Hastelloy B
Introduction au Hastelloy B
Le Hastelloy B est un alliage nickel-molybdène résistant à la corrosion, développé spécifiquement pour les environnements fortement réducteurs, en particulier l’acide chlorhydrique. Grâce à une résistance exceptionnelle au chlorure d’hydrogène, ainsi qu’aux acides sulfurique, acétique et phosphorique — même dans des conditions sévères — le Hastelloy B est un matériau de choix pour des composants usinés CNC utilisés dans des réacteurs chimiques, des échangeurs thermiques et des systèmes de récupération d’acides.
Le Hastelloy B conserve une excellente ductilité et de bonnes propriétés mécaniques sur une large plage de températures et s’usine généralement à l’état recuit. Sa résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte et au piquage en fait un alliage idéal pour les applications impliquant des milieux agressifs et des procédés haute pureté.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Hastelloy B
Le Hastelloy B (UNS N10001 / ASTM B333 / B335) est un alliage corroyé renforcé par solution solide. Il est disponible sous forme de barres, tôles et plaques laminées à chaud, étirées à froid et recuites. Le matériau est surtout reconnu pour sa résistance extrême à l’acide chlorhydrique et aux milieux non oxydants.
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Équilibre (≥65,0) | Élément de base ; résistance à la corrosion en milieux réducteurs |
Molybdène (Mo) | 26,0–30,0 | Élément d’alliage principal ; renforce la résistance au piquage et à la corrosion caverneuse |
Fer (Fe) | 2,0–4,0 | Équilibre la résistance mécanique |
Carbone (C) | ≤0,02 | Contrôlé pour réduire la précipitation de carbures lors du soudage |
Manganèse (Mn) | ≤1,0 | Améliore l’aptitude au travail à chaud |
Silicium (Si) | ≤0,10 | Maintenu bas pour éviter la sensibilité à l’attaque intergranulaire |
Chrome (Cr) | ≤1,0 | Faible teneur pour limiter les comportements liés à l’oxydation |
Cobalt (Co) | ≤1,0 | Impureté limitée pour stabiliser les propriétés |
Soufre (S) | ≤0,03 | Minimisé pour réduire la fissuration à chaud lors de l’usinage et du soudage |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 9,22 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1330–1380°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 10,2 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,23 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 12,3 µm/m·°C (20–300°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 390 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 200 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état recuit)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 690–760 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 275–345 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥40% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 180–220 HB | ASTM E10 |
Résilience (choc) | Excellente aux températures cryogéniques et ambiantes | ASTM E23 |
Caractéristiques clés du Hastelloy B
Résistance extrême à la corrosion : présente des vitesses de corrosion <0,02 mm/an dans du HCl bouillant à 20% et <0,05 mm/an dans de l’acide acétique à 50% à 80°C (ASTM G31).
Formulation à faible teneur en carbone : réduit la précipitation de carbures lors du soudage ou des cycles thermiques, maintenant la résistance à la corrosion dans les zones affectées thermiquement.
Résistance à la fissuration sous contrainte : résiste à la corrosion sous contrainte dans les environnements contenant des ions chlorure et fluorure, fréquents dans les réacteurs chimiques.
Compatibilité de fabrication : conserve une bonne stabilité dimensionnelle lors de l’usinage CNC, du formage et des traitements thermiques.
Défis et solutions d’usinage CNC pour le Hastelloy B
Défis d’usinage
Écrouissage
L’alliage s’écrouit rapidement au contact de l’outil, ce qui augmente l’usure si des avances inadaptées sont utilisées.
Gestion thermique
La faible conductivité thermique entraîne une accumulation de chaleur au niveau de l’arête de coupe, augmentant le risque de rupture d’outil en usinage à sec.
Formation des copeaux
Produit des copeaux continus, tenaces et difficiles à fragmenter, nécessitant des géométries brise-copeaux agressives.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Carbure revêtu PVD (K20–K40) ou plaquettes céramique | Conserve l’arête de coupe à haute température |
Revêtement | TiAlN ou AlCrN (3–4 µm) | Réduit l’usure en dépouille et l’arête rapportée |
Géométrie | Angle de coupe positif 10–15°, arête rodée (~0,02 mm de rayon) | Réduit les efforts de coupe et retarde l’écrouissage de surface |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 10–20 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Finition | 20–35 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Traitement de surface pour les pièces en Hastelloy B usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP densifie les pièces moulées ou fabriquées additivement afin d’améliorer la tenue en fatigue et d’éliminer la porosité interne.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend un recuit à 1150°C ±15°C suivi d’une trempe rapide pour éviter la sensibilisation et conserver la résistance à la corrosion.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages nécessite un GTAW à faible apport thermique avec métal d’apport ERNiMo-7 afin de minimiser la corrosion dans la zone affectée thermiquement.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC peut être appliqué pour une protection indirecte contre les vapeurs acides ou pour l’isolation thermique dans des assemblages de réacteurs.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM permet de réaliser des géométries de précision sans induire de contraintes mécaniques ni de déformations liées à la chaleur.
Perçage profond
Perçage profond permet la réalisation de canaux de refroidissement ou d’écoulement d’acide jusqu’à des rapports L/D de 30:1.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux inclut des essais d’immersion/corrosion (ASTM G31), des essais de sensibilisation (ASTM A262) et un profilage de dureté (ASTM E18).
Applications industrielles des composants en Hastelloy B
Industrie chimique
Corps de pompes pour acides, tubes d’échangeurs thermiques et cuves/réacteurs.
Maintient ses performances dans des concentrations de HCl >40% à 100°C.
Équipements pharmaceutiques
Revêtements de réacteurs, mélangeurs et joints pour environnements acides haute pureté.
Non contaminant et résistant à la corrosion, même en présence de traces d’halogénures.
Décapage et récupération de métaux
Buses, raccords et chicanes d’échangeurs dans des unités de récupération d’acides nitriques et sulfuriques.
Résiste aux attaques localisées pendant la circulation des acides.
Pâte à papier et papier
Digesteurs et tubes d’évaporateurs de liqueur noire exposés à des agents de blanchiment acides.
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