Hàn Hastelloy C276: Trình độ chuyên môn và lựa chọn kim loại phụ - Kiến thức

Hastelloy C276(UNS N10276, EN 2.4819) là một trong những hợp kim niken-chống ăn mòn tốt nhất hiện có, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp xử lý hóa chất, dầu khí, kiểm soát ô nhiễm và dược phẩm. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn đặc biệt của nó có thể bị tổn hại do hàn không đúng cách.

Chìa khóa để chế tạo C{1}}276 thành công là chọn kim loại phụ chính xác và xác định quy trình hàn để bảo toàn tính chất hóa học độc đáo của hợp kim - đặc biệt là hàm lượng molypden cao và hàm lượng cacbon thấp. Bài viết này cung cấp hướng dẫn đầy đủ về lựa chọn kim loại phụ, thông số quy trình hàn, thẩm định quy trình và kiểm soát chất lượng cho C276.

Welding Hastelloy C276

Sử dụng kim loại phụ ERNiCrMo-4 để phù hợp với kim loại cơ bản C276. Đánh giá quy trình hàn theo ASME Phần IX bằng phân tích hóa học của kim loại mối hàn để xác minh hàm lượng Cr, Mo và Fe. Kiểm soát nhiệt đầu vào dưới 1,5 kJ/mm để giảm thiểu sự phân tách và duy trì khả năng chống ăn mòn.

Hastelloy C-276 là hợp kim crom niken-molypden-có bổ sung vonfram. Tính năng chính của nó là hàm lượng carbon cực thấp (Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01%), giúp loại bỏ hầu như lượng mưa cacbua trong quá trình hàn và xử lý nhiệt. Điều này làm cho C-276 có khả năng chống ăn mòn giữa các hạt trong vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) - một vấn đề đã xảy ra với các loại trước đó như Hastelloy C (UNS N10002).

Bàn. Thành phần hóa học của Hastelloy C-276 (UNS N10276 / EN 2.4819)


Yếu tố	Ni	Cr	Mơ	Fe	W	có	C	Sĩ	Mn
Cân nặng %	Sự cân bằng	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	Nhỏ hơn hoặc bằng 2,5	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,08	Nhỏ hơn hoặc bằng 1,0
Vai trò	Ma trận	Chống oxy hóa	Giảm khả năng kháng axit	Giảm chi phí	Kháng axit	Dư	Giảm thiểu khả năng hàn	Giảm thiểu khả năng hàn	Chất khử oxy

Nguồn: ASTM B575-22 'Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho tấm, tấm và dải hợp kim Niken và Niken-Coban'; Bảng dữ liệu kỹ thuật 'HASTELLOY® C-276 Alloy' của Haynes International (2023); Cẩm nang sản phẩm 'HASTELLOY® C-276' dành cho kim loại đặc biệt (2023).

Bàn. Khả năng chống ăn mòn của Hastelloy C-276 theo môi trường


Môi trường	Chế độ ăn mòn	Sự tập trung	Nhiệt độ (độ)	Tốc độ ăn mòn (mm/năm)	Đánh giá
Axit clohydric (HCl)	Ăn mòn chung	1–37%	RT–70	< 0.13	Xuất sắc
Axit sunfuric (H₂SO₄)	Ăn mòn chung	1–50%	RT–80	< 0.25	Xuất sắc
Axit photphoric (H₃PO₄)	Ăn mòn chung	1–85%	RT–100	< 0.10	Xuất sắc
Axit flohydric (HF)	Ăn mòn chung	1–48%	RT–50	< 0.50	Tốt
Axit nitric (HNO₃)	Ăn mòn oxy hóa	1–65%	RT–80	< 0.25	Tốt
Khí clo (ướt)	Rỗ/kẽ hở	bão hòa	RT–100	< 0.10	Xuất sắc
Nước biển	Rỗ/kẽ hở	3,5% Cl⁻	RT–100	< 0.01	Xuất sắc
Khí chua (H₂S)	SSC, SOHIC	pH₂S > 1 bar	RT–200	Miễn dịch	Xuất sắc

Nguồn: Haynes International 'Dữ liệu ăn mòn cho HASTELLOY® C-276' (2023); Khảo sát dữ liệu ăn mòn của NACE, Ed thứ 6. (2020); Outokumpu 'Sổ tay ăn mòn cho thép không gỉ và hợp kim niken' (2021).

C276 vượt trội trong việc khử axit (HCl, H₂SO₄) và clorua-trong các môi trường mà thép không gỉ không hoạt động. Hàm lượng carbon thấp của nó giúp loại bỏ sự nhạy cảm trong quá trình hàn, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng ăn mòn nghiêm trọng.

