Nikkellegeringen
Zuiver nikkel is een metaal dat zeer goed vervormbaar is omdat het tot aan het smeltpunt beschikt over een kristalstructuur dat kubisch vlakken gecentreerd is. Dat betekent een optimaal aantal glijvlakken waardoor het bijzonder ductiel is. Nikkel biedt een goede corrosieweerstand in vele watertypen en in onbeluchte niet-oxiderende zuren. Tevens is het uitstekend bestand tegen sterke basische oplossingen. Nikkel biedt dan als metaal een goede algemene weerstand tegen corrosie en vormt daardoor een goede basis voor de ontwikkeling van hoogwaardige nikkellegeringen. Nikkel wordt vooral als legeringselement toegevoegd aan roestvast staal om een austenitische structuur te verkrijgen en om het meer corrosiebestendig te maken.
Nikkel en nikkellegeringen zijn gemakkelijk te lassen en er zijn voor de meeste legeringstypen geschikte laselektrodes en lasdraad beschikbaar.
Nikkellegeringen variëren in samenstelling van technisch zuiver nikkel tot complexe legeringen die tal van legeringselementen kunnen bevatten. Er wordt vaak onderscheid gemaakt tussen legeringen die hoofdzakelijk worden gebruikt om hun sterkte bij hoge temperaturen en typen waarbij het primair gaat om een hoge corrosieweerstand bij lagere temperaturen. Men noemt beide typen ook wel superlegeringen.
Enige interessante voordelen van nikkellegeringen zijn de volgende:
- Binnen een legeringsgroep kan worden beschikt over een breed scala aan fysische en mechanische eigenschappen
- De KVG microstructuur zorgt ervoor dat er geen verbrossing ontstaat bij verlaging van de temperatuur
- Uitstekend sterktebehoud tot 70% van het smeltpunt
- Hoge weerstand tegen corrosie van de volgende legeringen Ni/Cu, Ni/Mo, Ni/Mo/Cr en Ni/Mo/Cr/Cu. Hoge weerstand tegen oxidatie tot 1100°C van Ni/Cr legeringen door toevoeging van aluminium, silicium en zeldzame aardmetalen. Verder zijn al deze legeringen tot cryogene temperaturen sterk en taai
- Er kunnen speciale legeringen worden bereid met een zeer lage uitzettingscoëfficiënt (Invar) en een nagenoeg constante elasticiteitsmodulus
Enige nadelen van nikkellegeringen:
- Nikkellegeringen zijn duur vanwege het relatief dure basismetaal, alsmede door de vaak prijzige legeringselementen
- Alle legeringen vertonen een sterke neiging tot deformatieharding en zijn derhalve moeilijk te bewerken zonder tussentijds zacht gloeien. Om de legeringen in sterkte te doen toenemen d.m.v. uitscheidingsharding c.q. verouderingsharding zijn er speciale warmtebehandelingen noodzakelijk
- Geringe weerstand tegen zuren die oxiderende verontreinigingen bevatten en tegen bepaalde hete gassen
- Sulfiderende atmosferen tasten de legeringen snel aan, vooral bij temperaturen in het gebied van 750-1000°C
- Er moet silicium worden toegevoegd om de gietbaarheid van deze legeringen te verbeteren, hetgeen gepaard gaat met verlies aan vervormbaarheid
- Het hoge sterkteniveau bij verhoogde temperaturen leidt tot moeilijkheden bij warm vervormen. Derhalve moet er vaak gebruik worden gemaakt van giet- of smeedstukken
- De legeringen zijn zeer gevoelig voor verontreinigingen, alsmede de mate van deformatieharding, die beide gepaard gaan met verlies aan ductiliteit. Dit is slechts gedeeltelijk te herstellen door middel van een warmtebehandeling
Nikkel en nikkellegeringen worden voornamelijk in de chemische apparatenbouw gebruikt, wanneer hoge eisen aan de weerstand tegen corrosie en/of aan de hittebestendigheid worden gesteld. Het smeltpunt van nikkel ligt in de buurt van dat van staal.
