Hastelloy G-30
Einführung in Hastelloy G-30
Hastelloy G-30 ist eine nickelbasierte, korrosionsbeständige Legierung mit erhöhter Beständigkeit gegenüber oxidierenden Säuren – insbesondere Salpetersäure, Phosphorsäure sowie Mischungen aus starken Säuren und oxidierenden Salzen. Sie wurde als Weiterentwicklung von Hastelloy G entwickelt und bietet eine verbesserte thermische Stabilität sowie ein breiteres Korrosionsbeständigkeitsfenster. Wichtige Legierungselemente – Chrom, Eisen, Kobalt und Kupfer – optimieren die Leistung in komplexen chemischen Prozessmedien.
G-30 wird besonders häufig für CNC-bearbeitete Bauteile eingesetzt, z. B. in der Düngemittelproduktion, in Beizprozessen sowie in Prozessströmen mit starken Oxidationsmitteln und Mineralsäuren. Seine gute Umformbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit machen den Werkstoff ideal für hochpräzise Komponenten unter aggressiven Einsatzbedingungen.
Chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften von Hastelloy G-30
Hastelloy G-30 (UNS N06030 / ASTM B582 / B619 / B622 / B626) ist für maximale Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden, sauren Umgebungen ausgelegt und bietet deutliche Leistungsvorteile gegenüber Hastelloy G und anderen hochchromhaltigen Legierungen.
Chemische Zusammensetzung (typisch)
Element | Zusammensetzungsbereich (Gew.-%) | Hauptfunktion |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Rest (≥43,0) | Grundlegierung für Korrosionsbeständigkeit |
Chrom (Cr) | 28,0–31,5 | Beständigkeit gegen Oxidationsmittel wie Salpeter- und Schwefelsäure |
Eisen (Fe) | 13,0–17,0 | Erhöht die strukturelle Festigkeit |
Kobalt (Co) | 1,0–5,0 | Verbessert Korrosionsbeständigkeit in sauren Chloridmedien |
Molybdän (Mo) | 4,0–6,0 | Erhöht Widerstand gegen lokale Korrosion |
Kupfer (Cu) | 0,5–2,4 | Verbessert Beständigkeit gegen Phosphor- und Schwefelsäure |
Wolfram (W) | ≤1,5 | Unterstützt Lochkorrosionsbeständigkeit |
Mangan (Mn) | ≤1,5 | Unterstützt Warmumformung |
Silizium (Si) | ≤0,8 | Reduziert interkristalline Korrosion |
Kohlenstoff (C) | ≤0,03 | Verringert Karbidausscheidung beim Schweißen |
Schwefel (S) | ≤0,02 | Kontrolliert, um Heißrisse beim Zerspanen zu vermeiden |
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Wert (typisch) | Prüfnorm/Bedingung |
|---|---|---|
Dichte | 8,22 g/cm³ | ASTM B311 |
Schmelzbereich | 1355–1410 °C | ASTM E1268 |
Wärmeleitfähigkeit | 10,0 W/m·K bei 100 °C | ASTM E1225 |
Elektrischer Widerstand | 1,18 µΩ·m bei 20 °C | ASTM B193 |
Wärmeausdehnung | 12,0 µm/m·°C (20–300 °C) | ASTM E228 |
Spezifische Wärmekapazität | 400 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 | 655–760 MPa | ASTM E8/E8M |
Streckgrenze (0,2 %) | 275–345 MPa | ASTM E8/E8M |
Bruchdehnung | ≥35 % (Messlänge 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Härte | 180–220 HB | ASTM E10 |
Kerbschlagzähigkeit | Hohe Duktilität bei Temperaturen unter Null und bei Umgebungstemperatur | ASTM E23 |
Wesentliche Merkmale von Hastelloy G-30
Überlegene Beständigkeit gegen oxidierende Säuren: Beständig in 65%iger Salpetersäure, 75%iger Schwefelsäure sowie Mischsäuresystemen mit oxidierenden Salzen wie Eisen(III)- und Kupfer(II)-chloriden.
Thermische und mikrostrukturelle Stabilität: Widersteht interkristalliner Korrosion auch nach längerer thermischer Beanspruchung zwischen 500–900 °C.