Để hàn Hastelloy C-276, kim loại phụ chính xác là ERNiCrMo-4 (phân loại AWS A5.14). Kim loại phụ này về cơ bản có thành phần tương tự như kim loại cơ bản C-276, đảm bảo rằng kim loại mối hàn có khả năng chống ăn mòn phù hợp. Sử dụng chất độn không đúng - chẳng hạn như ERNiCrMo-3 (Hợp kim 625) hoặc ERNiCr-3 (Hợp kim 82) - sẽ dẫn đến kim loại hàn có hàm lượng molypden thấp hơn và giảm khả năng chống ăn mòn trong axit khử.

ERNiCrMo-4 Filler Metal for C276 Welding

Bàn. Lựa chọn kim loại phụ cho hàn Hastelloy C-276


Lớp AWS	UNS	Cr (%)	Mo (%)	Fe (%)	W (%)	C (%)	Sự giới thiệu
ERNiCrMo-4	N10276	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,02	✓ MATCHING - Lựa chọn chính
ERNiCrMo-10	N06022	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,015	Thay thế (Cr cao hơn, Mo thấp hơn)
ERNiCrMo-14	N06686	19–23	15–17	Nhỏ hơn hoặc bằng 5	3–4.5	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,01	Thay thế (Mo tương đương, Cr cao hơn)
ERNiCrMo-3	N06625	20–23	8–10	Nhỏ hơn hoặc bằng 5	-	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,10	✗ KHÔNG nên dùng (Mo thấp)
ERNiCr-3	N06082	18–22	-	Nhỏ hơn hoặc bằng 3	-	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,10	✗ KHÔNG khuyến khích (không có Mo)
ERNiMo-7	N10665	Nhỏ hơn hoặc bằng 1,0	26–30	Nhỏ hơn hoặc bằng 2	-	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,02	✗ KHÔNG khuyến khích (không có Cr)

Nguồn: AWS A5.14/A5.14M:2018 'Thông số kỹ thuật cho Niken và Niken-Điện cực và que hàn trần hợp kim'; Dữ liệu kỹ thuật của Kim loại phụ hàn 'HASTELLOY® C-276' của Haynes International (2023); Kim loại đặc biệt 'Danh mục sản phẩm hàn' (2023).

Khả năng chống ăn mòn của C-276 trong axit khử (HCl, H₂SO₄) phụ thuộc vào hàm lượng molypden cao (15–17%). Nếu sử dụng kim loại phụ có Mo thấp hơn, kim loại hàn sẽ có khả năng chống ăn mòn kém hơn kim loại cơ bản - tạo ra 'liên kết yếu' trong mối hàn. ERNiCrMo-3 (chất độn hợp kim 625) chỉ có 8–10% Mo, không đủ để khử axit mạnh.

Bàn. Tác động của việc lựa chọn kim loại phụ đến khả năng chống ăn mòn kim loại mối hàn


Kim loại phụ	Mo kim loại hàn (%)	Tốc độ ăn mòn HCl (mm/năm)	H₂SO₄ Tốc độ ăn mòn (mm/năm)	Rỗ nước biển	Phán quyết
ERNiCrMo-4	15–17	< 0.13	< 0.25	Xuất sắc	✓ TRẬN ĐẤU
ERNiCrMo-10	12–14	< 0.25	< 0.50	Xuất sắc	Chấp nhận được đối với axit oxy hóa
ERNiCrMo-3	8–10	0.50–1.0	0.50–1.0	Tốt	✗ Không đủ khả năng khử axit
ERNiCr-3	0	> 5.0	> 5.0	Nghèo	✗ KHÔNG PHÙ HỢP
Kim loại cơ bản C-276	15–17	< 0.13	< 0.25	Xuất sắc	Thẩm quyền giải quyết

Nguồn: Haynes International 'Dữ liệu ăn mòn đối với kim loại hàn của hợp kim HASTELLOY®' (2023); Tài liệu kỹ thuật về 'Khả năng chống ăn mòn của mối hàn hợp kim niken' của Kim loại đặc biệt (2022); Tài liệu hội thảo NACE Corrosion 2022 'Ảnh hưởng của việc lựa chọn kim loại phụ đến sự ăn mòn mối hàn hợp kim Niken'.

Trong một số trường hợp, kim loại đệm hợp kim cao hơn có thể được chỉ định để bù đắp cho sự pha loãng từ kim loại cơ bản hoặc để cung cấp thêm biên. ERNiCrMo-14 (chất độn hợp kim 686) có Cr cao hơn một chút và Mo tương đương với ERNiCrMo-4, khiến nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu khả năng chống ăn mòn tối đa.

Bàn. Kim loại phụ vượt trội cho các ứng dụng quan trọng


Kim loại phụ	UNS	Cr (%)	Mo (%)	Ứng dụng
ERNiCrMo-14 (Hợp kim 686)	N06686	19–23	15–17	Vượt trội cho C-276; nước biển, axit cực đoan
ERNiCrMo-10 (Hợp kim C-22)	N06022	20–22.5	12.5–14.5	Kết hợp quá mức cho hỗn hợp oxy hóa + khử

Nguồn: Bảng dữ liệu kỹ thuật 'HASTELLOY® ALLOY 686' của Haynes International (2023); Cẩm nang sản phẩm 'INCONEL® ALLOY 686' của Kim loại đặc biệt (2023).

