c276 Stab warmgewalzt mit Festlösungslegierung 2.4819 / UNS N10276 ASTM EN DIN GB Standard

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Regulärer Durchmesser von Hastelloy C276 Rundstab auf Lager

C276 Stab warmgewalzt mit Festlösungslegierung 2.4819 / UNS N10276 ASTM EN DIN GB Standard

Zusammenfassung

Hastelloy C-276 (UNS N10276, W.Nr. 2.4819) ist eine Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung, die für ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit in rauen Umgebungen bekannt ist. Dieses technische Dokument bietet einen umfassenden Überblick über den warmgewalzten, festlösungsgeglühten C-276-Legierungsstab und beschreibt detailliert seine chemische Zusammensetzung, physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die geltenden internationalen Normen, vielfältigen Anwendungen und verfügbaren Produktformen. Die präsentierten Informationen dienen als Leitfaden für Ingenieure und Konstrukteure bei der Auswahl von Materialien für aggressive industrielle Anwendungen, bei denen Beständigkeit gegen oxidierende und reduzierende Medien erforderlich ist.

1 Einführung in die Hastelloy C-276-Legierung

Hastelloy C-276, auch bekannt als UNS N10276 gemäß dem Unified Numbering System und 2.4819 unter dem W.Nr. (Werkstoffnummer)-Materialnummerierungssystem, ist eine Nickelbasis-Superlegierung, die zur Hastelloy-Familie von Materialien gehört, die von Haynes International entwickelt wurden. Diese Legierung wurde speziell entwickelt, um eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit in anspruchsvollen industriellen Umgebungen zu gewährleisten. Die C-276-Güte enthält erhebliche Zusätze von Molybdän (15-17 %) und Chrom (14,5-16,5 %), die eine hervorragende Beständigkeit gegen reduzierende bzw. oxidierende Chemikalien verleihen. Das Vorhandensein von Wolfram (3-4,5 %) verbessert die Korrosionsbeständigkeit zusätzlich, insbesondere in Mischsäureumgebungen und bei lokalisierter Korrosion.

Die Legierung zeichnet sich durch ihren geringen Kohlenstoffgehalt (≤0,01 % typischerweise) aus, der die Karbidausscheidung während des Schweißens und der thermischen Verarbeitung minimiert und somit die Korrosionsbeständigkeit im geschweißten Zustand aufrechterhält. Diese Kombination von Eigenschaften macht C-276-Stäbe besonders geeignet für die Herstellung von Komponenten, die aggressiven chemischen Medien, hohen Temperaturen und Spannungsrisskorrosionsumgebungen standhalten müssen. Die warmgewalzte Stabform im festlösungsgeglühten Zustand bietet optimale mechanische Eigenschaften und mikrostrukturelle Gleichmäßigkeit für nachfolgende Bearbeitungs- und Fertigungsprozesse.

2 Schlüsselparameter und Eigenschaften

2.1 Chemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung von Hastelloy C-276 ist sorgfältig ausgewogen, um seine bekannte Korrosionsbeständigkeit zu erreichen und gleichzeitig gute mechanische Eigenschaften und Verarbeitbarkeit zu erhalten. Die folgende Tabelle zeigt die typischen chemischen Anforderungen für UNS N10276-Legierungsstäbe:

*Tabelle 1: Chemische Zusammensetzungsanforderungen für Hastelloy C-276 (UNS N10276)*

*Daten zusammengestellt aus den Normen ASTM B574/B575 und mehreren Referenzquellen16*

2.2 Physikalische Eigenschaften

Hastelloy C-276 weist physikalische Eigenschaften auf, die für Nickelbasislegierungen charakteristisch sind, mit hoher Dichte und mäßiger Wärmeausdehnung. Diese Eigenschaften sind wichtige Überlegungen für Konstruktionsberechnungen, die thermische Zyklen, Gewichtserwägungen und elektrische/thermische Anwendungen betreffen:

*Tabelle 2: Physikalische Eigenschaften von Hastelloy C-276 Stab*

Daten aus Referenzquellen und Materialspezifikationen26

2.3 Mechanische Eigenschaften

Warmgewalzte C-276-Stäbe im festlösungsgeglühten Zustand weisen eine Kombination aus hoher Festigkeit, guter Duktilität und ausgezeichneter Schlagzähigkeit über einen weiten Temperaturbereich auf. Die folgende Tabelle fasst die typischen mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur zusammen:

*Tabelle 3: Typische mechanische Eigenschaften von warmgewalzten, festlösungsgeglühten C-276-Stäben*

Daten aus Referenzquellen und Materialspezifikationen256

Die mechanischen Eigenschaften von C-276 bleiben bei erhöhten Temperaturen relativ stabil, mit erhaltener Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bis zu etwa 650°C (1200°F). Eine längere Exposition im Temperaturbereich von 650-1090°C (1200-2000°F) kann jedoch zur Ausscheidung intermetallischer Phasen führen, die die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit verringern können.