Hoewel nagenoeg alle nikkellegeringen goed lasbaar zijn, zijn er een tweetal mogelijkheden die tot lasfouten kunnen leiden:
- De geringste aanwezigheid van zwavel kan aanleiding zijn tot het optreden van warmscheuren. Het warmscheuren wordt bevorderd door de aanwezigheid van silicium, vooral bij legeringen op basis van nikkelkoper en nikkelchroom
- Er kan poreusheid ontstaan door gasopname; dit wordt veroorzaakt door zuurstof, stikstof en vooral waterstof. Het kan echter worden voorkomen door het afdoende reinigen van het werkstuk en met het gebruik van een juiste gasbescherming
Bij het lassen van nikkel en zijn legeringen moet de openingshoek van V-naden groter worden gekozen dan bij het lassen van staal, want het smeltbad is nogal viskeus. Nikkel en nikkellegeringen worden vooral met het TIG-proces gelast. Dit geschiedt dan met gelijkstroom waarbij de elektrode de negatieve pool is. Er moet dus voor een zeer goede gasbescherming worden gezorgd dat zeer zuiver en droog dient te zijn. Indien mogelijk, wordt er bij voorkeur altijd met backinggas gewerkt. Eventueel toevoegmateriaal heeft in de regel dezelfde samenstelling als het werkstuk.
Nikkellegeringen zijn leverbaar in alle gangbare halffabricaten zoals plaat, staf, draad, folie, plaat, band, fittingen, pijpen, flenzen en buis. Tal van producten zijn ook in gegoten of gesmede vorm leverbaar.
Verkrijgbare nickel alloys:
Alloy 20, 800H/AT, Alloy 105, Alloy 20, Alloy 200/201, Alloy 22, Alloy 230, Alloy 36, Alloy 400, Alloy 600, Alloy 601, Alloy 617, Alloy 625, Alloy 718, Alloy 718 API, Alloy 725, Alloy 75, Alloy 80A, Alloy 825, Alloy 86, Alloy 90, Alloy B2, Alloy B3, Alloy C263, Alloy C276, Alloy K500, Alloy PE11, Alloy PE16, Alloy PK33, Alloy X, Alloy X-750, RA330®, RA333®, 602 CA®, Rene 41, WASPALOY®
Hastelloy® - Alloy
Hastelloy® is een handelsmerk van Haynes International voor een familie van legeringen, waaronder C276 en C22. Andere fabrieken kunnen het woord "Hastelloy®" niet gebruiken en hebben hun eigen naamgevingssysteem. C22 is ook een geregistreerde handelsnaam, daarom leveren andere producenten het materiaal als legering 22 oftewel alloy 22.
UNS systeem
Het universele systeem voor de legeringen is het Unified Numbering System (UNS) -nummer, waar bijvoorbeeld UNS N10276 staat voor de legering C276 en UNS N06022 staat voor de legering 22.
Certificaten
De door ons geleverde legeringen/alloys voldoen aan alle samenstellingseisen en kenmerken zoals gedefinieerd en gespecificeerd door ASTM- en ASME-specificaties. De legeringen worden dus altijd geleverd met fabriekscertificaten (3.1 of 3.2 conform EN10204) waarop deze ASTM- en ASME-specificaties gerapporteerd staan. PED certificering is ook mogelijk.
KENMERKEN VAN HASTELLOY® C, B en G-LEGERINGEN
De drie hoofdgroepen corrosiebestendige Hastelloy legeringen kan men indelen in de C, B en G typen. De C en G-typen worden primair in gezet in corrosieve oxiderende milieus en de B-typen bij voorkeur in sterk reducerende milieus. Dit soort legeringen vallen onder de groep ‘high performance alloys’ en worden ingezet zodra bijvoorbeeld roestvast staal of andere legeringen niet meer afdoende corrosietechnisch kunnen functioneren. In deze eerste blog over Hastelloy worden in het kort de kenmerkende verschillen weergegeven tussen de meest voorkomende C-typen.