ERNiCrMo-4 là kim loại phụ bắt buộc để hàn C-276 khi cần có khả năng chống ăn mòn phù hợp. ERNiCrMo-14 hoặc ERNiCrMo-10 có thể được sử dụng để vượt trội trong các ứng dụng quan trọng. Không bao giờ sử dụng ERNiCrMo-3 (chất độn hợp kim 625) để giảm dịch vụ axit.

Hastelloy C276 có thể được hàn bằng tất cả các quy trình hàn hồ quang thông thường, nhưng GTAW (TIG) và GMAW (MIG) là những quy trình phổ biến nhất để chế tạo-có tính toàn vẹn cao. GTAW cung cấp khả năng kiểm soát tốt nhất đối với nhiệt đầu vào và tính chất hóa học của bể hàn, khiến nó trở nên lý tưởng cho các đường hàn gốc và các phần mỏng. GMAW mang lại năng suất cao hơn cho các đường chuyền lấp đầy và che phủ ở các phần dày hơn.

GTAW and GMAW for C276

Bàn. Lựa chọn quy trình hàn cho Hastelloy C-276


Quá trình	Chức vụ	Phạm vi độ dày	Kiểm soát đầu vào nhiệt	Năng suất	Ứng dụng	Sự giới thiệu
GTAW (TIG)	Tất cả các vị trí	0,5–6 mm	Xuất sắc	Thấp	Rễ vượt qua, tường mỏng, hàn quỹ đạo	✓ Ưu tiên
GMAW (MIG)	phẳng, ngang	3–25 mm	Tốt	Trung bình	Điền và đóng nắp, chế tạo cửa hàng	✓ Ưu tiên
PAW (Plasma)	phẳng, quỹ đạo	1–10 mm	Xuất sắc	Trung bình	Hàn ống quỹ đạo, mối hàn chính xác	✓ Tốt
FCAW (Thông lượng{0}}Lõi)	phẳng, ngang	5–30 mm	Hội chợ	Cao	Chế tạo hiện trường, không-quan trọng	⚠ Thận trọng khi sử dụng
SMAW (Gậy)	Tất cả các vị trí	3–20 mm	Nghèo	Thấp	Sửa chữa hiện trường, không-quan trọng	⚠ Thận trọng khi sử dụng
SAW (Vòng cung chìm)	Chỉ phẳng	10–50 mm	Nghèo	Rất cao	Lớp phủ dày,-không quan trọng	✗ Không khuyến khích

Nguồn: AWS D1.6/D1.6M-22 'Mã hàn kết cấu-Thép không gỉ'; Haynes International 'Hướng dẫn hàn cho HASTELLOY® C-276' (2023); Mã nồi hơi và bình áp lực ASME Phần IX (2023).

Bàn. Thông số GTAW được đề xuất cho Hastelloy C-276


Độ dày (mm)	Loại khớp	Hiện tại (A)	Điện áp (V)	Tốc độ di chuyển (mm/phút)	Cấp dây (mm/phút)	Lưu lượng khí (L/phút)	Nhiệt đầu vào (kJ/mm)
1.5	Mông vuông	50–70	9–11	120–150	300–400	8–12	0.3–0.5
3.0	rãnh chữ V{0}} 60 độ	80–110	10–12	100–130	400–500	10–15	0.5–0.8
6.0	rãnh chữ V{0}} 60 độ	120–150	11–13	80–100	500–600	12–18	0.8–1.2
10.0	rãnh chữ V{0}} 60 độ	150–180	12–14	70–90	600–700	15–20	1.0–1.5
12.0+	U{0}}rãnh	160–200	12–14	60–80	600–800	15–20	1.2–1.5

Nguồn: Haynes International 'Hướng dẫn hàn cho HASTELLOY® C-276' (2023); Cẩm nang kỹ thuật 'Hàn hợp kim niken' của kim loại đặc biệt (2023); ASME Phần IX QW-409 'Các biến hàn-điện'.

