Hastelloy C276 vs C22 – Composição, Tratamento Térmico, Propriedades e Aplicações
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Introdução
Hastelloy C276 e Hastelloy C22 são duas ligas à base de níquel amplamente utilizadas e resistentes à corrosão que frequentemente aparecem como opções concorrentes em processamento químico, controle de poluição e sistemas offshore. Engenheiros e profissionais de compras geralmente equilibram o desempenho contra corrosão, necessidades de fabricação e custo de ciclo de vida ao decidir entre elas. Os contextos típicos de decisão incluem seleção para ambientes agressivos contendo cloretos, químicas mistas oxidantes/reduzentes, serviço em alta temperatura, ou onde soldagem e fabricabilidade são críticas.
A principal distinção técnica entre essas ligas é sua estratégia de liga: C276 enfatiza molibdênio e tungstênio para resistir a ataques localizados em ambientes redutores e mistos, enquanto C22 enfatiza um nível mais alto de cromo (combinado com molibdênio) para fortalecer a resistência em ambientes oxidantes e uma gama mais ampla de corrosivos. Como ambas são à base de níquel, seu comportamento mecânico é semelhante, mas o desempenho contra corrosão e considerações de custo geralmente determinam a escolha.
1. Normas e Designações
- Especificações e designações comuns:
- ASTM/ASME: Frequentemente referenciadas por números UNS — C276 (UNS N10276), C‑22 (UNS N06022).
- EN / Europeu: Menos comumente usadas para essas ligas proprietárias; equivalentes podem ser listados pelo fornecedor.
- JIS / GB: Não são equivalentes diretos um a um; tipicamente adquiridos de acordo com folhas de dados UNS/ASTM ou do fornecedor.
- Classificação:
- Tanto Hastelloy C276 quanto C22 são ligas à base de níquel resistentes à corrosão (comumente agrupadas com ligas resistentes à corrosão em vez de aços inoxidáveis tradicionais). Elas não são aços carbono, aços para ferramentas ou graus HSLA.
2. Composição Química e Estratégia de Liga
A tabela a seguir mostra elementos de liga típicos representativos e seus papéis. Os limites exatos variam de acordo com a especificação e o fornecedor; consulte a folha de dados do fabricante para composições certificadas.
| Elemento | Composição típica (aprox. % em peso) — C276 | Composição típica (aprox. % em peso) — C22 |
|---|---|---|
| C | ≤ 0.02 (muito baixo) | ≤ 0.02 (muito baixo) |
| Mn | 0.2–1.0 (traço a baixo) | 0.2–1.0 (traço a baixo) |
| Si | ≤ 0.08 (desoxidante) | ≤ 0.08 (desoxidante) |
| P | ≤ 0.03 (controle de impurezas) | ≤ 0.03 (controle de impurezas) |
| S | ≤ 0.015 (controle de impurezas) | ≤ 0.015 (controle de impurezas) |
| Cr | ~15–17 (moderado) | ~20–22 (mais alto) |
| Ni | Equilíbrio (~50–60) | Equilíbrio (~50–60) |
| Mo | ~15–17 (alto) | ~12–14 (substancial) |
| V | ≤ 0.35 (menor) | ≤ 0.35 (menor) |
| Nb | ≤ 0.4 (menor) | ≤ 0.4 (menor) |
| Ti | ≤ 0.4 (menor) | ≤ 0.4 (menor) |
| B | traço | traço |
| N | traço (muito baixo) | traço (muito baixo) |
| Fe | ~4–7 (residual) | ~3–6 (residual) |
| W (tungstênio) | até ~3 (aumenta a resistência à corrosão por picotamento) | limitado a baixos níveis ou ausente |
Notas sobre a estratégia de liga: - Níquel: formador de matriz primário, fornece resistência à corrosão e tenacidade. - Cromo: promove a passivação e resistência a condições oxidantes; C22 tem uma fração de cromo mais alta para ampliar a resistência à corrosão oxidante. - Molibdênio e tungstênio: fortalecem a resistência ao picotamento, corrosão em fendas e corrosão em ambientes redutores; C276 é mais rico em Mo (e pode incluir W) para melhorar o desempenho em químicas contendo cloretos e redutores. - Baixo carbono, impurezas controladas e estabilizadores menores (Nb, Ti) são usados para minimizar a sensibilização e melhorar a estabilidade em alta temperatura.
3. Microestrutura e Resposta ao Tratamento Térmico
Microestrutura: - Ambas as ligas são austeníticas de solução sólida (matriz cúbica de face centrada de níquel) com controle de carbonetos/precipitados através de baixo carbono e pequenas adições de Nb/Ti, quando aplicável. - Elas não sofrem transformações martensíticas típicas de aços carbono; as variações microestruturais são principalmente de carbonetos ou precipitados intermetálicos que podem se formar com exposição térmica inadequada.