Hastelloy C22 (EN 2.4602/N06022)
Deze hoogwaardige legering behoort tot de groep van de nikkel-chroom-molybdeen-wolfraam legeringen. De opmerkelijke corrosiebestendigheid blijkt zowel in oxiderende als in reducerende omstandigheden en dat ook bij verhoogde temperaturen. Deze legering biedt een hoge corrosieweerstand tegen natte agressieve media zoals bijvoorbeeld fosforzuur, salpeterzuur, chloorgas, zuurmengsels, zwavelzuur en tegen oxiderende zuren met chloorionen. In het geval van sterke oxiderende bestanddelen zoals ferri en cupro-ionen alsmede in azijnzuur, zeewater en andere zoutoplossingen is deze legering bijzonder aan te bevelen. Een opmerkelijk kenmerk van deze legering is de enorme bestendigheid tegen spleet-, put- en spanningscorrosie bij lage en hoge temperaturen in zowel oxiderende als reducerende omstandigheden. Dankzij de thermische stabiliteit is het materiaal probleemloos te gebruiken zonder een warmtebehandeling toe te passen na het lassen of na een andere thermische belasting. Toepassingen van deze nikkellegering zijn vooral te vinden in de milieutechniek zoals roerwerken, warmtewisselaars, compressoren, bekledingen, leidingen en sproeisystemen. Dit materiaal vindt vooral zijn weg in de chemische industrie en hierbij kan men denken aan de bereiding van chloorgas, chloorwaterstof en chloorbleekloog.
Hastelloy C276 (2.4819/UNS N10276)
Ook deze legering behoort tot de groep van de corrosiebestendige nikkel-chroom-molybdeen-wolfraam legeringen echter met specifieke kenmerken. De legering munt namelijk uit in een uitzonderlijke bestendigheid tegen spleet-, put- en spanningscorrosie in zowel oxiderende- als in reducerende milieus. Het materiaal biedt een goede corrosiebestendigheid tegen vele agressieve media en dat ook tegen sterke oxiderende milieus zoals ferri- en cuprochloride. Ook is de corrosiebestendigheid in hete zuren zeer goed te noemen; men kan dan denken aan bijvoorbeeld zwavelzuur, salpeterzuur, fosforzuur, droog chloor, mieren- en azijnzuur. Bovendien biedt de legering een goede bestendigheid tegen vochtig chloorgas, natriumhypochloriet en oplossingen van chloordioxide. Het nadeel van Hastelloy C276 t.o.v. de kwaliteiten C22 en C4 is dat deze legering niet zo thermisch stabiel is.
Daardoor kan vanwege zware thermische belastingen de 'neus' van de TTT kromme worden doorsneden zodat men weer oplossend moet gloeien teneinde de ongewenste chroomcarbiden weer kwijt te raken. Met de kwaliteiten C22 en C4 heeft men daar veel minder kans op. Het grote voordeel van de kwaliteit C276 is zijn goede ductiliteit en de opmerkelijke ongevoeligheid voor spleetcorrosie waardoor het materiaal zo bijzonder geschikt is om er platenkoelers van te maken. In de milieutechniek wordt deze legering regelmatig toegepast als onderdelen voor de vuilverbranders en rookgasreinigers. In de oliewinningsindustrie wordt het materiaal gebruikt waar het in contact komt met zure gassen in boorlocaties. Vooral in de chemie vindt dit materiaal veel toepassingen zoals warmtewisselaars, mengers, afsluiters, bekledingen en pijpleidingen. Dit vooral als men van doen heeft met de overgang van nat naar droge reagentia. Ook in de papierindustrie wordt het met succes toegepast en met name in bleekinstallaties.
