ハステロイ C276 対 C22 – 成分、熱処理、特性、および用途
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はじめに
ハステロイC276およびハステロイC22は、化学処理、公害制御、オフショアシステムで競合する選択肢としてしばしば登場する、広く使用されているニッケルベースの耐食合金です。エンジニアや調達専門家は、これらの合金の選択時に、耐食性能、製造ニーズ、ライフサイクルコストをバランスさせることが一般的です。典型的な決定の文脈には、攻撃的な塩素を含む環境、混合酸化/還元化学、高温サービス、または溶接と加工性が重要な場合の選択が含まれます。
これらの合金の主な技術的な違いは、合金化戦略にあります：C276は、還元および混合環境での局所的な攻撃に抵抗するためにモリブデンとタングステンを強調し、C22は、酸化およびより広範な腐食物質に対する抵抗を強化するために、より高いクロムレベル（モリブデンと組み合わせて）を強調しています。両方ともニッケルベースであるため、機械的挙動は似ていますが、耐食性能とコストの考慮が通常、選択を促進します。
1. 規格と指定
- 一般的な仕様と指定：
- ASTM/ASME：UNS番号を介して参照されることが多い — C276（UNS N10276）、C-22（UNS N06022）。
- EN / ヨーロッパ：これらの専用合金にはあまり使用されず、供給者によって同等品がリストされることがあります。
- JIS / GB：直接の1対1の同等物ではなく、通常はUNS/ASTMまたはベンダーデータシートに基づいて調達されます。
- 分類：
- ハステロイC276およびC22は、ニッケルベースの耐食合金（一般的には従来のステンレス鋼ではなく、耐食合金にグループ化される）です。これらは炭素鋼、工具鋼、またはHSLAグレードではありません。
2. 化学組成と合金化戦略
以下の表は、代表的な典型的合金元素とその役割を示しています。正確な限界は仕様や供給者によって異なるため、認定された組成については製造業者のデータシートを参照してください。
| 元素 | 典型的な組成（約wt%） — C276 | 典型的な組成（約wt%） — C22 |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.02（非常に低い） | ≤ 0.02（非常に低い） |
| Mn | 0.2–1.0（微量から低い） | 0.2–1.0（微量から低い） |
| Si | ≤ 0.08（脱酸剤） | ≤ 0.08（脱酸剤） |
| P | ≤ 0.03（不純物制御） | ≤ 0.03（不純物制御） |
| S | ≤ 0.015（不純物制御） | ≤ 0.015（不純物制御） |
| Cr | ~15–17（中程度） | ~20–22（高い） |
| Ni | バランス（約50–60） | バランス（約50–60） |
| Mo | ~15–17（高い） | ~12–14（相当） |
| V | ≤ 0.35（微量） | ≤ 0.35（微量） |
| Nb | ≤ 0.4（微量） | ≤ 0.4（微量） |
| Ti | ≤ 0.4（微量） | ≤ 0.4（微量） |
| B | 微量 | 微量 |
| N | 微量（非常に低い） | 微量（非常に低い） |
| Fe | ~4–7（残留） | ~3–6（残留） |
| W（タングステン） | 最大~3（ピッティング抵抗を強化） | 低レベルに制限されるか、存在しない |
合金化戦略に関する注意事項： - ニッケル：主なマトリックス形成剤で、耐食性と靭性を提供します。 - クロム：パッシベーションを促進し、酸化条件に対する抵抗を強化します。C22は、酸化腐食抵抗を広げるためにより高いクロム分率を持っています。 - モリブデンとタングステン：ピッティング、クレバス腐食、および還元環境での腐食に対する抵抗を強化します。C276はMo（およびWを含む場合がある）を豊富に含み、塩素を含む還元化学での性能を向上させます。 - 低炭素、制御された不純物、および微量の安定剤（Nb、Ti）が使用され、感作を最小限に抑え、高温安定性を向上させます。
3. 微細構造と熱処理応答
微細構造： - 両方の合金は固体溶液オーステナイト（面心立方ニッケルマトリックス）であり、低炭素とNb/Tiの少量添加による炭化物/沈殿物の制御が行われています。 - これらは炭素鋼に典型的なマルテンサイト変態を経ません。微細構造の変動は、主に不適切な熱暴露によって形成される炭化物または金属間化合物の沈殿物によるものです。
