هاستيلوي C276 مقابل C22 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

هستيلوي C276 وهستيلوي C22 هما سبيكتان مقاومتان للتآكل تعتمد على النيكل وتستخدمان على نطاق واسع وغالبًا ما تظهران كخيارات متنافسة في معالجة المواد الكيميائية، ومراقبة التلوث، والأنظمة البحرية. يقوم المهندسون ومحترفو الشراء عادةً بموازنة أداء التآكل، واحتياجات التصنيع، وتكاليف دورة الحياة عند اتخاذ القرار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية الاختيار للبيئات العدوانية التي تحتوي على الكلوريد، والكيميائيات المؤكسدة/المختلطة، والخدمة في درجات الحرارة العالية، أو حيث تكون اللحام وقابلية التصنيع حاسمة.

التمييز الفني الرئيسي بين هذين السبيكتين هو استراتيجيات السبائك: يركز C276 على الموليبدينوم والتنجستن لمقاومة الهجوم المحلي في البيئات المختلطة والمختزلة، بينما يركز C22 على مستوى أعلى من الكروم (بالإضافة إلى الموليبدينوم) لتعزيز المقاومة في البيئات المؤكسدة ومجموعة أوسع من المواد المسببة للتآكل. نظرًا لأن كلاهما يعتمد على النيكل، فإن سلوكهما الميكانيكي مشابه، ولكن أداء التآكل واعتبارات التكلفة عادة ما تقود الاختيار.

1. المعايير والتسميات

• المواصفات والتسميات الشائعة:
• ASTM/ASME: غالبًا ما يتم الإشارة إليها عبر أرقام UNS — C276 (UNS N10276)، C‑22 (UNS N06022).
• EN / الأوروبية: أقل استخدامًا لهذه السبائك الخاصة؛ قد يتم إدراج المعادلات من قبل المورد.
• JIS / GB: ليست معادلات مباشرة؛ عادة ما يتم الحصول عليها وفقًا لمواصفات UNS/ASTM أو أوراق بيانات المورد.
• التصنيف:
• كلا من هستيلوي C276 وC22 هما سبائك مقاومة للتآكل تعتمد على النيكل (تجمع عادة مع سبائك مقاومة للتآكل بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي). هما ليسا فولاذ كربوني، أو فولاذ أدوات، أو درجات HSLA.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

يوضح الجدول التالي العناصر النموذجية التقريبية للسبائك وأدوارها. تختلف الحدود الدقيقة حسب المواصفة والمورد؛ استشر ورقة بيانات الشركة المصنعة للحصول على التركيبات المعتمدة.

العنصر	التركيب النموذجي (تقريبًا wt%) — C276	التركيب النموذجي (تقريبًا wt%) — C22
C	≤ 0.02 (منخفض جدًا)	≤ 0.02 (منخفض جدًا)
Mn	0.2–1.0 (أثر إلى منخفض)	0.2–1.0 (أثر إلى منخفض)
Si	≤ 0.08 (مزيل الأكسدة)	≤ 0.08 (مزيل الأكسدة)
P	≤ 0.03 (تحكم في الشوائب)	≤ 0.03 (تحكم في الشوائب)
S	≤ 0.015 (تحكم في الشوائب)	≤ 0.015 (تحكم في الشوائب)
Cr	~15–17 (متوسط)	~20–22 (أعلى)
Ni	الرصيد (~50–60)	الرصيد (~50–60)
Mo	~15–17 (مرتفع)	~12–14 (ملحوظ)
V	≤ 0.35 (صغير)	≤ 0.35 (صغير)
Nb	≤ 0.4 (صغير)	≤ 0.4 (صغير)
Ti	≤ 0.4 (صغير)	≤ 0.4 (صغير)
B	أثر	أثر
N	أثر (منخفض جدًا)	أثر (منخفض جدًا)
Fe	~4–7 (متبقي)	~3–6 (متبقي)
W (تنجستن)	حتى ~3 (يعزز مقاومة التآكل)	محدود إلى مستويات منخفضة أو غائب