Bàn. Khuyến nghị về khí bảo vệ cho hàn C-276


Quá trình	Khí sơ cấp	Tốc độ dòng chảy (L/phút)	Khí dự phòng	Điện cực vonfram	Ghi chú
GTAW	Argon (99,999%)	10–20	Argon hoặc N₂ (nếu cần)	Chứng nhận 2% (EWCe-2)	Tinh khiết Ar thiết yếu; không, anh cho root pass
GTAW (Dây nóng)	Argon + 5% H₂	12–18	Argon	Chứng nhận 2% (EWCe-2)	H₂ tăng nhiệt; sử dụng thận trọng
GMAW	Argon + 2–5% Anh ấy	15–25	Argon	N/A	Anh ấy cải thiện việc làm ướt; giữ Nhỏ hơn hoặc bằng 5%
GMAW (Xung)	Argon + 2% Anh ấy	12–20	Argon	N/A	Xung làm giảm sự bắn tung tóe; ưa thích
CHÂN	Argon (99,999%)	3–5 (plasma) + 15–20 (lá chắn)	Argon	Chứng nhận 2% (EWCe-2)	Tiêu chuẩn hàn quỹ đạo

Nguồn: AWS A5.32/A5.32M:2017 'Thông số kỹ thuật cho khí bảo vệ hàn'; Haynes International 'Hướng dẫn hàn cho HASTELLOY® C-276' (2023); Lincoln Electric 'Lựa chọn khí bảo vệ cho hợp kim niken' (2023).

GTAW with pure argon shielding is the preferred process for C-276 root passes and thin-wall applications. GMAW with Ar + 2–5% He is suitable for fill and cap passes. Avoid high helium mixtures (>10%) làm tăng lượng nhiệt đầu vào và quá trình oxy hóa. Luôn sử dụng khí có độ tinh khiết-cao (99,999%) để ngăn ngừa ô nhiễm.

Mặc dù C-276 có hàm lượng cacbon thấp và có khả năng chống lại sự kết tủa cacbua, lượng nhiệt đưa vào quá mức có thể gây ra sự phân tách vi mô của molypden và crom trong kim loại mối hàn và HAZ. Sự phân chia này tạo ra các vùng cục bộ có hàm lượng hợp kim thấp hơn, làm giảm khả năng chống ăn mòn. Lượng nhiệt đầu vào tối đa được khuyến nghị là 1,5 kJ/mm đối với GTAW và 2,0 kJ/mm đối với GMAW.

Tính toán và giới hạn nhiệt đầu vào

Nhiệt lượng đầu vào được tính như sau:

Công thức:Nhiệt đầu vào (kJ/mm)=Điện áp (V) × Dòng điện (A) × 60 `Tốc độ di chuyển (mm/phút)

Bàn. Giới hạn đầu vào nhiệt tối đa cho hàn C-276


Quá trình	Đầu vào nhiệt tối đa (kJ/mm)	Nhiệt độ Interpass tối đa (độ)	Lý do	Tác dụng của việc vượt quá	Giảm nhẹ	Tiêu chuẩn
GTAW	1.5	175	Giảm thiểu sự phân tách Mo	Giảm khả năng chống ăn mòn	Giảm dòng điện, tăng tốc độ di chuyển	Haynes, Kim loại đặc biệt
GMAW	2.0	175	Như nhau	Như nhau	Sử dụng chế độ xung, hạt stringer	Haynes, Kim loại đặc biệt
CHÂN	1.2	175	Kiểm soát chính xác	Như nhau	Điều chỉnh dòng plasma	Haynes
FCAW	2.5	175	Giới hạn quy trình	Vấn đề tương tự + xỉ	Không được đề xuất cho quan trọng	AWS D1.6
SMAW	3.0	175	Giới hạn quy trình	Giống nhau + bao gồm	Không được đề xuất cho quan trọng	AWS D1.6

Nguồn: Haynes International 'Hướng dẫn hàn cho HASTELLOY® C-276' (2023); Cẩm nang kỹ thuật 'Hàn hợp kim niken' của kim loại đặc biệt (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'Mã hàn kết cấu-Thép không gỉ'.

Bàn. Ảnh hưởng của nhiệt đầu vào đến khả năng chống ăn mòn kim loại mối hàn (Phương pháp C của ASTM G48)


Nhiệt đầu vào (kJ/mm)	Mối hàn kim loại Mo	CPT (độ, ASTM G48)	CCT (độ, ASTM G48)	Đánh giá ăn mòn
< 0.8	Tối thiểu	> 85	> 60	Xuất sắc
0.8–1.2	Thấp	80–85	55–60	Xuất sắc
1.2–1.5	Vừa phải	70–80	45–55	Tốt
1.5–2.0	Có ý nghĩa	60–70	35–45	Có thể chấp nhận được
> 2.0	Cao	< 60	< 35	xuống cấp

Nguồn: ASTM G48-11(2020) 'Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở của thép không gỉ và các hợp kim liên quan bằng cách sử dụng dung dịch clorua sắt'; Tài liệu kỹ thuật 'Ảnh hưởng của chu trình nhiệt hàn đến khả năng chống ăn mòn C-276' của Haynes International (2022); Tài liệu hội nghị về ăn mòn NACE 2021.

Giữ nhiệt đầu vào dưới 1,5 kJ/mm đối với GTAW và 2,0 kJ/mm đối với GMAW. Sử dụng các hạt xâu chuỗi thay vì dệt. Kiểm soát nhiệt độ interpass dưới 175 độ. Xác minh khả năng chống ăn mòn kim loại mối hàn bằng thử nghiệm ASTM G48 trong quá trình đánh giá quy trình.