熱処理および加工応答： - 典型的な加工は、沈殿物を溶解し、耐食性を回復するためのソリューションアニーリング（高温浸漬後の急冷）です。たとえば、供給者はオーステナイト範囲でのソリューションアニーリングを指定しています（正確な温度についてはデータシートを参照してください）。 - どちらの合金も、いくつかのステンレス鋼や沈殿硬化ニッケル合金のように、沈殿硬化によって強度を大幅に増加させるために熱処理可能ではありません。 - 中間温度への長時間の曝露は、炭化物/窒化物の沈殿や金属間相を生成し、耐食性を低下させる可能性があります。適切なソリューションアニーリングと制御された冷却により、マトリックスの均一性が回復されます。 - 熱機械加工（冷間加工後のソリューションアニーリング）は、所望の機械的特性を持つシート、プレート、およびチューブを製造するために使用されます。重要な冷間加工は強度を増加させますが、ソリューション処理されない場合、局所的な腐食抵抗に影響を与える可能性があります。
4. 機械的特性
機械的性能は、製品形状（プレート、シート、パイプ）、冷間加工、および熱履歴の影響を受けます。以下の表は、設計選択に適した定性的な比較を提供します。プロジェクト設計には、製品形状ごとの正確な数値を供給者データを使用してください。
| 特性 | C276 | C22 |
|---|---|---|
| 引張強度 | 比較可能；両方ともニッケル合金としては中程度（圧力機器に適している） | 比較可能；C276と同様の引張範囲 |
| 降伏強度 | 類似；どちらも冷間加工なしでは高い降伏強度を持つようには設計されていない | 類似；製品および熱処理によるわずかな変動 |
| 伸び（延性） | 良好な延性（成形/溶接を許可） | 良好な延性、C276と同等 |
| 衝撃靭性 | 常温および低温で良好；ニッケルマトリックスにより靭性を保持 | 良好、C276と同等 |
| 硬度 | 中程度；冷間加工により増加可能 | 中程度；同様の挙動 |
解釈： - 実際のエンジニアリングの観点から、C276とC22は広く似た機械的特性を持っています。強度や靭性の違いは、通常、製品形状や冷間加工からの変動に対して小さいです。両方の合金は、機械的強度よりも耐食性のために主に選択されます。
5. 溶接性
溶接性の考慮事項は、低炭素含有量、ニッケルベース、および熱亀裂や感作を促進する可能性のある合金元素に焦点を当てています。
- 一般的な溶接性：C276およびC22は、標準のニッケルベースのフィラー金属および適切な手順で溶接可能と見なされています。予熱は一般的に必要ありません；溶接後のソリューションアニーリングは、耐食性を回復するために重要な腐食用途で推奨されます。
- 炭素および硬化性：非常に低い炭素含有量は、感作および硬化に関連する亀裂のリスクを低下させます。
- 微量合金効果：NbおよびTiは安定した炭化物/窒化物を形成する可能性があります；フィラー金属および熱入力の制御により、望ましくない沈殿物を最小限に抑えます。
定性的解釈のための有用な指標（数値評価はありません）： - IIW炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 予防指標 $P_{cm}$： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
解釈： - これらの式は、Ni自体が鋼に対する「CE」懸念を軽減する一方で、Cr、Mo、およびNbの存在が溶接性指標に影響を与えることを示しています。実際には、両方の合金は推奨されるニッケルベースのフィラー金属で容易に溶接されます；資格のある手順と溶接後の熱処理が腐食に重要な製造に使用されます。
6. 腐食と表面保護
- PRENの適用性：ピッティング抵抗等価数（PREN）は、オーステナイト系ステンレス鋼に広く使用され、ニッケル合金のピッティング傾向を評価する指標となることがあります： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ただし、PRENはCr–Mo–Nステンレス鋼のために開発されており、ニッケルベースの合金に対しては粗い指標に過ぎません；直接的な腐食試験が推奨されます。
腐食挙動 — 実用的な比較： - C276：塩素および硫黄種を含む還元および混合酸化/還元環境におけるピッティング、クレバス腐食、および応力腐食割れに抵抗するように設計されています。高Mo（および存在する場合はW）は、局所的および還元化学での抵抗を強化します。 - C22：より高いクロム含有量は、酸化条件（例：硝酸環境）に対する強力なパッシベーションと優れた抵抗を提供し、重要なMo含有量により、広範な非酸化酸に対しても強い抵抗を維持します。C22は、酸化剤が還元種と共に存在する場合に好まれることが多いです。