Hastelloy C4 (EN 2.4610/UNS N06455)
Deze hoogwaardige legering behoort tot de nikkel-chroom-molybdeen legeringen die een grote corrosiebestendigheid geniet en dat ook bij hoge temperaturen. Hoewel ook deze legering primair is ontwikkeld om toegepast te worden in een oxiderend milieu blijkt dat het materiaal zich ook uitstekend kan handhaven in vele reducerende reagentia. Voorbeelden zijn ondermeer hete verontreinigde reagentia zoals zwavelzuur, zoutzuur, droge chloor, mierenzuur, azijnzuur, chloor en chloorhoudende stoffen. De geringe neiging tot interkristallijne, spannings- en putcorrosie maakt de legering multifunctioneel in dergelijke milieus. Hastelloy C4 biedt vanwege zijn grote thermische stabiliteit bijzondere voordelen zoals het ongegloeid in gebruik nemen en dat zelfs na zeer langdurige en hoge thermische belastingen zoals dat het geval kan zijn bij het lassen van dikke plaat. Omdat deze legering destijds vooral voor de Duitse industrie is ontwikkeld, is deze legering hoofdzakelijk verkrijgbaar in Duitsland en Nederland.
In de milieutechniek wordt het materiaal gebruikt in apparaten waarin afvalwater wordt behandeld alsmede in indampers en kristallisatoren. Ook constructiedelen in vuilverbrandingsinstallaties en rookgasontzwavelingsunits zoals buissystemen, kleppen, absorbeerinstallaties, beluchtingspijpen, roerwerken en warmtewisselaars. In de chemie vindt het zijn weg in warmtewisselaars, pijpsystemen, armaturen, meetsondes en centrifuges. Ook onderdelen voor ontzuring installaties zoals tanks, buizen, warmtewisselaars, afsluiters en kleppen alsmede opslagunits voor allerlei zuren worden van deze legering gemaakt.
Hastelloy® C2000 (EN 2.4675/UNS N06200)
Dit betreft een veelzijdige legering op basis van nikkel, chroom en molybdeen. Er is enig koper aan dit materiaal toegevoegd waardoor het bijzonder goed bestand is tegen zwavelzuur. Het koper zal met de zwavelzuur enig kopersulfaat vormen aan het oppervlak waardoor het materiaal zichzelf inhibiteert. Het hoge chroomgehalte zorgt voor een maximale bestendigheid tegen oxiderende zuren die gecontamineerd zijn met ferri-ionen en opgeloste zuurstof. Ook presteert dit materiaal prima in reducerende omgevingen. Dankzij de chemische samenstelling biedt het materiaal een hogere weerstand tegen put- en spleetcorrosie dan de andere C-typen. Hastelloy C2000 is zowel koud als warm vervormbaar. Toepassingen zijn vooral te vinden in warmtewisselaars, reactoren en vele andere apparaten voor de chemische industrie.
Hastelloy B3 (EN 2.4600/UNS N10675)
Hastelloy B3 is een nikkel-molybdeen legering die primair toegepast wordt in corrosieve reducerende reagentia zoals zoutzuur, broomzuur en zwavelzuur. Ook presteert het materiaal goed in fluoride houdende reagentia. Deze superlegering is in de plaats gekomen van Hastelloy B2 en is beduidend thermisch stabieler dan zijn voorganger. Bovendien is het verwerken gemakkelijker geworden omdat ook de koudversteviging minder is dan de oude typen B en B2. Hastelloy B3 is behoorlijk ductiel en goed lasbaar. Het biedt tevens een hoge weerstand tegen spanningscorrosie in chloridenhoudende milieus. Het is verkrijgbaar in nagenoeg alle productvormen en de toepassingen vindt men vooral in de chemische industrie. Daarbij kan men vooral denken aan reactorvaten waarin zich reducerende corrosieve processen zich afspelen. Omdat het een relatief kostbare legering is wordt het veelal explosief geplateerd op koolstofstaal.
