ủ trung gian được kiểm soát được sử dụng cho các biến dạng lớn. Sau khi tạo hình cuối cùng, một chi tiết được thiết kế để sử dụng ở nhiệt độ cao có thể cần xử lý nhiệt dung dịch để khôi phục cấu trúc của nó.
Hàn Hastelloy X / Inconel HX
Hợp kim X có thể được hàn bằng các phương pháp TIG (GTAW), MIG (GMAW), hàn điện cực bọc (SMAW) và một số phương pháp hàn điện trở khác. Khả năng hàn tốt không loại trừ các khuyết tật do kỹ thuật hàn không đúng cách: độ sạch bề mặt, loại bỏ dầu mỡ, chất đánh dấu và các chất gây ô nhiễm chứa lưu huỳnh, cũng như việc lựa chọn các thông số hàn và khí bảo vệ, là đặc biệt quan trọng. Haynes không khuyến nghị phương pháp hàn SAW tiêu chuẩn cho hợp kim này do lượng nhiệt đầu vào cao và tốc độ làm nguội chậm, làm tăng nguy cơ nứt.
| Hợp kim X – các vật liệu bổ sung và phương pháp hàn | ||
| Phương pháp/loại chất kết dính | Chỉ định vật liệu bổ sung | Ứng dụng và ghi chú |
| TIG / MIG – dây hàn hoặc que hàn | ERNiCrMo-2 / INCO-WELD HX | Vật liệu hàn phù hợp với hợp kim UNS N06002; lựa chọn theo quy trình và tiêu chuẩn hàn. |
| Điện cực được phủ | ENiCrMo-2 | Hàn SMAW các mối nối được lựa chọn làm từ hợp kim Hastelloy X. |
| Hệ thống phân loại ISO – Dây dẫn | SNi6002 (NiCr21Fe18Mo9) | Ký hiệu chất kết dính theo tiêu chuẩn ISO 18274 không tương đương với tiêu chuẩn kích thước sản phẩm. |
| Các cấu trúc khác nhau | lựa chọn cá nhân | Khi hàn hợp kim X với thép hoặc các hợp kim niken khác, cần phải lựa chọn kim loại hàn phù hợp với cả hai phía và điều kiện làm việc. |
| Cách diễn giải bảng: Các ký hiệu ERNiCrMo-2 và ENiCrMo-2 mô tả các loại vật liệu bổ sung khác nhau. Vui lòng tham khảo các phiên bản AWS/ASME/EN ISO bắt buộc và WPS đã được phê duyệt. | ||
Gia công hợp kim X – Tiện, khoan, phay
Hợp kim X khó gia công hơn nhiều loại thép cacbon. Độ dẫn nhiệt thấp làm tăng sự tập trung nhiệt ở lưỡi cắt, và bề mặt nhanh chóng bị cứng do biến dạng. Tốc độ tiến dao quá thấp có thể gây ma sát thay vì cắt gọt, làm tăng mài mòn dụng cụ và nguy cơ làm giảm chất lượng bề mặt.
- Sử dụng các dụng cụ sắc bén phù hợp với hợp kim niken và lắp đặt chắc chắn để hạn chế rung động.
- Không nên để dụng cụ cọ xát vào bề mặt trong thời gian dài mà không loại bỏ phoi vụn hiệu quả.
- Chọn tốc độ cắt và tốc độ tiến dao phù hợp với loại cacbua hoặc thép tốc độ cao và điều kiện giao hàng của phôi.
- Đảm bảo làm mát hiệu quả và kiểm soát phoi tốt, đặc biệt khi khoan lỗ sâu.
- Sau khi gia công các chi tiết quan trọng, hãy kiểm tra các yêu cầu về độ nhám, ứng suất dư và bất kỳ xử lý nhiệt nào.
