Hastelloy C-22HS
Introduction au Hastelloy C-22HS
Le Hastelloy C-22HS est un superalliage à base de nickel, à haute résistance et résistant à la corrosion, développé pour des applications exigeantes combinant performances mécaniques critiques et résistance chimique. En tant que version durcie par précipitation du Hastelloy C-22, il conserve une excellente résistance aux environnements oxydants et réducteurs tout en atteignant des niveaux de résistance nettement plus élevés — jusqu’à 2× ceux du C-22 à l’état recuit.
Cette combinaison unique rend le Hastelloy C-22HS particulièrement adapté aux pièces usinées CNC exposées à des conditions de service agressives dans les systèmes aéronautiques, marins et de procédé chimique. Il est largement utilisé pour des composants nécessitant une stabilité dimensionnelle, une résistance à la haute pression et une résistance à la corrosion localisée dans des milieux sévères.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Hastelloy C-22HS
Le Hastelloy C-22HS (UNS N07022 / ASTM B622 / B564 / NACE MR0175) est renforcé par vieillissement (durcissement structural) et offre des performances exceptionnelles dans le gaz acide (sour gas), l’eau de mer et les environnements acides, même sous pressions élevées.
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (pds.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Nickel (Ni) | Équilibre (≥58,0) | Alliage de base : résistance à la corrosion et ténacité |
Chrome (Cr) | 20,0–22,5 | Assure la résistance aux milieux oxydants |
Molybdène (Mo) | 12,5–14,5 | Améliore la résistance aux acides réducteurs |
Fer (Fe) | 2,0–6,0 | Améliore les propriétés mécaniques |
Tungstène (W) | 2,5–3,5 | Renforce la résistance à la corrosion localisée |
Cobalt (Co) | ≤2,5 | Contrôlé pour la stabilité microstructurale |
Carbone (C) | ≤0,01 | Limite la précipitation de carbures dans les ZAT |
Manganèse (Mn) | ≤0,5 | Aide au travail à chaud |
Silicium (Si) | ≤0,08 | Préserve l’intégrité au soudage |
Soufre (S) | ≤0,02 | Faible teneur : réduit le risque de fissuration à chaud |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 8,69 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1330–1380°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 9,1 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,18 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 12,3 µm/m·°C (20–300°C) | ASTM E228 |
Capacité calorifique massique | 400 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 205 GPa à 20°C | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (mise en solution + vieillissement)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 1035–1170 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 690–830 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥25% (longueur de base 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureté | 280–320 HB | ASTM E10 |
Résilience (choc) | Conserve la ductilité à basse température | ASTM E23 |
Caractéristiques clés du Hastelloy C-22HS
Haute résistance + résistance à la corrosion : combine PREN >52 et limite d’élasticité >700 MPa, adapté aux milieux gaz acide et marins sous haute pression.
Excellente aptitude à la fabrication : facilement usinable CNC, soudable et formable à froid, notamment après mise en solution à 1175°C et vieillissement à 705°C pendant 8 h.
Conformité NACE MR0175 : qualifié pour les équipements fond de puits et sous-marins en présence de H₂S avec des limites de dureté inférieures à 36 HRC.
Résistance à la corrosion localisée : vitesse de corrosion <0,01 mm/an en HCl 15% bouillant et résistance au piquage confirmée par essais ASTM G48 au chlorure ferrique.
Défis et solutions d’usinage CNC pour le Hastelloy C-22HS
Défis d’usinage
Écrouissage
L’état vieilli augmente la dureté à >300 HB, ce qui accroît les efforts de coupe et réduit la durée de vie outil.
Accumulation de chaleur
La faible conductivité thermique (<10 W/m·K) retient la chaleur à l’interface outil-pièce, accélérant l’usure de l’arête.
Intégrité de surface
La tendance à former une arête rapportée (BUE) en cas de lubrification inadaptée dégrade l’état de surface et la précision dimensionnelle.
Stratégies d’usinage optimisées
Choix des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau d’outil | Carbure revêtu PVD (K30–K40), plaquettes céramique ou CBN | Supporte la dureté et la chaleur après vieillissement |
Revêtement | TiAlN, AlCrN (3–5 µm) | Réduit le frottement et la dégradation thermique |
Géométrie | Angle de coupe fortement positif (10–15°), rayon d’arête rodée 0,03 mm | Facilite l’évacuation des copeaux et réduit la BUE |
Paramètres de coupe (ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression de lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 8–14 | 0,20–0,30 | 2,0–3,5 | 100–120 |
Finition | 15–25 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 120–150 |
Traitements de surface pour pièces en Hastelloy C-22HS usinées
Pressage isostatique à chaud (HIP)
HIP améliore la tenue en fatigue de ≥25% et élimine la porosité de retassure dans les pièces moulées complexes ou réalisées en fabrication additive.
Traitement thermique
Traitement thermique comprend une mise en solution à 1175°C et un vieillissement à 705°C pendant 8 h afin d’optimiser la résistance mécanique et la résistance à la corrosion.
Soudage de superalliages
Soudage de superalliages avec métal d’apport ERNiCrMo-10 et un contrôle interpass <100°C garantit l’intégrité structurale et la résistance à l’embrittlement de la zone soudée.
Revêtement barrière thermique (TBC)
Revêtement TBC jusqu’à 250 µm améliore la durée de service des pièces exposées à 850–1000°C dans des flux gazeux agressifs.
Usinage par décharge électrique (EDM)
EDM permet des perçages et rainures de haute précision avec des tolérances ±0,005 mm et un état de surface Ra <0,6 µm sur pièces durcies.
Perçage profond
Perçage profond avec L/D >30:1 garantit la rectitude et l’intégrité de surface des géométries d’orifices haute pression.
Essais et analyses matériaux
Essais matériaux incluent traction (ASTM E8), dureté (ASTM E18), essais de corrosion en gaz acide (NACE TM0177) et validation microstructurale SEM/EDS.
Applications industrielles des composants en Hastelloy C-22HS
Pétrole et gaz
Vannes fond de puits, outils de complétion et récipients sous pression exposés à H₂S, CO₂ et chlorures à haute pression et température.
Ingénierie marine
Fixations, arbres et tubes d’échangeurs résistants au piquage et à la corrosion caverneuse en eau de mer.
Aéronautique
Supports, raccords et collecteurs (manifolds) où un rapport résistance/masse élevé et la résistance à la corrosion sont essentiels.
Industrie des procédés chimiques
Corps de pompes, corps de vannes et systèmes de brides exposés à des conditions agressives d’acides mixtes et de saumures.
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