Hastelloy B
Einführung in Hastelloy B
Hastelloy B ist eine korrosionsbeständige Nickel-Molybdän-Legierung, die speziell für den Einsatz in stark reduzierenden Medien entwickelt wurde – insbesondere in Salzsäure (HCl). Mit ihrer außergewöhnlichen Beständigkeit gegen Chlorwasserstoff sowie gegen Schwefel-, Essig- und Phosphorsäure auch unter anspruchsvollen Bedingungen ist Hastelloy B ein bevorzugter Werkstoff für CNC-bearbeitete Komponenten in chemischen Reaktoren, Wärmetauschern und Säurerückgewinnungssystemen.
Hastelloy B besitzt über einen weiten Temperaturbereich eine sehr gute Duktilität und stabile mechanische Eigenschaften und wird typischerweise im lösungsgeglühten (annealed) Zustand zerspant. Die hohe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und Lochfraß macht die Legierung ideal für Anwendungen mit aggressiven Medien und in der Hochreinprozessindustrie.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Hastelloy B
Hastelloy B (UNS N10001 / ASTM B333 / B335) ist eine geschmiedete (wrought), mischungshärtende (Solid-Solution) Legierung. Sie ist als warmgewalzter, kaltgezogener und geglühter Stab, sowie als Blech- und Plattenmaterial verfügbar. Der Werkstoff ist vor allem für seine extreme Beständigkeit gegenüber Salzsäure und anderen nicht-oxidierenden Medien bekannt.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (≥65,0) | Grundelement; Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Medien |
Molybdän (Mo) | 26,0–30,0 | Hauptlegierungselement; erhöht Beständigkeit gegen Loch- und Spaltkorrosion |
Eisen (Fe) | 2,0–4,0 | Balanciert mechanische Festigkeit |
Kohlenstoff (C) | ≤0,02 | Kontrolliert zur Reduzierung von Karbidausscheidungen beim Schweißen |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Verbessert Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤0,10 | Niedrig gehalten zur Vermeidung interkristalliner Angriffsneigung |
Chrom (Cr) | ≤1,0 | Geringer Gehalt zur Vermeidung oxidationsanfälligen Verhaltens |
Kobalt (Co) | ≤1,0 | Als Verunreinigung begrenzt für Eigenschaftsstabilität |
Schwefel (S) | ≤0,03 | Minimiert zur Reduzierung von Heißrissen beim Zerspanen und Schweißen |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 9,22 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1330–1380 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 10,2 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,23 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,3 µm/m·°C (20–300 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 390 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 200 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 690–760 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 275–345 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥40 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 180–220 HB | ASTM E10 |
Kerbschlagzähigkeit | Ausgezeichnet bei kryogenen und Umgebungstemperaturen | ASTM E23 |
Wesentliche Merkmale von Hastelloy B
Extrem hohe Korrosionsbeständigkeit: Zeigt Korrosionsraten <0,02 mm/Jahr in siedender 20%iger HCl und <0,05 mm/Jahr in 50%iger Essigsäure bei 80 °C (ASTM G31).
Niedriger Kohlenstoffgehalt: Reduziert Karbidausscheidungen bei Schweißen oder thermischen Zyklen und erhält die Korrosionsbeständigkeit in Wärmeeinflusszonen.
Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion: Widersteht Spannungsrisskorrosion in Chlorid- und Fluoridionen-haltigen Umgebungen, wie sie in chemischen Reaktoren häufig auftreten.
Gute Fertigbarkeit: Hohe Maßhaltigkeit bei CNC-Zerspanung, Umformung und thermischer Prozessführung.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Hastelloy B
Bearbeitungsherausforderungen
Kaltverfestigung
Die Legierung verfestigt sich bei Werkzeugkontakt schnell, was bei ungeeigneten Vorschüben zu erhöhtem Werkzeugverschleiß führt.
Thermische Kontrolle
Die geringe Wärmeleitfähigkeit verursacht Wärmestau an der Schneide, wodurch das Risiko von Werkzeugausfällen bei Trockenbearbeitung steigt.
Spanbildung
Es entstehen zähe, kontinuierliche Späne mit geringer Spanbruchneigung, weshalb aggressive Spanbrechergeometrien erforderlich sind.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | PVD-beschichtetes Hartmetall (K20–K40) oder Keramik-Wendeschneidplatten | Erhält Schneidkantenstabilität bei hohen Temperaturen |
Beschichtung | TiAlN oder AlCrN (3–4 µm) | Minimiert Flankenverschleiß und Aufbauschneidenbildung |
Geometrie | 10–15° positiver Spanwinkel, verrundete Schneide (~0,02 mm Radius) | Reduziert Schnittkräfte und verzögert Oberflächenverfestigung |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 10–20 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Schlichten | 20–35 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächenbehandlung für bearbeitete Hastelloy-B-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP verdichtet Guss- oder additiv gefertigte Teile, um die Ermüdungsfestigkeit zu erhöhen und innere Porosität zu reduzieren.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst ein Lösungsglühen bei 1150 °C ±15 °C mit anschließendem schnellem Abschrecken, um Sensibilisierung zu vermeiden und die Korrosionsbeständigkeit zu erhalten.
Schweißen von Superlegierungen
Schweißen von Superlegierungen erfordert GTAW mit geringer Wärmeeinbringung und ERNiMo-7 Zusatzwerkstoff, um Korrosion in der Wärmeeinflusszone zu minimieren.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung kann für indirekten Schutz gegen Säuredämpfe oder zur thermischen Isolation in Reaktorbaugruppen eingesetzt werden.
Funkenerosion (EDM)
EDM ermöglicht präzise Geometrien, ohne mechanische Spannungen oder wärmebedingte Verzüge einzubringen.
Tieflochbohren
Tieflochbohren erlaubt die Herstellung von Kühl- oder Säureflusskanälen bis zu L/D-Verhältnissen von 30:1.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst Korrosions-Tauchtests (ASTM G31), Sensibilisierungsprüfung (ASTM A262) und Härteprofilierung (ASTM E18).
Industrieanwendungen von Hastelloy-B-Komponenten
Chemische Verfahrenstechnik
Säurepumpengehäuse, Wärmetauscherrohre und Reaktionsbehälter.
Behält Leistungsfähigkeit in HCl-Konzentrationen >40% bei 100 °C.
Pharmaanlagen
Reaktorauskleidungen, Rührwerke und Dichtungen für hochreine Säureumgebungen.
Nicht kontaminierend und korrosionsbeständig selbst bei Spuren von Halogeniden.
Beizen und Rückgewinnung
Düsen, Rohrfittings und Wärmetauscher-Prallbleche in Salpeter- und Schwefelsäure-Rückgewinnungsanlagen.
Widersteht lokalem Angriff während der Säurezirkulation.
Zellstoff- und Papierindustrie
Kochanlagen (Digesters) und Schwarzlaugen-Verdampferrohre mit Kontakt zu sauren Bleichchemikalien.
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