2.4 Korrosionsbeständigkeitseigenschaften

Hastelloy C-276 weist eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in einer Vielzahl aggressiver Medien auf, was sein Hauptvorteil gegenüber herkömmlichen Edelstählen und vielen anderen Nickellegierungen ist:

• Reduzierende Umgebungen: Ausgezeichnete Beständigkeit gegen Schwefelsäure in verschiedenen Konzentrationen, Salzsäure, Phosphorsäure und andere reduzierende Chemikalien aufgrund seines hohen Molybdängehalts.

• Oxidierende Umgebungen: Gute Beständigkeit gegen oxidierende Medien, einschließlich Salpetersäure, Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid und chlorierte Lösungen, aufgrund seines Chromgehalts.

• Lokalisierte Korrosion: Außergewöhnliche Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion und Spaltkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen, mit einer Lochfraßbeständigkeitsäquivalentzahl (PREN) typischerweise im Bereich von 65-75.

• Spannungsrisskorrosion (SCC): Hohe Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion, wodurch es für anspruchsvolle chemische Prozessanwendungen geeignet ist.

• Mischsäuren: Besonders nützlich in Umgebungen, die Mischungen aus oxidierenden und reduzierenden Säuren enthalten, in denen andere Materialien schnell versagen könnten.

Die Legierung ist eines der wenigen Materialien, die nassem Chlorgas, Hypochloritlösungen und Chlordioxidumgebungen standhalten können16. Sie weist auch eine hervorragende Beständigkeit gegen Korrosion durch organische Säuren wie Ameisen- und Essigsäure auf, selbst bei erhöhten Temperaturen und in Gegenwart von Verunreinigungen27.

3 Anwendbare Normen und Spezifikationen

Hastelloy C-276-Stäbe werden gemäß mehreren internationalen Normen hergestellt, die die Konsistenz in Bezug auf chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften und Maßtoleranzen gewährleisten. Die folgenden Normen gelten für warmgewalzte, festlösungsgeglühte Stäbe:

3.1 ASTM (American Society for Testing and Materials) Normen

• ASTM B574: Standard Specification for Low-Carbon Nickel-Chromium-Molybdenum, Low-Carbon Nickel-Molybdenum-Chromium-Tungsten, and Low-Carbon Nickel-Chromium-Molybdenum-Copper Alloys Rod and Bar (Standardspezifikation für kohlenstoffarme Nickel-Chrom-Molybdän-, kohlenstoffarme Nickel-Molybdän-Chrom-Wolfram- und kohlenstoffarme Nickel-Chrom-Molybdän-Kupfer-Legierungsstäbe und -stangen)

• ASTM B575: Standard Specification for Low-Carbon Nickel-Chromium-Molybdenum, Low-Carbon Nickel-Molybdenum-Chromium-Tungsten, and Low-Carbon Nickel-Chromium-Molybdenum-Copper Alloys Plate, Sheet, and Strip (Standardspezifikation für kohlenstoffarme Nickel-Chrom-Molybdän-, kohlenstoffarme Nickel-Molybdän-Chrom-Wolfram- und kohlenstoffarme Nickel-Chrom-Molybdän-Kupfer-Legierungsplatten, -bleche und -bänder)

• ASTM B622: Standard Specification for Seamless Nickel and Nickel Alloy Pipe and Tube (Standardspezifikation für nahtlose Nickel- und Nickellegierungsrohre und -rohre)

• ASME SB-574/SB-575/SB-622: Äquivalente ASME-Materialnormen für Druckbehälteranwendungen

3.2 EN/DIN (Europäische/Deutsche Normen)

• DIN/EN 2.4819: Werkstoffbezeichnung für Nickel-Chrom-Molybdän-Wolfram-Legierung (UNS N10276)

• DIN 17744: Norm für Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungsstab und -draht

• DIN 17750: Norm für Nickel-Chrom-Molybdän-Legierungsblech, -folie und -band

• DIN 17751: Norm für nahtlose Rohre aus Nickel-Chrom-Molybdän-Legierung

3.3 GB (Chinesische nationale Normen)

• GB/T NS334: Chinesische Bezeichnung, die UNS N10276 entspricht

• GB/T 15008: Norm für korrosionsbeständige Legierungen

3.4 Andere internationale Normen

• UNS N10276: Bezeichnung des Unified Numbering System

• ISO NiMo16Cr15Fe6W4: Bezeichnung der International Organization for Standardization

Diese Normen stellen sicher, dass C-276-Stäbe unabhängig von der Herstellungsquelle eine gleichbleibende Leistung und Austauschbarkeit bieten, wenn sie gemäß den gleichen Spezifikationsanforderungen hergestellt werden159.