Việc xác nhận quy trình hàn cho Hastelloy C-276 theo ASME Phần IX đòi hỏi nhiều hơn các bài kiểm tra cơ học tiêu chuẩn (độ bền kéo, uốn cong, va đập). Đối với hợp kim niken được sử dụng trong dịch vụ ăn mòn, hồ sơ đánh giá quy trình (PQR) phải bao gồm phân tích hóa học của kim loại mối hàn để xác minh rằng hàm lượng Cr, Mo và Fe đáp ứng thông số kỹ thuật. Khuyến khích thử nghiệm ăn mòn bổ sung theo tiêu chuẩn ASTM G48.

ASME IX Procedure Qualification Requires Chemical Analysis and Corrosion Testing

Các biến thiết yếu của ASME IX cho C-276

Bàn. Các biến số cần thiết của ASME IX để đánh giá quy trình hàn C-276


Biến (QW-250)	Thay đổi Yêu cầu Chứng nhận lại	Tác động lên C-276	Yêu cầu kiểm tra	Tài liệu tham khảo ASME IX
Kim loại cơ bản (QW-403)	P-Không. 44 với P-Không khác.	Pha loãng làm thay đổi tính chất hóa học của kim loại mối hàn	Phân tích hóa học	QW-403.1, QW-424
Kim loại phụ (QW-404)	Đ-Không. hoặc F{2}}Không. thay đổi; thay đổi phân loại	Hóa học kim loại mối hàn	Phân tích hóa học	QW-404.5, QW-404.12
Quy trình hàn (QW-401)	Thay đổi quy trình (GTAW sang GMAW)	Nhiệt đầu vào, pha loãng	Cơ khí + hóa học	QW-253
Đầu vào nhiệt (QW-409)	Tăng > 10%	Sự phân chia, chống ăn mòn	Kiểm tra ăn mòn (khuyến nghị)	QW-409.1
Vị trí (QW-405)	Dọc-lên tới dọc-xuống	Thay đổi nhiệt lượng đầu vào	Kiểm tra cơ khí	QW-405.1
Khí hỗ trợ (QW-408)	Thay đổi hoặc loại bỏ	Quá trình oxy hóa gốc	Trực quan, hóa học	QW-408.5
Sau{0}}Xử lý nhiệt mối hàn (QW-407)	Bổ sung hoặc thay đổi	Có thể cần phải ủ dung dịch	Cơ khí, ăn mòn	QW-407.1

Nguồn: Mã nồi hơi và bình áp suất ASME Phần IX (2023) QW-250 'Các biến hàn'; QW-403 'Kim loại cơ bản'; QW-404 'Kim loại phụ'; QW-409 'Điện'; QW-424 'Nhóm kim loại cơ bản'; QW-442 'Phân loại số A'.

Các thử nghiệm bắt buộc đối với C-276 PQR

Bàn. Các bài kiểm tra bắt buộc đối với trình độ chuyên môn quy trình hàn C-276


Bài kiểm tra	Yêu cầu ASME IX	Yêu cầu cụ thể C-276	Tiêu chí chấp nhận	Phương pháp kiểm tra	Tính thường xuyên
Kiểm tra độ bền kéo	Bắt buộc (QW-150)	Như nhau	UTS Lớn hơn hoặc bằng 690 MPa	ASME IX QW-150	2 mẫu vật
Kiểm tra uốn cong	Bắt buộc (QW-160)	Như nhau	Không có vết nứt > 3 mm	ASME IX QW-160	gốc 2 mặt + 2
Kiểm tra tác động	Nếu thiết kế yêu cầu	Ở nhiệt độ thiết kế	Theo ASME VIII	ASME IX QW-170	3 mẫu vật
Phân tích hóa học	Khuyến nghị (không bắt buộc)	✓ BẮT BUỘC đối với C-276	Cr 14,5–16,5%, Mo 15–17%, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 7%	ASTM E1019, E1086	1 mỗi PQR
Kiểm tra ăn mòn (ASTM G48)	ASME IX không yêu cầu	✓ ĐƯỢC KHUYẾN NGHỊ MẠNH MẼ	CPT Lớn hơn hoặc bằng 75 độ, CCT Lớn hơn hoặc bằng 50 độ	Phương pháp C của ASTM G48	1 mỗi PQR
Kiểm tra độ cứng	Nếu thiết kế yêu cầu	Đối với dịch vụ chua (NACE MR0175)	Nhỏ hơn hoặc bằng 22 HRC (mối hàn + HAZ)	ASTM E10/E18	5 bài đọc cho mỗi vùng
Số Ferrite	Không áp dụng	Không áp dụng (austenit)	N/A	N/A	N/A