Verbesserte Umform- und Schweißbarkeit: Geeignet für präzise CNC-Bearbeitung, Schweißen und Umformen mit geringer Karbidsensibilisierung bzw. Korngrenzenangriff.
Korrosionsleistung: Korrosionsraten <0,015 mm/Jahr in 75% H₃PO₄ und <0,02 mm/Jahr in Salpetersäure + Chlorid Mischsäureströmen gemäß ASTM G31.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Hastelloy G-30
Bearbeitungsherausforderungen
Moderate Kaltverfestigung
Obwohl weniger ausgeprägt als bei Hastelloy-Legierungen der C-Serie, zeigt G-30 dennoch eine Oberflächenverfestigung, die Werkzeugstandzeit und Oberflächengüte beeinträchtigen kann.
Wärmestau
Die begrenzte Wärmeleitfähigkeit führt zu Wärmeansammlung in der Schnittzone und beschleunigtem Werkzeugverschleiß.
Kantenverschleiß und Fressen
Adhäsion am Werkzeug und Materialverschmierung können die Maßhaltigkeit reduzieren, insbesondere bei Trockenbearbeitung oder Kühlung mit niedrigem Druck.
Optimierte Bearbeitungsstrategien
Werkzeugauswahl
Parameter | Empfehlung | Begründung |
|---|---|---|
Werkzeugwerkstoff | PVD-beschichtetes Hartmetall (K20–K30) oder Keramik-Wendeschneidplatten | Gute Beständigkeit gegen Kaltverfestigung und thermische Belastung |
Beschichtung | AlTiN, TiAlCrN (3–5 µm) | Verbessert Hitze- und Verschleißbeständigkeit |
Geometrie | Positiver Spanwinkel (10°–12°), Schneidkantenverrundung 0,03 mm | Reduziert Schnittdruck und Spanadhäsion |
Schnittparameter (ISO 3685)
Operation | Geschwindigkeit (m/min) | Vorschub (mm/U) | Schnitttiefe (mm) | Kühlschmierstoffdruck (bar) |
|---|---|---|---|---|
Schruppen | 15–22 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 90–120 |
Schlichten | 25–35 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Oberflächen-/Nachbehandlung für bearbeitete Hastelloy-G-30-Teile
Heißisostatisches Pressen (HIP)
HIP erhöht die Ermüdungslebensdauer und reduziert innere Fehlstellen in Guss- oder AM-Teilen durch 100–200 MPa Druck bei 1150 °C.
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung umfasst Lösungsglühen bei 1120 °C zur Wiederherstellung der Korrosionsbeständigkeit nach Zerspanung und Schweißen.
Schweißen von Superlegierungen
Superlegierungs-Schweißen mit ERNiCrMo-3 Zusatzwerkstoff erhält die Korrosionsleistung bei geringem Wärmeeintrag und kontrollierten Zwischenlagentemperaturen.
Thermische Barrierebeschichtung (TBC)
TBC-Beschichtung eignet sich für Bauteile, die 850–1000 °C in salpeter- oder schwefelhaltigen chemischen Umgebungen ausgesetzt sind.
Funkenerosion (EDM)
EDM ermöglicht präzise Merkmalsausbildung bis ±0,005 mm und Ra <0,6 µm in engen/komplexen Geometrien.
Tieflochbohren
Tieflochbohren stellt bei L/D >30:1 eine hohe Bohrungsgeradheit, Lagegenauigkeit und Oberflächenqualität sicher.
Werkstoffprüfung und Analyse
Werkstoffprüfung umfasst ASTM-G31-Tauchtests, Zugversuch (E8), Härteprüfung (E18) sowie metallografische Prüfungen.
Industrieanwendungen von Hastelloy-G-30-Komponenten
Düngemittelproduktion
Säurebeständige Rohrleitungen und Behälter für Phosphor- und Salpetersäureprozesse.
Beizanlagen
CNC-bearbeitete Komponenten für Säureregeneration und Umwälzsysteme in Beizlinien.
Umwelt-/Emissionsschutz
Scrubber-Innereien, Kanäle und Tropfenabscheider für heiße saure Gase und chemische Schlämme.
Pharma- und Agrochemie
Bauteile für Prozessbehälter, Wärmetauscher und Mischsysteme mit sehr hohen Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit und Sauberkeit.
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