4 Herstellung und Wärmebehandlung

4.1 Warmwalzverfahren

Das Warmwalzen von C-276-Stäben erfolgt typischerweise im Temperaturbereich von 1200°C bis 950°C (2192°F bis 1742°F). Dieses Verfahren beinhaltet:

• Erhitzen der geschmiedeten oder gegossenen Blöcke auf die geeignete Warmbearbeitungstemperatur

• Allmähliches Formen des Materials auf die gewünschten Querschnittsabmessungen durch eine Reihe von Walzvorgängen

• Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit nach dem Walzen, um die gewünschte Mikrostruktur zu erreichen

• Durchführung nachfolgender Wärmebehandlungen zur Optimierung der Eigenschaften

Das Warmwalzverfahren muss sorgfältig kontrolliert werden, um ein beginnendes Schmelzen oder übermäßige Oxidation zu vermeiden, da die Legierung Elemente mit relativ niedrig schmelzenden Phasen enthält, die sich bilden können, wenn die Verarbeitungstemperaturen nicht richtig kontrolliert werden.

4.2 Festlösungsglühung

Nach dem Warmwalzen werden C-276-Stäbe einer Festlösungsglühung unterzogen, typischerweise bei Temperaturen von 1100°C bis 1160°C (2012°F bis 2120°F), gefolgt von schnellem Abschrecken in Wasser9. Dieses Verfahren:

• Löst alle Sekundärphasen auf, die sich während der thermischen Verarbeitung gebildet haben könnten

• Homogenisiert die Legierungsstruktur und -zusammensetzung

• Stellt die Korrosionsbeständigkeit des Materials wieder her

• Erzeugt eine rekristallisierte austenitische Mikrostruktur mit gleichmäßiger Korngröße

Das schnelle Abschrecken (typischerweise Wasserabschrecken) ist unerlässlich, um die Ausscheidung von Karbiden oder intermetallischen Phasen zu verhindern, die während des langsamen Abkühlens durch den Sensibilisierungstemperaturbereich (ungefähr 1000°C bis 600°C) auftreten können9.

4.3 Qualitätskontrolle und Prüfung

Warmgewalzte C-276-Stäbe unterliegen strengen Qualitätskontrollmaßnahmen, einschließlich:

• Chemische Analyse zur Überprüfung der Zusammensetzungskonformität

• Zugversuch zur Bestätigung der mechanischen Eigenschaften

• Härteprüfung als zusätzliche Qualitätskontrolle

• Zerstörungsfreie Prüfung (Ultraschall oder Wirbelstrom) zur Erkennung von inneren und Oberflächenfehlern

• Makroätzung und Gefügeuntersuchung zur Beurteilung von Korngröße und -struktur

• Korrosionsprüfung, falls angegeben (z. B. ASTM G28 Verfahren A zum Nachweis der Anfälligkeit für interkristallinen Angriff)

5 Anwendungen von C276-Stäben

Hastelloy C-276-Stäbe werden in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt, bei denen außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und Zuverlässigkeit erforderlich sind. Die Stabform wird typischerweise zu Komponenten für den Einsatz in folgenden Bereichen bearbeitet:

5.1 Chemische Verfahrenstechnik

• Reaktionsbehälter und Rührwerkswellen für anspruchsvolle chemische Prozesse

• Befestigungselemente und Ventilelemente für korrosive Anwendungen

• Pumpenwellen und Laufräder für den Umgang mit aggressiven Chemikalien

• Düsen und Sprühsysteme für die Säureverteilung

5.2 Umwelttechnik und Rauchgasentschwefelung (FGD)-Systeme

• Ventilatorwellen und Lagerkomponenten in Nasswäscherumgebungen

• Rührwerkswellen für Kalksteinsuspensionen

• Tragsysteme für Absorber und Kanäle

• Befestigungselemente und Hardware für kritische Verbindungen

5.3 Pharma- und Lebensmittelverarbeitung

• Mischwellen für Reaktionsbehälter

• Strukturkomponenten in hochreinen Systemen

• Befestigungselemente und Stützelemente, bei denen eine Kontamination vermieden werden muss

5.4 Marine- und Offshore-Anwendungen

• Wellen für Meerwasserpumpen

• Komponenten in Meerwasserventilsystemen

• Befestigungselemente für kritische Marineanwendungen

• Lagerflächen in korrosiven Meeresumgebungen

5.5 Öl- und Gasindustrie

• Komponenten für Sauergasanwendungen (Umgebungen mit hohem H₂S-Gehalt)

• Gehäuse für Bohrlochinstrumentierung

• Ventiltrim für korrosive Anwendungen

• Prozesskomponenten in Raffinerieanwendungen

Die Vielseitigkeit von C-276-Stabmaterial ermöglicht die Herstellung unzähliger Komponenten, bei denen Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit und langfristige Zuverlässigkeit wesentliche Anforderungen in aggressiven Umgebungen sind78.