Nguồn: Mã nồi hơi và bình áp lực ASME Phần IX (2023) QW-150 'Thử nghiệm độ bền kéo'; QW-160 'Thử nghiệm uốn cong'; QW-170 'Thử nghiệm tác động'; ASTM E1019-18 'Xác định cacbon, lưu huỳnh, nitơ và oxy trong thép'; ASTM E1086-14 'Phân tích thép không gỉ Austenitic bằng phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử tia lửa'; ASTM G48-11(2020) 'Khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Yêu cầu phân tích hóa học

Phân tích hóa học kim loại mối hàn là thử nghiệm quan trọng nhất để đánh giá chất lượng quy trình C-276. Việc phân tích phải xác minh rằng kim loại mối hàn đáp ứng các yêu cầu sau:

Bàn. Tiêu chí chấp nhận phân tích hóa học kim loại hàn cho C-276


Yếu tố	Giới hạn đặc điểm kỹ thuật	Kim loại hàn điển hình	Quan trọng đối với	Phương pháp kiểm tra
Crom (Cr)	Lớn hơn hoặc bằng 14,5%	15–16%	Chống oxy hóa	OES, XRF, ICP
Molypden (Mo)	Lớn hơn hoặc bằng 15%	15.5–16.5%	Giảm khả năng kháng axit	OES, XRF, ICP
Vonfram (W)	Lớn hơn hoặc bằng 3,0%	3.2–3.8%	Kháng axit	OES, XRF, ICP
Sắt (Fe)	Nhỏ hơn hoặc bằng 7%	5–6%	Chỉ số pha loãng	OES, XRF, ICP
Cacbon (C)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,02%	0.005–0.015%	Lượng mưa cacbua	Phân tích quá trình đốt cháy
Silic (Si)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,20%	0.05–0.15%	Tính hàn	OES, XRF
Mangan (Mn)	Nhỏ hơn hoặc bằng 1,0%	0.3–0.6%	Khử oxy	OES, XRF

Nguồn: ASTM B575-22 'Đặc điểm kỹ thuật cho Niken và Niken-Tấm, tấm và dải hợp kim coban'; ASTM E1019-18 'Xác định cacbon, lưu huỳnh, nitơ và oxy'; ASTM E1086-14 'Phân tích thép không gỉ Austenitic bằng phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử tia lửa'; ASTM E1621-21 'Phân tích nguyên tố bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X phân tán bước sóng'.

Để chứng nhận quy trình hàn C-276, phân tích hóa học của kim loại mối hàn là bắt buộc để xác minh hàm lượng Mo, Cr và Fe. Thử nghiệm ăn mòn theo tiêu chuẩn ASTM G48 được khuyến khích thực hiện đối với dịch vụ ăn mòn quan trọng. Bao gồm các thử nghiệm này trong PQR và báo cáo thử nghiệm vật liệu.

Không giống như thép không gỉ austenit, Hastelloy C-276 không yêu cầu xử lý nhiệt sau hàn (PWHT) để khôi phục khả năng chống ăn mòn vì hàm lượng carbon thấp giúp loại bỏ hiện tượng nhạy cảm. Tuy nhiên, đối với môi trường ăn mòn nghiêm trọng hoặc khi cần có khả năng chống ăn mòn tối đa, có thể chỉ định ủ dung dịch ở nhiệt độ 1120–1170 độ sau đó làm lạnh nhanh.

Post-Weld Solution Annealing

Yêu cầu PWHT đối với C-276

Bàn. Đăng-Khuyến nghị xử lý nhiệt mối hàn cho Hastelloy C-276


Mức độ nghiêm trọng của dịch vụ	PWHT cần thiết?	Sự đối đãi	Lợi ích	Nhược điểm
Ăn mòn vừa phải (pH > 5)	KHÔNG	Không có	Tiết kiệm chi phí, không bị biến dạng	Khả năng chống ăn mòn thấp hơn một chút
Ăn mòn nghiêm trọng (axit khử)	Không bắt buộc	Dung dịch ủ 1120–1170 độ, làm nguội nước	Chống ăn mòn tối đa, vi cấu trúc đồng nhất	Rủi ro bóp méo, tăng thêm chi phí
Khí chua (H₂S)	KHÔNG	Không có (NACE MR0175 cho phép như-được hàn)	Tuân thủ mã	Không có
Ăn mòn cực độ (HF, HCl nóng)	Khuyến khích	Dung dịch ủ 1150 độ, làm nguội nhanh	Loại bỏ sự phân tách vi mô	Nguy cơ biến dạng, yêu cầu lò
Lớp phủ/màn hàn	KHÔNG	Không có hoặc giảm căng thẳng ở 650 độ (nếu cần)	Giảm căng thẳng dư	Có thể ảnh hưởng đến hóa học lớp phủ

Nguồn: Hướng dẫn kỹ thuật 'Xử lý nhiệt HASTELLOY® C-276' của Haynes International (2023); Mã nồi hơi và bình áp suất ASME Phần VIII Div. 1 (2023) UCS-56 'Các yêu cầu đối với xử lý nhiệt sau hàn'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Các thông số ủ giải pháp

