Quelle est la différence entre Hastelloy C-22 et C276 ?

Les deux alliages appartiennent à la même famille, ont la même chimie de base et le même usage prévu, et les données publiées tranchent le choix sur deux questions et non sur une préférence générale. La première est de savoir si le milieu est oxydant ou réducteur, et la seconde est de savoir si la pièce sera soudée. Tout le reste concernant la paire est soit une petite différence, soit un malentendu qui circule largement.

Ce sont tous deux des alliages nickel-chrome-molybdène avec un ajout de tungstène. Le C-22 est UNS N06022 et W.Nr. 2.4602. Le C-276 est UNS N10276 et W.Nr. 2.4819. La différence de composition est un compromis entre deux éléments, et c'est toute la différence technique : un alliage contient plus de chrome et moins de molybdène, l'autre l'inverse.

La différence de composition, énoncée correctement

Les chiffres nominaux publiés sont présentés côte à côte ci-dessous, et la direction du compromis est le point essentiel. Le chrome assure la résistance en conditions oxydantes, le molybdène assure la résistance en conditions réductrices et contre la piqûration. L'alliage avec le chrome plus élevé est celui destiné à un usage oxydant, c'est pourquoi la comparaison a une direction.

Deux phrases en circulation inversent cela et les deux méritent d'être corrigées car elles inversent la sélection. Une description qui attribue au C-22 un molybdène plus élevé puis cite 12,5 à 14,5 % pour le C-22 contre 15 à 17 % pour le C-276 se contredit en une seule phrase, car 12,5 à 14,5 est le chiffre le plus bas. Et la différence de tungstène est généralement présentée comme décisive, alors que les plages de spécification se chevauchent et que le chrome et le molybdène sont ce qui sépare les nuances.

Les températures critiques, dans la même solution

La mesure la plus utile publiée pour cette paire est un test de température critique de piqûration et de corrosion caverneuse effectué sur les deux alliages dans une seule solution, de sorte que la comparaison est à parité. La solution est oxydante : 4 % de chlorure de sodium avec 0,1 % de sulfate ferrique et de l'acide chlorhydrique à pH 2, donnant environ 24 300 ppm de chlorure. La piqûration a été évaluée après 24 heures et la corrosion caverneuse après 100 heures, la température étant augmentée par paliers de 5 degrés.

Lisez la colonne de la corrosion caverneuse comme chiffre décisif, car c'est celle qui a la marge la plus étroite et qui régit un récipient réel avec des faces de joint et des zones mortes. Le C-22 tolère 102 °C là où le C-276 s'arrête à 80 °C, ce qui représente un écart de 22 degrés. Les chiffres de piqûration sont plus proches, puisque le C-22 atteint le plafond du test à plus de 150 °C contre 150 °C pour le C-276, et la lecture honnête est que les deux sont au sommet de l'échelle et aucun n'est loin devant.

Les nuances d'acier inoxydable sont incluses dans le tableau car elles montrent l'échelle. Les trois nuances généralement considérées pour les services impliquant des chlorures, AL-6XN, 254SMO et 904L, se situent toutes entre 40 et 45 °C en corrosion caverneuse, ce qui est inférieur à la température de la plupart des flux de processus et à la température de la plupart des retours d'eau de refroidissement.

Le test au chlore humide, qui est le résultat unique le plus discriminant

Le chlore humide saturé est l'environnement qui sépare le plus clairement ces deux alliages, et la comparaison a été menée comme une étude dédiée et non comme une ligne d'un tableau général. L'environnement était une solution à 3 000 ppm de chlorure ajustée à pH 1,5 avec de l'acide chlorhydrique et du gaz de chlore barboté pendant toute la période de 30 jours, le gaz sortant étant dirigé vers de l'eau pour maintenir une légère contre-pression de chlore dans la phase vapeur. Le pH final était de 0,9.

La conclusion publiée est que le C-22 est significativement plus résistant au chlore humide que le C-276. Le détail à l'intérieur du résultat est plus utile que la conclusion, et c'est là que le C-276 a échoué. À chaque température où il a été testé, l'attaque sur le C-276 était concentrée dans lemétal de soudure et la zone affectée par la chaleuret non dans la plaque mère. Le métal de base d'une fabrication soudée n'était pas le point faible. La soudure l'était.

La comparaison de stabilité thermique, qui est la raison publiée de la différence entre les nuances

La raison pour laquelle le C-22 existe en tant que nuance distincte et non comme une variation du C-276 est la stabilité thermique dans la zone affectée par la chaleur d'une soudure, et la différence est publiée sous forme de test d'échantillon soudé et non comme une affirmation.