6 Andere Produktformen der C276-Legierung

Obwohl sich dieses Dokument auf Stabprodukte konzentriert, ist Hastelloy C-276 in mehreren Produktformen erhältlich, um den unterschiedlichen Fertigungs- und Konstruktionsanforderungen gerecht zu werden:

6.1 Knetprodukte

• Platten und Bleche: Verwendet für den Behälterbau, die Tankauskleidung und die Druckbehälterfertigung (ASTM B575)

• Rohre und Schläuche: Sowohl nahtlose als auch geschweißte Formen für Prozessrohrleitungen, Wärmetauscher und Instrumentenleitungen (ASTM B622, B619)

• Draht- und Schweißprodukte: Einschließlich umhüllter Elektroden, blankem Draht und Fülldraht für Füge- und Auftragsschweißarbeiten

• Band und Folie: Für spezielle Anwendungen, die dünnes Material erfordern

6.2 Gussprodukte

• Feinguss: Für komplexe Komponenten, die nur schwer aus Stabmaterial zu bearbeiten sind

• Sandguss: Für große Komponenten und Prototypen

• Schleuderguss: Für zylindrische Komponenten wie Ringe und Hülsen

6.3 Sonderformen

• Schmiedestücke: Für hochintegrierte Komponenten, die eine optimierte Kornstruktur erfordern

• Befestigungselemente: Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben und spezielle Befestigungselemente für korrosive Umgebungen

• Streckmetall: Für Filter- und Siebanwendungen

• Verbundprodukte: Explosionsgefertigte oder walzplattierte Platte für den wirtschaftlichen Bau von Behältern

Jede Produktform ist mit einer geeigneten Wärmebehandlung und Prüfung erhältlich, um eine optimale Leistung in der vorgesehenen Anwendung359 zu gewährleisten.

7 Vergleich mit ähnlichen Legierungen

Während C-276 eine ausgezeichnete Kombination von Eigenschaften bietet, können andere Nickelbasislegierungen für spezifische Anforderungen ausgewählt werden:

• Hastelloy C-22 (UNS N06022): Erhöhte Korrosionsbeständigkeit in oxidierenden Medien und verbesserte thermische Stabilität

• Hastelloy C-2000 (UNS N06200): Überlegene Beständigkeit gegen oxidierende Säuren bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Beständigkeit gegen reduzierende Säuren

• Inconel 625 (UNS N06625): Höhere Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, aber weniger Beständigkeit gegen reduzierende Säuren

• Hastelloy B-3 (UNS N10675): Überlegene Beständigkeit gegen reduzierende Säuren, insbesondere Salzsäure, aber weniger beständig gegen oxidierende Medien

Die Auswahl von C-276 stellt einen ausgewogenen Ansatz für Anwendungen dar, die Beständigkeit gegen sowohl oxidierende als auch reduzierende Umgebungen erfordern, insbesondere wenn Chloride und andere Halogenide vorhanden sind.

8 Fazit

Hastelloy C-276 in Form von warmgewalzten, festlösungsgeglühten Stäben stellt ein vielseitiges Konstruktionsmaterial für anspruchsvolle korrosive Anwendungen dar. Seine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit in Kombination mit guten mechanischen Eigenschaften und Verarbeitbarkeit machen es zu einer bevorzugten Wahl in mehreren Branchen, darunter die chemische Verfahrenstechnik, die Umwelttechnik, die Pharmazie und die Meerestechnik.

Die Verfügbarkeit von C-276-Stäben nach mehreren internationalen Normen (ASTM, EN/DIN, GB) gewährleistet die Materialkonsistenz und die globale Verfügbarkeit für kritische Anwendungen. Bei ordnungsgemäßer Spezifikation, Herstellung und Verarbeitung bieten Komponenten, die aus C-276-Stäben gefertigt werden, langfristige Zuverlässigkeit in Umgebungen, die minderwertigere Materialien schnell abbauen würden.

Konstrukteure sollten C-276-Stäbe für Anwendungen in folgenden Bereichen in Betracht ziehen:

• Mischsäureumgebungen, die sowohl oxidierende als auch reduzierende Spezies enthalten

• Chloridhaltige Lösungen, bei denen Lochfraß und Spaltkorrosion ein Problem darstellen

• Prozesse mit nassem Chlorgas, Hypochloriten oder Chlordioxid

• Hochtemperaturprozesse, bei denen sowohl Korrosionsbeständigkeit als auch Festigkeit erforderlich sind

Bei entsprechender Beachtung der Fertigungstechniken, insbesondere des Schweißens und der thermischen Verarbeitung, können C-276-Stabkomponenten jahrzehntelangen zuverlässigen Betrieb in den anspruchsvollsten industriellen Umgebungen gewährleisten.