Hastelloy C-276
Einführung in Hastelloy C-276
Hastelloy C-276 ist eine korrosionsbeständige Nickel-Molybdän-Chrom-Legierung, die für den Einsatz in extrem aggressiven chemischen Umgebungen entwickelt wurde. Sie bietet eine hervorragende Beständigkeit gegen starke Oxidationsmittel, reduzierende Medien sowie organische und anorganische Säuren – insbesondere Salzsäure, Schwefelsäure und feuchtes Chlor. Der niedrige Kohlenstoffgehalt minimiert zudem das Risiko von Korngrenzenausscheidungen beim Schweißen, wodurch die Korrosionsbeständigkeit auch in geschweißten Strukturen erhalten bleibt.
Hastelloy C-276 wird häufig für CNC-bearbeitete Komponenten eingesetzt, die unter sehr harten Bedingungen arbeiten, z. B. in Rauchgaswäschern, Wärmetauschern und Anlagen zur Emissions- bzw. Umwelttechnik. Seine thermische Stabilität, Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit machen es zu einem Top-Werkstoff für die chemische Verfahrenstechnik und maritime Anwendungen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Hastelloy C-276
Hastelloy C-276 (UNS N10276 / ASTM B575 / B619 / B622 / B626) ist eine vielseitige Superlegierung, die in stark korrosiven Medien eine hohe strukturelle und chemische Stabilität beibehält.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (≥57,0) | Grundmetall für Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit |
Molybdän (Mo) | 15,0–17,0 | Verbessert Beständigkeit gegen reduzierende Säuren und Lochkorrosion |
Chrom (Cr) | 14,5–16,5 | Bildet passive Oxidschichten zur Beständigkeit gegen Oxidationsmittel |
Eisen (Fe) | 4,0–7,0 | Verbessert mechanische Eigenschaften |
Wolfram (W) | 3,0–4,5 | Erhöht Widerstand gegen lokale Korrosion |
Kobalt (Co) | ≤2,5 | Nebenlegierungselement |
Kohlenstoff (C) | ≤0,01 | Verhindert Karbidausscheidung in Schweißzonen |
Mangan (Mn) | ≤1,0 | Verbessert Warmumformbarkeit |
Silizium (Si) | ≤0,08 | Minimiert interkristalline Korrosion |
Schwefel (S) | ≤0,03 | Kontrolliert zur Reduzierung von Rissbildung beim Zerspanen |
Vanadium (V) | ≤0,35 | Erhöht die mikrostrukturelle Stabilität |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,89 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1325–1370 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 10,5 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,20 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 11,2 µm/m·°C (20–300 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 420 J/kg·K bei 20 °C | ASTM E1269 |
Elastizitätsmodul | 205 GPa bei 20 °C | ASTM E111 |
Mechanische Eigenschaften (geglühter Zustand)
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm |
|---|---|---|
Zugfestigkeit | 760–825 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 280–355 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥40 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 190–230 HB | ASTM E10 |
Kerbschlagzähigkeit | Ausgezeichnet von unter Null bis zu erhöhten Temperaturen | ASTM E23 |
Wesentliche Merkmale von Hastelloy C-276
Außergewöhnliche Säurebeständigkeit: Korrosionsraten <0,02 mm/Jahr in siedender Salzsäure (bis 37%), Schwefelsäure sowie Mischungen mit Ameisensäure.
Gute Schweißbarkeit: Niedrige Kohlenstoff- und Siliziumgehalte reduzieren Sensibilisierung und interkristallinen Angriff beim Schweißen oder nachfolgenden Wärmebehandlungen.
Thermische und Oxidationsstabilität: Geeignet für Dauerbetrieb bis 1040 °C in oxidierenden sowie schwefelhaltigen Atmosphären.
Präzise Zerspanbarkeit: Bei geeigneten Werkzeugen und Kühlschmierstoffstrategien sind Toleranzen bis ±0,01 mm und Oberflächengüten <Ra 0,8 µm erreichbar.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Hastelloy C-276
Bearbeitungsherausforderungen
Kaltverfestigung
Der hohe Molybdängehalt begünstigt Kaltverfestigung bei flachen Schnitten oder unterbrochener Bearbeitung, was den Werkzeugverschleiß erhöht.
Wärmeaufbau
Wärmestau durch geringe Wärmeleitfähigkeit führt bei unbeschichteten Werkzeugen zu Flankenverschleiß und Schneidkantenausbrüchen.
„Klebriges“ Werkstoffverhalten
Aufbauschneiden (BUE) können ohne Hochdruckkühlung und polierte Werkzeugoberflächen auftreten.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | Hartmetall (K20–K30) oder Keramik-Wendeschneidplatten | Hohe Verschleißbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen |
Beschichtung | AlTiN- oder AlCrN-PVD-Beschichtung (3–5 µm) | Verbessert Hitzebeständigkeit und Spanfluss |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (8–12°), Schneidkantenverrundung 0,02–0,05 mm | Reduziert Schnittkräfte und Kaltverfestigung |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 12–18 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 100–120 |
Schlichten | 20–30 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächen-/Nachbehandlung für bearbeitete Hastelloy-C-276-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP bei 1150 °C und 100–200 MPa eliminiert Schwindungsporosität und verbessert die Ermüdungsbeständigkeit um ≥20%.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst Lösungsglühen bei 1120–1175 °C mit anschließendem schnellen Abschrecken, um die Bildung sekundärer Phasen zu vermeiden.
Schweißen von Superlegierungen
Superlegierungs-Schweißen mit ERNiCrMo-4 Zusatzwerkstoff sichert korrosionsbeständige Schweißzonen bei niedrigen Zwischenlagentemperaturen (<150 °C).
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung bietet Isolation für Bauteile, die 900–1050 °C sowie sauren oder SO₂-reichen Umgebungen ausgesetzt sind.
Funkenerosion (EDM)
EDM ermöglicht die Profilierung feiner Strukturen mit Toleranzen von ±0,005 mm und Ra <0,6 µm.
Tieflochbohren
Tieflochbohren erlaubt hochpräzises Bohren bei L/D-Verhältnissen >30:1, z. B. für Reaktorleitungen und Verteiler/Manifolds in der chemischen Verfahrenstechnik.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst Korrosionstests nach G28 und A262, mechanische Validierung (E8, E18) sowie metallografische Untersuchungen.
Industrieanwendungen von Hastelloy-C-276-Komponenten
Chemische Verfahrenstechnik
Wärmetauscher, Scrubber-Systeme und Apparate in oxidierend-reduzierenden Säureumgebungen.
Rauchgasentschwefelung (FGD)
Kanäle, Ventilatoren und Absorbertürme mit Exposition gegenüber feuchtem Chlor und saurem Kondensat bei erhöhten Temperaturen.
Marine Engineering
Ventilkomponenten, Pumpengehäuse und Offshore-Leitungen mit hoher Beständigkeit gegen Meerwasserkorrosion.
Abfall-/Abwasserbehandlung
Druckbehälter und Rührwerke für Mischsäuren aus Salpeter-, Salz- und Schwefelsäure mit organischen Bestandteilen.
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