Ce tableau est la raison technique de la différence de chrome. Le chrome plus élevé dans le C-22 est ce qui empêche la zone affectée par la chaleur de former les phases intermétalliques qui la rendent vulnérable, et la description publiée de la nuance indique qu'elle résiste à la formation de précipités aux joints de grains dans la zone affectée par la chaleur de la soudure et est donc adaptée à la plupart des applications de procédés chimiques à l'état soudé.

Une correction terminologique s'impose ici, car la version publiée de cette comparaison utilise le mauvais terme. Le mécanisme est décrit dans la circulation comme sensibilisation, qui est le terme pour la précipitation de carbure de chrome dans un acier inoxydable austénitique. La description publiée de cet alliage indique que le mécanisme est la formation de précipités aux joints de grains dans la zone affectée par la chaleur, ce qui, pour un alliage nickel-chrome-molybdène, signifie des phases intermétalliques et non un carbure de chrome. La conséquence pratique est la même et le mécanisme est différent, et une spécification qui demande un test de sensibilisation demande le mauvais test.

Où chacun gagne, milieu par milieu

Les deux nuances ne sont pas classées l'une par rapport à l'autre globalement. Les données de corrosion aqueuse publiées, effectuées sur les deux alliages dans les mêmes milieux aux mêmes températures, montrent un schéma et non un classement, et il existe des milieux dans lesquels le C-276 est le meilleur choix.

Le schéma de ce tableau est celui qu'il faut retenir. Le C-22 gagne partout où un oxydant est présent, c'est pourquoi il gagne dans l'acide nitrique, dans le chlorure ferrique et dans tous les mélanges d'acides contenant des ions ferriques ou cuivriques. Le C-276 gagne dans plusieurs applications d'acides chlorhydrique et sulfurique purs à des concentrations plus élevées, où le molybdène plus élevé est l'élément décisif et où le milieu attaque directement le métal et non par un mécanisme oxydant.

Deux conséquences pratiques en découlent. Une usine qui a un mélange de tâches doit tester le milieu spécifique au lieu de choisir la nuance qui semble la plus performante dans une comparaison générale, car les deux échangent leurs places dans le tableau. Et une tâche qui inclut un oxydant, ou une tâche où la chimie peut devenir oxydante lors d'un incident, est le cas que la description publiée du C-22 met en évidence, car il offre une résistance lorsque des conditions réductrices et oxydantes sont rencontrées dans le flux de processus.

Les différences physiques et de fabrication

La ligne de la plage de fusion tranche une affirmation qui circule dans l'autre sens. Le C-22 a la plage de fusion la plus élevée des deux, 1 357 à 1 399 °C contre 1 323 à 1 371 °C, donc une comparaison qui attribue au C-276 le chiffre le plus élevé lit un nombre provenant d'un endroit autre que la plage de fusion. Et une température de fonctionnement maximale citée près de 1 250 °C n'est pas une température de fonctionnement du tout : la limite de service utile des deux nuances dans les atmosphères oxydantes est bien inférieure à leur solidus, et là où le service est chaud et oxydant, le chrome plus élevé dans le C-22 est un avantage et non un inconvénient.

Le point de composition restreinte mérite d'être séparé du reste, car il affecte ce qui arrive sur un certificat. Le développeur indique que la nuance se situe dans la plage du numéro UNS mais est produite selon une composition plus restreinte pour des performances améliorées. Un certificat de fabrication qui satisfait à la plage UNS n'a donc pas nécessairement satisfait à la composition plus stricte pour laquelle la nuance a été développée, et une commande qui ne nomme que le numéro UNS ne capture pas cela.

Questions que les acheteurs posent

Lequel est le plus résistant à la corrosion, le C-22 ou le C-276 ?

Cela dépend si le milieu est oxydant, et c'est la seule réponse utile. Dans la même solution saline oxydante, le C-22 a une température critique de corrosion caverneuse de 102 °C contre 80 °C pour le C-276, et dans le chlore humide, le C-22 n'a montré aucune attaque à 95 °C là où le C-276 a échoué dans le métal de soudure et la zone affectée par la chaleur à 65 °C. Dans l'acide nitrique à 65 % bouillant, le C-22 a un taux de 134 mils par an contre 888 pour le C-276. En revanche, le C-276 est le meilleur choix dans plusieurs applications d'acides chlorhydrique et sulfurique purs à des concentrations plus élevées, où son molybdène plus élevé est ce qui compte.

Pourquoi le C-22 a-t-il une meilleure résistance si le C-276 a plus de molybdène ?