ملاحظات حول استراتيجية السبائك: - النيكل: يشكل المصفوفة الأساسية، ويوفر مقاومة للتآكل والصلابة. - الكروم: يعزز التمرير والمقاومة للظروف المؤكسدة؛ يحتوي C22 على نسبة كروم أعلى لتوسيع مقاومة التآكل المؤكسدة. - الموليبدينوم والتنجستن: يعززان المقاومة للتآكل الناتج عن التآكل، وتآكل الشقوق، والتآكل في البيئات المختزلة؛ C276 أغنى في Mo (وقد يتضمن W) لتحسين الأداء في الكيميائيات التي تحتوي على الكلوريد والمختزلة. - الكربون المنخفض، والشوائب المتحكم فيها، والمثبتات الصغيرة (Nb، Ti) تستخدم لتقليل الحساسية وتحسين الاستقرار في درجات الحرارة العالية.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

البنية المجهرية: - كلا السبيكتين هما أوستنيتيان في حالة المحلول الصلب (مصفوفة النيكل مكعبة مركزية الوجه) مع التحكم في الكربيد/الترسيب عبر كربون منخفض وإضافات صغيرة من Nb/Ti حيثما كان ذلك ممكنًا. - لا يخضعان لتحولات مارتنسيتية نموذجية للفولاذ الكربوني؛ التغيرات المجهرية تأتي بشكل رئيسي من الكربيد أو الترسيبات بين المعدنيات التي يمكن أن تتشكل مع التعرض الحراري غير المناسب.

استجابة المعالجة الحرارية والمعالجة: - المعالجة النموذجية هي التلدين في المحلول (نقع في درجة حرارة عالية تليها تبريد سريع) لإذابة الترسيبات واستعادة مقاومة التآكل. على سبيل المثال، يحدد الموردون التلدين في المحلول في النطاق الأوستنيتي (استشر ورقة البيانات للحصول على درجات الحرارة الدقيقة). - لا يمكن معالجة أي من السبيكتين حراريًا لزيادة القوة بشكل كبير عن طريق تصلب الترسيب كما هو الحال في بعض سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ أو سبائك النيكل التي تتصلب بالتساقط. - يمكن أن يؤدي التعرض الطويل لدرجات حرارة متوسطة إلى إنتاج ترسيب كربيد/نيتريد أو مراحل بين معدنية تؤدي إلى تدهور مقاومة التآكل. استعادة التلدين في المحلول والتبريد المتحكم فيه تعيد تجانس المصفوفة. - يتم استخدام المعالجة الحرارية الميكانيكية (عمل بارد يتبعه تلدين في المحلول) لإنتاج صفائح، وألواح، وأنابيب بالخصائص الميكانيكية المطلوبة؛ يزيد العمل البارد بشكل كبير من القوة ولكنه قد يؤثر على مقاومة التآكل المحلية إذا لم يتم معالجته في المحلول.

4. الخصائص الميكانيكية

يتأثر الأداء الميكانيكي بشكل كبير بشكل المنتج (لوحة، ورقة، أنبوب)، العمل البارد، والتاريخ الحراري. يوفر الجدول التالي مقارنة نوعية مناسبة لاختيار التصميم؛ لاستخدام تصميم المشروع، استخدم بيانات المورد للقيم الرقمية الدقيقة حسب شكل المنتج.

الخاصية	C276	C22
قوة الشد	قابلة للمقارنة؛ كلاهما معتدل بالنسبة لسبائك النيكل (جيد لمعدات الضغط)	قابلة للمقارنة؛ نطاق الشد مشابه لـ C276
قوة الخضوع	مشابهة؛ لا يتم تصميم أي منهما لقوة خضوع عالية دون عمل بارد	مشابهة؛ اختلافات طفيفة حسب المنتج والمعالجة الحرارية
التمدد (المرونة)	مرونة جيدة (تسمح بالتشكيل/اللحام)	مرونة جيدة، قابلة للمقارنة مع C276
صلابة التأثير	جيدة في درجات الحرارة العادية والمنخفضة؛ تحتفظ بالصلابة بسبب مصفوفة النيكل	جيدة، قابلة للمقارنة مع C276
الصلابة	متوسطة؛ يمكن زيادتها عن طريق العمل البارد	متوسطة؛ سلوك مشابه

التفسير: - من الناحية الهندسية العملية، فإن C276 وC22 لهما خصائص ميكانيكية مشابهة بشكل عام. الاختلافات في القوة أو الصلابة عادة ما تكون صغيرة بالنسبة للتغيرات الناتجة عن شكل المنتج والعمل البارد. يتم اختيار كلا السبيكتين بشكل أساسي لمقاومة التآكل بدلاً من القوة الميكانيكية.

5. قابلية اللحام

تتركز اعتبارات قابلية اللحام على انخفاض محتوى الكربون، وقاعدة النيكل، وعناصر السبائك التي يمكن أن تعزز التشقق الساخن أو الحساسية.