Các tiêu chuẩn ASTM, ASME, AMS và DIN cho Hợp kim X
Mã số UNS N06002 xác định hợp kim nhưng bản thân nó không xác định tất cả các yêu cầu giao hàng. Tiêu chuẩn sản phẩm xác định dạng vật liệu, điều kiện thử nghiệm, yêu cầu cơ học và tài liệu nghiệm thu. Tiêu chuẩn ống không nên bị nhầm lẫn với tiêu chuẩn thanh.
| Hợp kim X – Tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật cơ bản của sản phẩm | ||
| Tiêu chuẩn hoặc quy cách | Hình thức/phạm vi sản phẩm | Lưu ý quan trọng |
| ASTM B435 / ASME SB435 | Tấm, phiến và dải | Thông số kỹ thuật dành riêng cho các sản phẩm dạng tấm hợp kim X. |
| ASTM B572 / ASME SB572 | Thanh, đoạn thép và sản phẩm bán thành phẩm | Điểm tham chiếu chính xác cho thanh UNS N06002. |
| ASTM B622 / ASME SB622 | Ống liền mạch | Các yêu cầu đối với ống liền mạch làm bằng hợp kim niken. |
| ASTM B619 / ASME SB619 | Ống hàn | Đây không phải là tiêu chuẩn chung cho cả thanh thép; nó chỉ áp dụng cho các loại ống hàn cụ thể. |
| ASTM B626 / ASME SB626 | Ống hàn – ống dẫn | Một loạt các sản phẩm bao gồm các loại ống hàn chuyên dụng. |
| ASTM B366 / ASME SB366 | Phụ kiện và đầu nối đường ống | Ứng dụng này yêu cầu lựa chọn loại sản phẩm phù hợp. |
| AMS 5536 | Tấm, phiến và dải dùng trong ngành hàng không | Yêu cầu đối với các sản phẩm thành mỏng và phẳng. |
| AMS 5754 | Thanh và vật rèn | Được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ của Hợp kim X. |
| AMS 5798 | Dây điện và vật liệu hàn | Thông số kỹ thuật của các loại dây dẫn đã chọn. |
| DIN – 2.4665 / NiCr22Fe18Mo | Ký hiệu vật liệu của Đức | Trong quá trình giao hàng, cần kiểm tra tiêu chuẩn sản phẩm liên quan, ví dụ như DIN 17742/17744 theo các tài liệu lưu trữ. |
| Cách diễn giải bảng: Tiêu chuẩn được lựa chọn dựa trên hình thức của sản phẩm. Việc nghiệm thu vật liệu phải dựa trên chứng chỉ cần thiết, kết quả thử nghiệm và điều kiện giao hàng đã thỏa thuận. | ||
Hastelloy X và các hợp kim niken khác – lựa chọn vật liệu
Hợp kim X là tiêu chuẩn cho các loại hợp kim dùng trong ứng dụng khí nóng. Tuy nhiên, không phải tất cả các vật liệu niken khác đều được thiết kế cho cùng điều kiện; một số được tối ưu hóa cho ăn mòn trong môi trường ẩm ướt, một số khác cho ứng suất cơ học hoặc oxy hóa.
| So sánh hợp kim X với các hợp kim niken khác | ||
| Hợp kim niken | Tính năng quan trọng nhất | Khi nào thì nên cân nhắc? |
| Hợp kim X / Hastelloy X | Cân bằng giữa độ bền ở nhiệt độ cao, khả năng chịu nhiệt và khả năng hàn. | Buồng đốt, các bộ phận dẫn nhiệt và thiết bị lò nung. |
| Hợp kim 601 / Inconel 601 | Khả năng chống oxy hóa rất tốt, đặc biệt là oxy hóa tuần hoàn. | Thiết bị và linh kiện lò nung hoạt động trong môi trường oxy hóa. |
| Hợp kim 617 / Inconel 617 | Độ bền cao và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ cao. | Các cấu kiện chịu tải trọng dài hạn đáng kể và có nguy cơ bị biến dạng dẻo. |
| Hợp kim 625 / Inconel 625 | Khả năng chống chịu cao với nhiều môi trường ăn mòn và chứa clorua. | Thiết bị hóa chất, môi trường biển và lớp phủ bảo vệ. |
| Hợp kim C-276 / Hastelloy C-276 | Khả năng chống chịu rất tốt với nhiều loại hóa chất mạnh. | Các hệ thống sử dụng axit và các quá trình ăn mòn phức tạp. |
| Alloy 230 / Haynes 230 | Khả năng chịu nhiệt và các đặc tính phù hợp cho nhiều quy trình ở nhiệt độ cao. | Các bộ phận của lò nung, buồng đốt và các thiết bị nhiệt độ cao. |
| Cách diễn giải bảng: Không nên chọn loại vật liệu chỉ dựa trên một nhiệt độ tối đa duy nhất. Hãy so sánh môi chất, phương pháp và thời gian tải, nhiệt độ, tiêu chuẩn hàn và các yêu cầu quy trình. | ||
Câu hỏi thường gặp – Hợp kim X / Hastelloy X / Inconel HX
Hợp kim X, Hastelloy X và Inconel HX có phải là cùng một loại hợp kim không?