Parce que le chrome et le molybdène résistent à des choses différentes. Le molybdène confère la résistance aux acides réducteurs et à la piqûration, et le chrome confère la résistance aux milieux oxydants. Le C-22 a environ 22 % de chrome et 13 % de molybdène, et le C-276 a environ 16 % et 16 %. La description publiée du C-22 met en évidence sa résistance aux milieux aqueux oxydants, y compris le chlore humide et les mélanges contenant de l'acide nitrique ou des acides oxydants avec des ions chlorure, ce qui est l'action du chrome.

Le C-22 est-il meilleur pour la piqûration et la corrosion caverneuse ?

D'après les chiffres comparatifs publiés, oui. Le chiffre de la corrosion caverneuse est le plus clair des deux. Dans la solution saline oxydante dans laquelle les deux ont été testés, le C-22 a atteint le plafond du test de piqûration à plus de 150 °C contre exactement 150 °C pour le C-276, tandis que la température critique de corrosion caverneuse était de 102 °C contre 80 °C. Le développeur publie également la nuance sous le titre qu'elle excelle en résistance à la piqûration. Notez que les deux chiffres concernent cette solution de test et que d'autres solutions de test donnent des valeurs absolues différentes.

Lequel est le meilleur pour une fabrication soudée ?

Le C-22, et c'est la raison publiée pour laquelle les deux nuances diffèrent et non une préférence marginale. Dans un test d'échantillon soudé dans une solution d'acide sulfurique oxydant à 150 °C, le C-276 a subi une attaque sévère du métal de base, du métal de soudure et de la zone affectée par la chaleur, et seulement un tiers de l'épaisseur de l'échantillon dans la zone affectée par la chaleur a survécu. Le C-22 a montré une attaque minimale. Le C-22 résiste également à la formation de précipités aux joints de grains dans la zone affectée par la chaleur de la soudure, ce qui le rend adapté à la plupart des applications de procédés chimiques à l'état soudé. Les deux nuances sont couramment soudées avec du métal d'apport C-22 pour la même raison.

Le C-276 a-t-il une température maximale plus élevée que le C-22 ?

Non. Les deux plages de fusion sont de 1 323 à 1 371 °C pour le C-276 et de 1 357 à 1 399 °C pour le C-22, donc le C-22 a la plus élevée. Une comparaison qui cite environ 1 350 °C pour le C-276 et environ 1 250 °C pour le C-22 et appelle cela des températures de fonctionnement maximales compare les plages de fusion et les étiquette mal, et la conclusion qui en découle n'est pas correcte. Lorsque le service est chaud et oxydant, le chrome plus élevé dans le C-22 est un avantage.

Puis-je substituer l'un à l'autre ?

Pas sur la base du nom de famille, car ce sont des alliages différents avec des teneurs en chrome et en molybdène différentes et ils échangent leurs places dans le tableau des milieux ci-dessus. Une substitution doit être faite en fonction du milieu et de la température spécifiques, la condition soudée étant considérée séparément de la plaque mère. Le résultat publié du test d'échantillon soudé montre qu'une substitution basée uniquement sur les données du métal de base peut être erronée de manière significative, car la défaillance dans ce test s'est produite dans la zone affectée par la chaleur et non dans la plaque.

Résumé

Le C-22 et le C-276 sont tous deux des alliages nickel-chrome-molybdène avec du tungstène, et la différence entre eux est un compromis entre le chrome et le molybdène. Le C-22 est UNS N06022 avec environ 22 % de chrome et 13 % de molybdène, et il gagne partout où le milieu est oxydant : une température critique de corrosion caverneuse de 102 °C contre 80 °C, aucune attaque dans le chlore humide jusqu'à 95 °C où le C-276 a échoué à 65 °C, et 134 mils par an contre 888 dans l'acide nitrique bouillant à 65 %. Le C-276 est UNS N10276 avec environ 16 % de chrome et 16 % de molybdène, et il gagne dans plusieurs applications d'acides chlorhydrique et sulfurique purs à des concentrations plus élevées. La raison pour laquelle les deux nuances existent séparément est la soudure : dans une solution d'acide sulfurique oxydant à 150 °C, le C-276 a perdu les deux tiers de l'épaisseur de sa zone affectée par la chaleur tandis que le C-22 était à peine attaqué, et le C-22 résiste à la précipitation aux joints de grains dans cette zone, c'est pourquoi il est utilisé comme métal d'apport pour les deux.

Les deux sont fournis depuis Changzhou, Jiangsu, sous forme de plaques, tôles, bandes, barres, fils, tuyaux, tubes, électrodes enrobées et revêtements par soudage, par une usine détenant la certification ISO 9001 et auditée par SGS. Envoyez le milieu avec sa concentration et sa température, l'état soudé de la pièce, et si un oxydant peut être présent lors d'un incident, et le choix entre les deux nuances découle de ces trois faits.