Bàn. Các thông số ủ giải pháp cho Hastelloy C-276


tham số	Giá trị	Mục đích	Phê bình	Tiêu chuẩn
Nhiệt độ	1120–1170 độ	Đồng nhất vi cấu trúc	Có - phải vượt quá 1120 độ	Haynes, ASTM B575
Giữ thời gian	10–30 phút mỗi inch	Giải thể hoàn toàn	Có - không đủ thời gian=chưa hoàn thành	Haynes
Bầu không khí	Không khí hoặc khí trơ	Ngăn chặn quá trình oxy hóa	Có - không khí oxy hóa gây ra cặn	Haynes
Phương pháp làm mát	Làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng không khí nhanh chóng	Ngăn chặn lượng mưa	Có - làm mát chậm gây ra sự hình thành cacbua	Haynes, ASTM
Trì hoãn dập tắt	< 3 minutes	Tránh phạm vi lượng mưa	Có - 870–650 độ là rất quan trọng	Haynes

Nguồn: Hướng dẫn kỹ thuật 'Xử lý nhiệt HASTELLOY® C-276' của Haynes International (2023); ASTM B575-22 'Đặc điểm kỹ thuật cho tấm, tấm và dải hợp kim Niken và Niken-Coban'; Cẩm nang kỹ thuật 'Xử lý nhiệt hợp kim niken' của Kim loại đặc biệt (2023).

C-276 không yêu cầu PWHT cho hầu hết các ứng dụng. Đối với dịch vụ ăn mòn khắc nghiệt, chỉ định ủ dung dịch ở 1150 độ bằng cách làm nguội bằng nước. Không bao giờ làm nguội chậm trong phạm vi nhiệt độ 650–870 độ, vì điều này có thể gây ra sự kết tủa của các pha liên kim loại.

Kiểm soát chất lượng mối hàn C-276 vượt xa tiêu chuẩn NDE (UT, RT, PT). Vì khả năng chống ăn mòn phụ thuộc vào tính chất hóa học chính xác nên việc Xác định Vật liệu Tích cực (PMI) của kim loại mối hàn là bắt buộc. Đối với dịch vụ ăn mòn nghiêm trọng, thử nghiệm ăn mòn rỗ và kẽ hở theo tiêu chuẩn ASTM G48 phải được đưa vào quy trình đánh giá chất lượng.

Yêu cầu kiểm tra và thử nghiệm

Bàn. Kiểm tra kiểm soát chất lượng cho mối hàn Hastelloy C-276


Bài kiểm tra	Mục đích	Phương pháp	Tiêu chí chấp nhận	Tính thường xuyên	Tiêu chuẩn	Ghi chú
PMI (Hóa chất)	Kiểm tra hóa học kim loại mối hàn	XRF hoặc OES	Mo Lớn hơn hoặc bằng 15%, Cr Lớn hơn hoặc bằng 14,5%, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 7%	100% mối hàn sản xuất	ASTM E1621	Bắt buộc đối với C-276
UT (Siêu âm)	Phát hiện thiếu nhiệt hạch, xốp	Chùm tia góc	Theo ASME VIII UW-51 hoặc UW-52	Theo đặc điểm kỹ thuật thiết kế	Nghệ thuật ASME V. 4	NDE tiêu chuẩn
RT (X quang)	Phát hiện khuyết tật bên trong	tia X-hoặc gamma	Theo ASME VIII UW-51	Theo đặc điểm kỹ thuật thiết kế	Nghệ thuật ASME V. 2	NDE tiêu chuẩn
PT (Thẩm thấu)	Phát hiện vết nứt bề mặt	Thuốc nhuộm nhìn thấy được hoặc huỳnh quang	Không có chỉ thị tuyến tính > 1,5 mm	100% bề mặt mối hàn	Nghệ thuật ASME V. 6	NDE tiêu chuẩn
độ cứng	Xác minh tuân thủ NACE MR0175	Máy kiểm tra di động	Nhỏ hơn hoặc bằng 22 HRC (mối hàn + HAZ)	Mỗi NACE MR0175	ASTM E10/E18	Đối với dịch vụ chua
ASTM G48	Kiểm tra khả năng chống rỗ	Thử nghiệm clorua sắt	CPT >= 75℃, CCT >= 50℃	mỗi PQR	Phương pháp C của ASTM G48	Đối với dịch vụ ăn mòn quan trọng
Luyện kim	Xác minh vi cấu trúc	Mặt cắt ngang{0}}, khắc	Không có vết nứt, độ xốp hoặc sự phân tách quá mức	mỗi PQR	ASTM E3, E407	Đối với trình độ chuyên môn thủ tục

Nguồn: ASTM E1621-21 'Phân tích nguyên tố bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X phân tán bước sóng'; Bộ luật nồi hơi và bình chịu áp lực ASME Phần V (2023) Điều 2, 4, 6; ASME Phần VIII Div. 1 UW-51 'Kiểm tra bằng chụp X quang các mối hàn'; ASTM G48-11(2020) 'Khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Thử nghiệm ăn mòn ASTM G48 cho C-276

ASTM G48 là phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để đánh giá khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở. Đối với kim loại mối hàn C-276, phải thực hiện Phương pháp C (Nhiệt độ rỗ tới hạn, CPT) hoặc Phương pháp D (Nhiệt độ kẽ hở tới hạn, CCT) trong quá trình thẩm định quy trình.