表面保護： - 炭素鋼の場合、亜鉛メッキ、塗装、またはコーティングを考慮します。C276およびC22（両方とも耐食合金）については、特定の摩耗、汚れ、または摩耗の懸念がない限り、コーティングは一般的に不要です。サービスに応じて、機械的または化学的な研磨、パッシベーション、または陰極保護が適用される場合があります。
7. 製造、加工性、および成形性
- 加工性：ニッケルベースの合金は一般的に炭素鋼よりも加工が難しいです；作業硬化し、熱伝導率が低いです。C276およびC22は、類似の加工性特性を持ち、慎重な工具選択、速度、送り、冷却、およびチップ破砕が必要です。
- 成形性：良好な延性により、曲げおよび引き抜き操作が可能です。厳しい曲げ半径や広範な成形が必要な場合は、中間ソリューションアニーリングを使用して延性を回復することがあります。
- 仕上げ：表面仕上げおよび研磨は実行可能；腐食制御が必要な場合、化学洗浄および電解研磨に良好に反応します。
8. 典型的な用途
| ハステロイC276（典型的な用途） | ハステロイC22（典型的な用途） |
|---|---|
| 塩素を含む酸および還元酸を扱う化学プロセス機器、フルガス脱硫（FGD）コンポーネント、混合環境でのバルブおよびフィッティング | 酸化酸（例：硝酸）にさらされる化学プロセス機器、混合酸化剤を使用したパイロットプラントおよびスクラビングシステム、過酷な環境での高信頼性コネクタ |
| 混合化学を持つ廃水処理システム | 酸化および還元サイクルで強力なパッシベーションを必要とする用途 |
| 塩水および有機酸を扱う熱交換器および配管 | 酸化および還元攻撃が同時に発生する可能性がある容器および配管、高いCrが利点を提供する場合 |
選択の理由： - 塩素または還元剤からの局所的な攻撃が主な懸念である場合はC276を選択してください；その高いMo/W含有量が有利です。 - 酸化条件またはサイクル酸化/還元環境が存在し、高いCrがより強力なパッシベーションを提供する場合はC22を選択してください。
9. コストと入手可能性
- 相対コスト：両方の合金はプレミアムニッケル合金であり、一般的なステンレス鋼よりもかなり高価です。多くの市場では、C22は組成と需要パターンによりC276よりもわずかに高くなることがありますが、市場の変動が価格に影響を与えます。コストの違いはプロジェクト固有です。
- 入手可能性：両方とも主要な特殊合金供給者によって生産され、一般的な製品形状（プレート、シート、パイプ、チューブ、バー、鍛造品、溶接フィラー）で入手可能です。リードタイムは形状、サイズ、および市場の需要によって異なります。製造された消耗品（フィラーロッド、電極）も商業的に入手可能です。
10. まとめと推奨
まとめ表（定性的）
| 特性 | ハステロイC276 | ハステロイC22 |
|---|---|---|
| 溶接性 | ニッケルベースのフィラーで非常に良好；C22と同様 | ニッケルベースのフィラーで非常に良好；C276と同様 |
| 強度–靭性 | 中程度の強度；良好な靭性と延性 | 比較可能な強度と靭性 |
| 耐食性（局所的/還元） | 優れた（高Mo/W） | 非常に良好（C276よりわずかに低いMo） |
| 耐食性（酸化/パッシブ） | 非常に良好 | 優れた（高いCr） |
| コスト（相対） | 高い（プレミアム合金） | 高い（しばしば同等またはわずかに高い） |
推奨（実用的なガイダンス）： - 局所的な腐食、クレバス攻撃、塩素および硫化物種が存在する還元または混合環境に対する最良の全体的抵抗が必要な場合は、ハステロイC276を選択してください。C276は、フルガス脱硫、塩素を含むプロセス流、局所的な腐食が主なリスクである一般的な用途に頻繁に指定されます。 - 強力な酸化剤、サイクル酸化/還元条件がプロセスに含まれる場合、または酸化酸の存在下で特に強力なパッシベーションが必要な場合は、ハステロイC22を選択してください。C22の高いクロム含有量は、酸化環境および酸化および還元化学が断続的に遭遇するアプリケーションでの優位性を提供します。
最終的な注意：重要な調達または設計の決定については、最新の製造業者データシート、特定のサービスに対する腐食試験データ、および資格のある溶接/製造手順を要求してください。腐食性能はアプリケーションに依存します；実際のプロセスメディアでの実験室および現場試験が最も信頼できるガイドです。