Resposta ao tratamento térmico e processamento: - O processamento típico é o recozimento em solução (imersão em alta temperatura seguida de resfriamento rápido) para dissolver precipitados e restaurar a resistência à corrosão. Por exemplo, os fornecedores especificam recozimento em solução na faixa austenítica (consulte a folha de dados para temperaturas exatas). - Nenhuma das ligas é tratável termicamente para aumentar significativamente a resistência por endurecimento por precipitação da maneira que algumas ligas de níquel inoxidáveis ou de endurecimento por precipitação são. - Longa exposição a temperaturas intermediárias pode produzir precipitação de carbonetos/nitratos ou fases intermetálicas que degradam a resistência à corrosão. O recozimento em solução adequado e o resfriamento controlado restauram a homogeneidade da matriz. - O processamento termo-mecânico (trabalho a frio seguido de recozimento em solução) é usado para produzir chapas, placas e tubos com propriedades mecânicas desejadas; trabalho a frio significativo aumenta a resistência, mas pode afetar a resistência à corrosão localizada se não for tratado em solução.
4. Propriedades Mecânicas
O desempenho mecânico é influenciado pela forma do produto (placa, chapa, tubo), trabalho a frio e histórico térmico. A tabela a seguir fornece uma comparação qualitativa adequada para seleção de design; para design de projeto, use dados do fornecedor para valores numéricos exatos por forma de produto.
| Propriedade | C276 | C22 |
|---|---|---|
| Resistência à tração | Comparável; ambas moderadas para ligas de níquel (boas para equipamentos de pressão) | Comparável; faixa de tração semelhante à C276 |
| Resistência ao escoamento | Semelhante; nenhuma é projetada para alta resistência ao escoamento sem trabalho a frio | Semelhante; variações menores por produto e tratamento térmico |
| Alongamento (ductilidade) | Boa ductilidade (permite conformação/soldagem) | Boa ductilidade, comparável à C276 |
| Tenacidade ao impacto | Boa em temperaturas ambiente e baixas; mantém tenacidade devido à matriz de níquel | Boa, comparável à C276 |
| Dureza | Moderada; pode ser aumentada por trabalho a frio | Moderada; comportamento semelhante |
Interpretação: - Em termos práticos de engenharia, C276 e C22 têm propriedades mecânicas amplamente semelhantes. Diferenças em resistência ou tenacidade são tipicamente pequenas em relação à variabilidade da forma do produto e do trabalho a frio. Ambas as ligas são selecionadas principalmente por resistência à corrosão em vez de resistência mecânica.
5. Soldabilidade
Considerações sobre soldabilidade focam no baixo teor de carbono, base de níquel e elementos de liga que podem promover trincas a quente ou sensibilização.
- Soldabilidade geral: Tanto C276 quanto C22 são consideradas soldáveis com metais de adição à base de níquel e procedimentos apropriados. O pré-aquecimento geralmente não é necessário; o recozimento em solução pós-soldagem é recomendado em aplicações críticas de corrosão para recuperar a resistência à corrosão.
- Carbono e endurecibilidade: Teor de carbono muito baixo reduz o risco de sensibilização e trincas relacionadas ao endurecimento.
- Efeitos de microligação: Nb e Ti podem formar carbonetos/nitratos estáveis; o controle do metal de adição e da entrada de calor minimiza precipitados indesejáveis.
Índices úteis para interpretação qualitativa (sem avaliação numérica aqui): - Equivalente de carbono IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Índice preventivo $P_{cm}$: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Interpretação: - Essas fórmulas indicam que, embora o Ni em si reduza as preocupações com "CE" em relação aos aços, a presença de Cr, Mo e Nb influencia os índices de soldabilidade. Na prática, ambas as ligas soldam facilmente com metais de adição à base de níquel recomendados; procedimentos qualificados e tratamento térmico pós-soldagem são usados para fabricados críticos em corrosão.
6. Corrosão e Proteção de Superfície
- Aplicabilidade do PREN: O número equivalente de resistência ao picotamento (PREN) é amplamente utilizado para aços inoxidáveis austeníticos e pode ser indicativo para ligas de níquel na avaliação da propensão ao picotamento: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ No entanto, o PREN foi desenvolvido para aços inoxidáveis Cr–Mo–N e é apenas um indicador aproximado para ligas à base de níquel; testes diretos de corrosão são preferidos.
Comportamento de corrosão — comparação prática: - C276: Projetada para resistir a picotamento, corrosão em fendas e trincas por corrosão sob tensão em ambientes redutores e mistos oxidantes/reduzentes com cloretos e espécies de enxofre. Alto teor de Mo (e W onde presente) aumenta a resistência em químicas localizadas e redutoras. - C22: Teor de cromo mais alto proporciona passivação robusta e resistência superior a condições oxidantes (por exemplo, ambientes de ácido nítrico) enquanto mantém forte resistência a uma ampla gama de ácidos não oxidantes devido ao significativo teor de Mo. C22 é frequentemente preferida onde agentes oxidantes estão presentes ao lado de espécies redutoras.