• قابلية اللحام العامة: يعتبر كل من C276 وC22 قابلين للحام باستخدام المعادن المالئة المعتمدة على النيكل وإجراءات مناسبة. عادة لا يتطلب التسخين المسبق؛ يُوصى بتلدين المحلول بعد اللحام في التطبيقات الحرجة للتآكل لاستعادة مقاومة التآكل.
• الكربون وقابلية التصلب: يقلل محتوى الكربون المنخفض جدًا من خطر الحساسية والتشقق المرتبط بالتصلب.
• آثار الميكروسبائك: يمكن أن تشكل Nb وTi كربيدات/نيتريدات مستقرة؛ التحكم في المعدن المالئ ومدخل الحرارة يقلل من الترسيبات غير المرغوب فيها.

مؤشرات مفيدة للتفسير النوعي (لا تقييم رقمي هنا): - معادل الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - مؤشر وقائي $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير: - تشير هذه الصيغ إلى أنه على الرغم من أن النيكل نفسه يقلل من مخاوف "CE" بالنسبة للفولاذ، فإن وجود الكروم والموليبدينوم وNb يؤثر على مؤشرات قابلية اللحام. في الممارسة العملية، يمكن لحام كلا السبيكتين بسهولة باستخدام المعادن المالئة المعتمدة على النيكل؛ تُستخدم إجراءات مؤهلة ومعالجة حرارية بعد اللحام للتصنيع الحرج للتآكل.

6. التآكل وحماية السطح

• قابلية تطبيق PREN: يُستخدم رقم مقاومة التآكل المكافئ (PREN) على نطاق واسع للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ويمكن أن يكون مؤشرًا للسبائك النيكل في تقييم الميل للتآكل: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ومع ذلك، تم تطوير PREN للفولاذ المقاوم للصدأ Cr–Mo–N وهو مجرد مؤشر تقريبي للسبائك المعتمدة على النيكل؛ يُفضل الاختبار المباشر للتآكل.

سلوك التآكل — مقارنة عملية: - C276: مصمم لمقاومة التآكل الناتج عن التآكل، وتآكل الشقوق، والتشقق الناتج عن الضغط في البيئات المختزلة والمختلطة المؤكسدة مع الكلوريدات وأنواع الكبريت. يعزز Mo العالي (وW حيثما كان موجودًا) المقاومة في الكيميائيات المحلية والمختزلة. - C22: يوفر محتوى الكروم الأعلى تمريرًا قويًا ومقاومة متفوقة للظروف المؤكسدة (مثل بيئات حمض النيتريك) مع الحفاظ على مقاومة قوية لمجموعة واسعة من الأحماض غير المؤكسدة بسبب محتوى Mo الكبير. غالبًا ما يُفضل C22 حيث توجد عوامل مؤكسدة بجانب الأنواع المختزلة.

حماية السطح: - بالنسبة للفولاذ الكربوني، يمكن النظر في الجلفنة، أو الطلاء، أو الطلاءات. بالنسبة لـ C276 وC22 (كلاهما سبائك مقاومة للتآكل)، تكون الطلاءات عمومًا غير ضرورية ما لم تكن هناك مخاوف محددة من التآكل، أو التلوث، أو التآكل. يمكن تطبيق التلميع الميكانيكي أو الكيميائي، أو التمرير، أو الحماية الكاثودية حسب الخدمة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• قابلية التشغيل: تعتبر سبائك النيكل عمومًا أكثر صعوبة في التشغيل من الفولاذ الكربوني؛ فهي تتصلب ولها موصلية حرارية أقل. تتمتع C276 وC22 بخصائص تشغيل مشابهة؛ يتطلب الأمر اختيار أدوات بعناية، وسرعات، وتغذية، وتبريد، وكسر الرقائق.
• قابلية التشكيل: تسمح المرونة الجيدة بعمليات الانحناء والسحب. حيثما تتطلب أشعة انحناء ضيقة أو تشكيل واسع، يمكن استخدام التلدين الوسيط لاستعادة المرونة.
• التشطيب: من الممكن الحصول على تشطيب سطحي وتلميع؛ كلاهما يستجيب جيدًا للتنظيف الكيميائي والتلميع الكهربائي إذا لزم الأمر للتحكم في التآكل.