Bàn. Tiêu chí chấp nhận thử nghiệm ăn mòn của ASTM G48 đối với kim loại hàn C-276


Phương pháp kiểm tra	Giải pháp thử nghiệm	Phạm vi nhiệt độ	Chấp nhận cho mối hàn C-276	Ghi chú
Phương pháp C (CPT)	6% FeCl₃ + 1% HCl	25–95 độ	CPT Lớn hơn hoặc bằng 75 độ	Cao hơn=tốt hơn; kim loại cơ bản CPT > 85 độ
Phương pháp D (CCT)	6% FeCl₃ + 1% HCl	25–85 độ	CCT Lớn hơn hoặc bằng 50 độ	Kẽ hở nghiêm trọng hơn; kim loại cơ bản CCT > 60 độ
Phương pháp A (Giảm cân)	6% FeCl₃, 72h ở 22 độ	Nhiệt độ cố định	Giảm cân Nhỏ hơn hoặc bằng 10 mg/cm2	Ít phân biệt đối xử hơn đối với C-276
Phương pháp B (Kẽ hở, Giảm cân)	6% FeCl₃, 72h ở 22 độ	Nhiệt độ cố định	Giảm cân Nhỏ hơn hoặc bằng 20 mg/cm2	Ít phân biệt đối xử hơn đối với C-276

Nguồn: ASTM G48-11(2020) 'Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về khả năng chống ăn mòn rỗ và kẽ hở của thép không gỉ và các hợp kim liên quan bằng cách sử dụng dung dịch clorua sắt'; Hướng dẫn kỹ thuật 'Thử nghiệm ăn mòn hợp kim HASTELLOY®' của Haynes International (2023).

Việc xác minh PMI về hóa học kim loại mối hàn (Mo, Cr, Fe) là bắt buộc đối với tất cả các mối hàn C-276. Đối với dịch vụ ăn mòn nghiêm trọng, hãy chỉ định thử nghiệm ASTM G48 trong phần đánh giá quy trình. Chấp nhận CPT Lớn hơn hoặc bằng 75 độ và CCT Lớn hơn hoặc bằng 50 độ là bằng chứng về khả năng chống ăn mòn kim loại mối hàn đầy đủ.

Hàn Hastelloy C-276 không khó nhưng cần chú ý đến ba yếu tố quan trọng: (1) sử dụng kim loại phụ ERNiCrMo-4 phù hợp, (2) kiểm soát nhiệt đầu vào dưới 1,5 kJ/mm để giảm thiểu sự phân tách và (3) xác minh thành phần hóa học kim loại mối hàn bằng PMI và khả năng chống ăn mòn bằng thử nghiệm ASTM G48. Khi đáp ứng được các yêu cầu này, mối hàn C-276 sẽ có khả năng chống ăn mòn tương đương với kim loại cơ bản.

Tóm tắt các khuyến nghị chính

Sử dụng kim loại phụ ERNiCrMo-4 (UNS N10276) để phù hợp với kim loại cơ bản C-276.
Kiểm soát nhiệt đầu vào dưới 1,5 kJ/mm đối với GTAW, 2,0 kJ/mm đối với GMAW.
Sử dụng khí bảo vệ argon tinh khiết (99,999%) cho GTAW; Ar + 2–5% Anh ấy cho GMAW.
Duy trì nhiệt độ giữa các đường ống dưới 175 độ.
Làm sạch kỹ kim loại nền bằng bàn chải dây thép không gỉ; tránh ô nhiễm.
Đạt tiêu chuẩn quy trình hàn theo ASME IX với phân tích hóa học của kim loại mối hàn.
Xác minh Mo Lớn hơn hoặc bằng 15%, Cr Lớn hơn hoặc bằng 14,5%, Fe Nhỏ hơn hoặc bằng 7% trong kim loại mối hàn bằng PMI hoặc phân tích trong phòng thí nghiệm.
Bao gồm thử nghiệm ăn mòn theo tiêu chuẩn ASTM G48 cho các ứng dụng ăn mòn quan trọng.
Việc ủ dung dịch là không cần thiết nhưng có thể được chỉ định cho dịch vụ ăn mòn khắc nghiệt.
Ghi lại tất cả các thử nghiệm và kết quả vào báo cáo thử nghiệm vật liệu (EN 10204 3.1 hoặc 3.2)