Proteção de superfície: - Para aços carbono, consideraria galvanização, pintura ou revestimentos. Para C276 e C22 (ambas ligas de corrosão), revestimentos geralmente são desnecessários, a menos que existam preocupações específicas de desgaste, contaminação ou abrasão. Polimento mecânico ou químico, passivação ou proteção catódica podem ser aplicados dependendo do serviço.
7. Fabricação, Maquinabilidade e Conformabilidade
- Maquinabilidade: Ligas à base de níquel são geralmente mais difíceis de usinar do que aços carbono; elas endurecem ao trabalho e têm menor condutividade térmica. C276 e C22 têm características de maquinabilidade semelhantes; seleção cuidadosa de ferramentas, velocidades, avanços, refrigerantes e quebra de cavacos são necessárias.
- Conformabilidade: Boa ductilidade permite operações de dobra e estiramento. Onde raios de dobra apertados ou conformação extensa são necessários, recozimento em solução intermediário pode ser usado para restaurar a ductilidade.
- Acabamento: Acabamento de superfície e polimento são viáveis; ambas respondem bem à limpeza química e eletropolimento, se necessário para controle de corrosão.
8. Aplicações Típicas
| Hastelloy C276 (usos típicos) | Hastelloy C22 (usos típicos) |
|---|---|
| Equipamentos de processo químico manuseando ácidos redutores e contendo cloretos, componentes de desulfurização de gases de combustão (FGD), válvulas e conexões em ambientes mistos | Equipamentos de processo químico expostos a ácidos oxidantes (por exemplo, ácido nítrico), plantas piloto e sistemas de lavagem com oxidantes mistos, conectores de alta confiabilidade em ambientes severos |
| Sistemas de tratamento de águas residuais com químicas mistas | Aplicações que requerem forte passivação em ciclos oxidantes e redutores |
| Trocadores de calor e tubulações manuseando salmouras e ácidos orgânicos | Vasos e tubulações onde ataques combinados oxidantes e redutores podem ocorrer e onde alto Cr oferece vantagem |
Racional de seleção: - Escolha C276 onde o ataque localizado de cloretos ou agentes redutores é a principal preocupação; seu teor mais alto de Mo/W é vantajoso. - Escolha C22 onde condições oxidantes ou ambientes cíclicos oxidantes/reduzentes estão presentes e o maior Cr proporciona uma passivação mais robusta.
9. Custo e Disponibilidade
- Custo relativo: Ambas as ligas são ligas de níquel premium e custam significativamente mais do que aços inoxidáveis comuns. Em muitos mercados, C22 pode ser precificada ligeiramente mais alta do que C276 devido à composição e padrões de demanda, mas flutuações de mercado afetam os preços. As diferenças de custo são específicas do projeto.
- Disponibilidade: Ambas são produzidas por grandes fornecedores de ligas especiais e estão disponíveis em formas de produto comuns (placa, chapa, tubo, barra, forjados, metal de solda). Os prazos de entrega variam de acordo com a forma, tamanho e demanda do mercado. Consumíveis fabricados (varas de enchimento, eletrodos) também estão disponíveis comercialmente.
10. Resumo e Recomendação
Tabela de resumo (qualitativa)
| Característica | Hastelloy C276 | Hastelloy C22 |
|---|---|---|
| Soldabilidade | Muito boa com enchimentos à base de Ni; semelhante à C22 | Muito boa com enchimentos à base de Ni; semelhante à C276 |
| Resistência–Tenacidade | Resistência moderada; boa tenacidade e ductilidade | Resistência e tenacidade comparáveis |
| Resistência à corrosão (localizada/reduzente) | Excelente (maior Mo/W) | Muito boa (Mo ligeiramente mais baixo que C276) |
| Resistência à corrosão (oxidante/passiva) | Muito boa | Excelente (maior Cr) |
| Custo (relativo) | Alto (liga premium) | Alto (frequentemente comparável ou ligeiramente mais alto) |
Recomendação (orientação prática): - Escolha Hastelloy C276 se você precisar da melhor resistência geral à corrosão localizada, ataque em fendas e ambientes redutores ou mistos onde cloretos e espécies de sulfeto estão presentes. C276 é frequentemente especificada para desulfurização de gases de combustão, fluxos de processo contendo cloretos e dever geral onde a corrosão localizada é o principal risco. - Escolha Hastelloy C22 se seu processo incluir oxidantes fortes, condições cíclicas oxidantes/reduzentes, ou se você exigir uma passivação particularmente robusta na presença de ácidos oxidantes. O maior teor de cromo da C22 lhe confere uma vantagem em ambientes oxidantes e em aplicações onde tanto químicas oxidantes quanto redutoras são encontradas intermitentemente.
Nota final: Para qualquer decisão crítica de aquisição ou design, solicite folhas de dados atuais do fabricante, dados de teste de corrosão para o serviço específico e procedimentos qualificados de soldagem/fabricação. O desempenho contra corrosão é dependente da aplicação; testes laboratoriais e de campo no meio do processo real são o guia mais confiável.