Hastelloy C-22HS
Einführung in Hastelloy C-22HS
Hastelloy C-22HS ist eine hochfeste, korrosionsbeständige Nickelbasis-Superlegierung für anspruchsvolle Anwendungen mit kritischen Anforderungen an Mechanik und Chemikalienbeständigkeit. Als ausscheidungsgehärtete (precipitation-hardened) Variante von Hastelloy C-22 behält sie die ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber oxidierenden und reduzierenden Medien bei und erreicht gleichzeitig deutlich höhere Festigkeitswerte – bis zu etwa 2× im Vergleich zu geglühtem C-22.
Diese Kombination macht Hastelloy C-22HS besonders geeignet für CNC-bearbeitete Bauteile, die aggressiven Einsatzbedingungen in der Luft- und Raumfahrt, im maritimen Umfeld sowie in der chemischen Verfahrenstechnik ausgesetzt sind. Typische Anwendungen sind Komponenten, die hohe Maßstabilität, Druckbeständigkeit und Widerstand gegen lokale Korrosion in harschen Medien erfordern.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Hastelloy C-22HS
Hastelloy C-22HS (UNS N07022 / ASTM B622 / B564 / NACE MR0175) wird durch Auslagerungshärtung (Age-Hardening) verfestigt und bietet eine außergewöhnliche Performance in Sour-Gas-, Meerwasser- und Säureumgebungen – auch bei erhöhten Drücken.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (≥58,0) | Grundlegierung für Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit |
Chrom (Cr) | 20,0–22,5 | Beständigkeit gegen oxidierende Medien |
Molybdän (Mo) | 12,5–14,5 | Erhöht Beständigkeit gegen reduzierende Säuren |
Eisen (Fe) | 2,0–6,0 | Verbessert mechanische Eigenschaften |
Wolfram (W) | 2,5–3,5 | Erhöht Widerstand gegen lokale Korrosion |
Kobalt (Co) | ≤2,5 | Kontrolliert zur mikrostrukturellen Stabilität |
Kohlenstoff (C) | ≤0,01 | Verhindert Karbidausscheidung in Wärmeeinflusszonen |
Mangan (Mn) | ≤0,5 | Unterstützt Warmumformung |
Silizium (Si) | ≤0,08 | Erhält Schweißnahtintegrität |
Schwefel (S) | ≤0,02 | Niedrige Gehalte reduzieren Heißrissrisiko |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,69 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1330–1380 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 9,1 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,18 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,3 µm/m·°C (20–300 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 400 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 205 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (lösungsgeglüht + ausgelagert)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 1035–1170 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 690–830 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥25 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 280–320 HB | ASTM E10 |
Kerbschlagzähigkeit | Behält Duktilität bei niedrigen Temperaturen | ASTM E23 |
Wesentliche Merkmale von Hastelloy C-22HS
Hohe Festigkeit + Korrosionsbeständigkeit: Kombiniert PREN >52 mit einer Streckgrenze >700 MPa – geeignet für Sour-Gas- und Marineumgebungen unter hohem Druck.
Sehr gute Fertigbarkeit: Lässt sich gut CNC-bearbeiten, schweißen und kaltumformen, insbesondere nach Lösungsglühen bei 1175 °C und Auslagern bei 705 °C für 8 Stunden.
NACE MR0175-Konformität: Für Downhole- und Subsea-Equipment in H₂S-Umgebungen geeignet, mit Härtebegrenzungen unter 36 HRC.
Beständigkeit gegen lokale Korrosion: Korrosionsrate <0,01 mm/Jahr in siedender 15%iger HCl; Lochkorrosionsbeständigkeit bestätigt in ASTM G48 (Eisen(III)-chlorid) Prüfungen.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Hastelloy C-22HS
Bearbeitungsherausforderungen
Kaltverfestigung
Der ausgelagerte Zustand erhöht die Härte auf >300 HB, was zu höheren Schnittkräften und reduzierter Werkzeugstandzeit führt.
Wärmeaufbau
Die geringe Wärmeleitfähigkeit (<10 W/m·K) staut Wärme an der Werkzeug-Werkstück-Grenze und beschleunigt den Schneidkantenverschleiß.
Oberflächenintegrität
Die Neigung zur Aufbauschneide (BUE) bei unzureichender Schmierung beeinträchtigt Oberflächengüte und Maßhaltigkeit.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | PVD-beschichtetes Hartmetall (K30–K40), Keramik- oder CBN-Wendeschneidplatten | Beständig gegen Härte und thermische Belastung im ausgelagerten Zustand |
Beschichtung | TiAlN, AlCrN (3–5 µm) | Reduziert Reibung und thermische Degradation |
Geometrie | Stark positiver Spanwinkel (10–15°), verrundete Schneidkante (Radius ~0,03 mm) | Verbessert Spanabfuhr und reduziert Aufbauschneiden |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 8–14 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 100–120 |
Schlichten | 15–25 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächen-/Nachbehandlung für bearbeitete Hastelloy-C-22HS-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP verbessert die Ermüdungsleistung um ≥25% und eliminiert Schwindungsporosität in komplexen Gussteilen oder additiv gefertigten Komponenten.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst Lösungsglühen bei 1175 °C und Auslagern bei 705 °C für 8 h, um Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu optimieren.
Schweißen von Superlegierungen
Superlegierungs-Schweißen mit ERNiCrMo-10 Zusatzwerkstoff und Interpass-Kontrolle <100 °C unterstützt die strukturelle Integrität und reduziert das Risiko von Versprödung im Schweißbereich.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung bis 250 µm kann die Standzeit von Teilen erhöhen, die 850–1000 °C in aggressiven Gasströmen ausgesetzt sind.
Funkenerosion (EDM)
EDM ermöglicht präzise Bohrungs- und Nutgeometrien mit Toleranzen ±0,005 mm und Ra <0,6 µm an gehärteten Bauteilen.
Tieflochbohren
Tieflochbohren mit L/D >30:1 unterstützt Geradheit und Oberflächenintegrität bei Hochdruck-Portgeometrien.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst Zugversuche (ASTM E8), Härteprüfung (ASTM E18), Sour-Gas-Korrosionsprüfungen (NACE TM0177) sowie Gefügevalidierung mittels SEM/EDS.
Industrieanwendungen von Hastelloy-C-22HS-Komponenten
Öl und Gas
Downhole-Ventile, Completion Tools und Druckbehälter für H₂S-, CO₂- und chloridhaltige Medien bei hohem Druck und hoher Temperatur.
Marine Engineering
Befestigungselemente, Wellen und Wärmetauscherrohre mit hoher Beständigkeit gegen Meerwasser-Loch- und Spaltkorrosion.
Luft- und Raumfahrt
Halterungen, Fittings und Verteiler/Manifolds, bei denen ein hohes Festigkeitsniveau bei gleichzeitig hoher Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Chemische Prozessindustrie
Pumpengehäuse, Ventilkörper und Flanschsysteme für aggressive Mischsäure- und Sole-Bedingungen.
Verwandte Blogs erkunden