Références

1. Brochure Haynes International pour l'alliage HASTELLOY C-22. Source pour la composition chimique nominale, la description de l'alliage comme une nuance polyvalente nickel-chrome-molybdène-tungstène avec une meilleure résistance globale à la corrosion que d'autres alliages nickel-chrome-molybdène, y compris le C-276 et le C-4 et l'alliage 625, la résistance aux milieux aqueux oxydants, y compris le chlore humide et les mélanges contenant de l'acide nitrique ou des acides oxydants avec des ions chlorure, la capacité à résister à la formation de précipités aux joints de grains dans la zone affectée par la chaleur de la soudure, de sorte qu'il convient à la plupart des applications de procédés chimiques à l'état soudé, l'affirmation que la nuance se situe dans la plage UNS N06022 mais est produite selon une composition plus restreinte, le tableau des propriétés physiques, y compris la densité de 8,69 g/cm³, la plage de fusion de 1 357 à 1 399 °C et le coefficient de dilatation thermique, la liste des spécifications, et l'utilisation de l'alliage comme fil d'apport général et consommable de revêtement par soudage.
2. La même source, températures critiques comparatives de piqûration et de corrosion caverneuse. Source pour la solution de test de 4 % de chlorure de sodium avec 0,1 % de sulfate ferrique et d'acide chlorhydrique à pH 2 donnant environ 24 300 ppm de chlorure, les expositions de 24 heures pour la piqûration et de 100 heures pour la corrosion caverneuse avec des incréments de température de 5 degrés, et les valeurs pour C-22, C-276, C-4, alliage 625, G-30, AL-6XN, 254SMO, 904L et type 316 citées dans le corps.
3. La même source, section stabilité thermique. Source pour le test d'échantillon soudé dans 11 % d'acide sulfurique avec 3,9 % de sulfate ferrique et d'autres produits chimiques à 302 °F, soit 150 °C, surpressurisé avec de l'oxygène, l'affirmation que le C-276 a subi une attaque exceptionnellement sévère du métal de base, du métal de soudure et de la zone affectée par la chaleur avec seulement un tiers de l'épaisseur de l'échantillon survivant dans la zone affectée par la chaleur, la note que le C-276 est rarement attaqué à ce degré dans d'autres milieux, et l'attaque minimale sur l'échantillon C-22.
4. La même source, section métal d'apport résistant à la corrosion, reproduisant des tests effectués au Los Alamos National Laboratory dans une solution simulée de gaz de combustion d'incinérateur sur 39 jours. Source pour la comparaison du métal de base de l'alliage 625 soudé avec un métal d'apport 625 par rapport au même métal de base soudé avec un métal d'apport C-22, et pour le résultat du métal de base C-22 et du métal d'apport C-22, dans la solution de 3 M de chlorure de sodium avec 0,1 M de chlorure ferrique et 0,1 M de fluorure de sodium à 167 °F, soit 75 °C, à pH 1.
5. La même source, tableaux de données comparatives de corrosion aqueuse. Source pour les taux de corrosion comparatifs du C-22 et du C-276 en mils par an cités dans le corps, y compris les lignes acide nitrique, chlorure ferrique, pentoxyde de phosphore, acide sulfurique, acide chlorhydrique et mélanges d'acides et de chlorures, avec la note que les chiffres sont la moyenne de quatre à dix tests et que les mils par an se convertissent en millimètres par an en divisant par 40.
6. La même source, tableaux d'évaluation sur site. Source pour le résultat du récipient de réacteur dans 10 à 15 % d'acide sulfurique avec des solides, les profondeurs de piqûration et de corrosion caverneuse dans la pâte et le papier, et les taux de conduit de trempe des déchets chimiques incinérés utilisés dans le corps.
7. Article technique de Haynes International sur les alliages HASTELLOY C-22 et C-276 dans le chlore humide saturé. Source pour l'environnement de test de 3 000 ppm de chlorure ajusté à pH 1,5 avec de l'acide chlorhydrique et du gaz de chlore sur 30 jours avec un pH de sortie de 0,9, les positions et températures des échantillons, l'attaque trouvée sur le C-276 dans le métal de soudure et la zone affectée par la chaleur, l'absence d'attaque sur le C-22, y compris à 95 °C en phase liquide et 90 °C en phase vapeur, et la conclusion publiée que le C-22 est significativement plus résistant aux environnements de chlore humide.
8. Données publiées pour l'alliage HASTELLOY C-276. Source pour la plage de fusion de 1 323 à 1 371 °C, la densité de 8,89 g/cm³, le coefficient de dilatation thermique, la résistivité électrique, et les températures critiques de piqûration et de corrosion caverneuse dans le chlorure ferrique acidifié utilisées ailleurs sur le