8. التطبيقات النموذجية

هستيلوي C276 (الاستخدامات النموذجية)	هستيلوي C22 (الاستخدامات النموذجية)
معدات معالجة المواد الكيميائية التي تتعامل مع الأحماض المحتوية على الكلوريد والمختزلة، مكونات إزالة الكبريت من غاز العادم (FGD)، الصمامات والتجهيزات في البيئات المختلطة	معدات معالجة المواد الكيميائية المعرضة للأحماض المؤكسدة (مثل حمض النيتريك)، محطات تجريبية وأنظمة تنظيف مع مؤكسدات مختلطة، موصلات عالية الموثوقية في بيئات قاسية
أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي مع كيميائيات مختلطة	تطبيقات تتطلب تمريرًا قويًا في الدورات المؤكسدة والمختزلة
مبادلات حرارية وأنابيب تتعامل مع المحاليل الملحية والأحماض العضوية	أوعية وأنابيب حيث قد تحدث هجمات مؤكسدة ومختزلة معًا وحيث يوفر الكروم العالي ميزة

مبررات الاختيار: - اختر C276 حيث يكون الهجوم المحلي من الكلوريدات أو العوامل المختزلة هو القلق الرئيسي؛ محتواه الأعلى من Mo/W هو ميزة. - اختر C22 حيث توجد ظروف مؤكسدة أو بيئات دورية مؤكسدة/مختزلة وحيث يوفر الكروم الأعلى تمريرًا أكثر قوة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: كلا السبيكتين هما سبائك نيكل متميزة وتكلفتهما أعلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ الشائع. في العديد من الأسواق، يمكن أن يكون سعر C22 أعلى قليلاً من C276 بسبب التركيب وأنماط الطلب، ولكن تقلبات السوق تؤثر على التسعير. تختلف الفروق في التكلفة حسب المشروع.
• التوافر: يتم إنتاج كلاهما من قبل كبار موردي السبائك الخاصة ومتاحة في أشكال المنتجات الشائعة (لوحة، ورقة، أنبوب، أنبوب، قضيب، سبائك، معدن ملحوم). تختلف أوقات التسليم حسب الشكل والحجم وطلب السوق. تتوفر أيضًا المواد الاستهلاكية المصنعة (أعمدة ملء، أقطاب).

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

الخاصية	هستيلوي C276	هستيلوي C22
قابلية اللحام	جيدة جدًا مع المعادن المالئة المعتمدة على النيكل؛ مشابهة لـ C22	جيدة جدًا مع المعادن المالئة المعتمدة على النيكل؛ مشابهة لـ C276
القوة–الصلابة	قوة متوسطة؛ صلابة ومرونة جيدة	قوة وصلابة قابلة للمقارنة
مقاومة التآكل (محلية/مختزلة)	ممتازة (Mo/W أعلى)	جيدة جدًا (Mo أقل قليلاً من C276)
مقاومة التآكل (مؤكسدة/سلبية)	جيدة جدًا	ممتازة (كروم أعلى)
التكلفة (نسبية)	مرتفعة (سبيكة متميزة)	مرتفعة (غالبًا ما تكون قابلة للمقارنة أو أعلى قليلاً)

التوصية (إرشادات عملية): - اختر هستيلوي C276 إذا كنت بحاجة إلى أفضل مقاومة شاملة للتآكل المحلي، وهجوم الشقوق، والبيئات المختزلة أو المختلطة حيث توجد الكلوريدات وأنواع الكبريت. غالبًا ما يتم تحديد C276 لإزالة الكبريت من غاز العادم، وتيارات العمليات المحتوية على الكلوريد، والواجبات العامة حيث يكون التآكل المحلي هو الخطر الرئيسي. - اختر هستيلوي C22 إذا كانت عمليتك تشمل مؤكسدات قوية، أو ظروف مؤكسدة/مختزلة دورية، أو كنت بحاجة إلى تمرير قوي بشكل خاص في وجود الأحماض المؤكسدة. يمنح محتوى الكروم الأعلى في C22 ميزة في البيئات المؤكسدة وفي التطبيقات التي يتم فيها مواجهة الكيميائيات المؤكسدة والمختزلة بشكل متقطع.

ملاحظة نهائية: لأي قرار حرج في الشراء أو التصميم، اطلب أوراق بيانات الشركة المصنعة الحالية، وبيانات اختبار التآكل للخدمة المحددة، وإجراءات اللحام/التصنيع المؤهلة. يعتمد أداء التآكل على التطبيق؛ الاختبار في المختبر والميدان في وسائط العملية الفعلية هو الدليل الأكثر موثوقية.