Hastelloy Hybrid-BC1 (UNS N10362)
Deze legering bezit een nog hogere weerstand tegen zoutzuur en zwavelzuur dan alle andere Hastelloy typen. Ook biedt de legering een hoge bestendigheid tegen oxiderende componenten. Daarom wordt deze legering een hybride legering genoemd. Wat verder in het oog springt, is de extreme bestendigheid tegen put- en spleetcorrosie. Deze legering vindt men vooral terug in de chemische en petrochemische industrie alsmede de farmaceutische sector. Men kan dan denken aan reactor vaten, warmtewisselaars, afsluiters, pompen en leidingsystemen. De legering kan toegepast worden tot een temperatuur van 430°C.
Hastelloy G30 (UNS N06030)
Dit betreft een verbeterde nikkel-chroom-ijzer legering die voorheen bekend stond als Hastelloy G3. Dankzij het hogere chroomgehalte en de aanwezigheid van kobalt en wolfraam biedt de legering een zeer hoge bestendigheid tegen o.a. fosfor- en salpeterzuur alsmede zwavelzuur. Dankzij de aanwezigheid van enig molybdeen en koper is deze nikkellegering ook geschikt om in reducerende milieus toe te passen. Omdat de legering thermisch zeer stabiel is kan men het toepassen na het lassen zonder te gloeien. Het materiaal is goed deformeerbaar en het is wat stugger dan de meeste austenitische kwaliteiten. Het lassen is te vergelijken met het lassen van de overige hoogwaardige nikkellegeringen. Deze legering met succes toegepast in de bereiding van kunstmest en in gasscrubbers. Het biedt een veel grotere weerstand tegen chloridespanningscorrosie dan alle austenitische roestvast staaltypen.
Hastelloy G-35 (UNS N06035)
Dit is een nieuwe variant die ontwikkeld is als de speciale “kunstmestvariant” omdat het bijzonder goed bestand is tegen fosforzuur dat vooral nodig is voor de kunstmestbereiding. Vooral is dat het geval als er ook chloriden in het spel zijn wat nog wel eens kan voorkomen in verdampers. G35 is beduidend minder gevoelig voor spanningscorrosie dan austenitische roestvast staalsoorten. Dankzij het hogere chroomgehalte is de bestendigheid tegen andere oxiderende milieus prima en voorbeelden zijn salpeterzuur en mengsels daarvan. Dankzij de aanwezigheid van molybdeen is de legering ook goed toepasbaar in reducerende belastingen. Ook presteert het materiaal goed in heet natriumhydroxide. Hastelloy G-35 is beschikbaar in alle productvormen en ook als beklede elektroden. .
Hoewel er over nikkellegeringen uiteraard nog meer te vermelden is, moet men toch in het kader van deze twee blogs de beperking aanvaarden dat de informatie niet verder gaat dan dat deze is gegaan. De bedoeling is dan ook om met bovenstaande informatie voldoende inzicht te verstrekken om het toepassen van nikkellegeringen op die plaatsen te overwegen waar men tot nu toe met legeringen heeft gewerkt waar de corrosieprestaties duidelijk geringer van waren.
Ook zijn er o.a. isocorrosiecurven en tabellen beschikbaar waar de corrosiebestendigheid van vele nikkel¬legeringen als functie van de temperatuur en concentra¬tie van diverse reagentia staan afgebeeld. Daarnaast zijn er uitgebreide corrosietabellen toegankelijk waar de prestaties van diverse nikkellegeringen worden weergegeven en dat veelal in vergelij-king met roestvast staal. Ook kan men digitaal de nodige relevante informatie verzamelen en zijn er corrosieprogramma’s op de markt om technici verder te helpen een juiste materiaalkeuze te maken.
*) Hastelloy is een geregistreerd handelsmerk van Haynes International USA