Những tên gọi này đề cập đến nhóm hợp kim niken có số hiệu UNS N06002 và số hiệu châu Âu 2.4665. Hastelloy X là thương hiệu của Haynes, còn Inconel HX là thương hiệu của Special Metals. Tuy nhiên, khi chuyển đổi sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau, tiêu chuẩn, điều kiện vật liệu và giấy chứng nhận nghiệm thu cũng được kiểm tra.
Hastelloy X có phải là thép không gỉ không?
Không. Đó là hợp kim gốc niken, không phải hợp kim gốc sắt. Nó chứa tỷ lệ crom và sắt cao, nhưng về mặt kỹ thuật, nó là một siêu hợp kim niken chịu nhiệt cao.
Hợp kim X có thể sử dụng được ở nhiệt độ tối đa bao nhiêu?
Các nhà sản xuất mô tả vật liệu có khả năng chống oxy hóa cao ở nhiệt độ lên đến khoảng 1200°C. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là nhiệt độ như vậy là phù hợp với mọi bộ phận chịu tải – cần phải tính đến hiện tượng biến dạng dẻo, ứng suất, thời gian và môi trường.
Mật độ của hợp kim X là bao nhiêu?
Mật độ điển hình xấp xỉ 8,22 g/cm³. Giá trị này có thể thay đổi chút ít tùy thuộc vào thành phần nóng chảy cụ thể và thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
Độ cứng của Hastelloy X là bao nhiêu?
Độ cứng phụ thuộc vào quy trình gia công và hình dạng của sản phẩm. Thông số kỹ thuật cụ thể cho các sản phẩm được xử lý nhiệt đưa ra các giá trị lên đến khoảng 180 HB. Không nên áp dụng một giá trị duy nhất cho tất cả các sản phẩm và điều kiện.
Hợp kim X có thể hàn được không?
Đúng vậy. Vật liệu này có khả năng hàn tốt và có thể được nối bằng các phương pháp TIG, MIG hoặc điện cực phủ. Các ký hiệu thông thường cho vật liệu hàn này là ERNiCrMo-2 và ENiCrMo-2.
Liệu Hastelloy X có được làm cứng bằng kết tủa không?
Về cơ bản, đây là hợp kim được tăng cường độ bền bằng dung dịch. Trong quá trình gia nhiệt, các pha có thể tách rời, ảnh hưởng đến độ cứng và độ dẻo, nhưng đây không phải là cơ chế tăng cường độ bền có kiểm soát giống như trong các hợp kim được xử lý bằng kết tủa và lão hóa thông thường.
Hợp kim X có thể được rèn và cán không?
Đúng vậy. Hợp kim này thích hợp cho cả gia công nóng và nguội, nhưng cần lựa chọn nhiệt độ phù hợp và lực biến dạng cao hơn. Sau khi làm cứng đáng kể, phương pháp xử lý nhiệt dung dịch với làm nguội nhanh thường được sử dụng.
Hợp kim Hastelloy X có khả năng chống cacbon hóa không?
Nó được sử dụng trong nhiều môi trường thấm cacbon và thể hiện các đặc tính tốt trong một số điều kiện nhất định. Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt phụ thuộc vào hoạt tính cacbon, nhiệt độ, thời gian và thành phần khí.
Sự khác biệt giữa hợp kim X và hợp kim 617 là gì?
Hợp kim X chứa khoảng 47% Ni, 22% Cr, 18% Fe và 9% Mo; hợp kim 617 chứa nhiều coban hơn và có thêm nhôm. Cả hai đều được sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao, nhưng cần so sánh các yêu cầu về độ bền kéo, hàn và khả năng chịu thời tiết.
Hợp kim X có phù hợp để tiếp xúc với nước biển không?
Không nên coi Hastelloy X là vật liệu thay thế hoàn toàn cho các hợp kim hàng hải như Alloy 625. Hastelloy X chủ yếu được thiết kế cho các ứng dụng ở nhiệt độ cao; khả năng chống chịu môi trường chứa clorua cần được kiểm chứng cho từng ứng dụng cụ thể.