آلیاژهای هَستلوی (نام تجاری شرکت Haynes International) خانواده‌ای از سوپرآلیاژهای پایه نیکل‑کروم‑مولیبدن هستند که برای مقاومت کم‌نظیر در برابر انواع خوردگی (کلی و موضعی) و پایداری مکانیکی‑متالورژیکی در دماهای بالا مهندسی شده‌اند. همین دو ویژگی—یعنی دوام شیمیایی و تحمل حرارتی—باعث شده‌اند پیمان‌کاران و ماشین‌سازان صنایع غذایی، آرایشی، لبنی، دارویی و حتی نفت‌و‌گاز و هوافضا، هنگام مواجهه با محیط‌های «آخر خط» اسیدی یا اکسیدکننده، نگاهشان به سوی هستلوی برگردد؛ جایی که آلیاژ استیل 316 یا حتی Inconel 625 دیگر پاسخ‌گو نیستند.
جدول مقایسه گریدهای اصلی هستلوی
| گرید | UNS | ترکیب تقریبی (٪ وزنی) | حداکثر دمای سرویس (°C) | محیط‌های ایده‌آل | استانداردهای رایج |
|---|---|---|---|---|---|
| Hastelloy C‑276 | N10276 | Ni 57 / Mo 16 / Cr 16 / Fe 4–7 / W 3–4.5 | 1038 | اسیدهای حاوی کلرید، HCl داغ، دریایی | ASTM B575، B574، B619 |
| Hastelloy C‑22 | N06022 | Ni 56 / Cr 22 / Mo 13 / Fe 3 / W 3 | 1040 | محیط‌های اکسیدکننده قوی، سولفاته، هیپوکلریت | ASTM B575 |
| Hastelloy B‑2 | N10665 | Ni 65 / Mo 28 / Fe <2 | 980 | HCl و H₂SO₄ غلیظ در غیاب اکسیدکننده‌ها | ASTM B333 |
| Hastelloy B‑3 | N10675 | Ni 65 / Mo 30 / Fe <1.5 / Cr 1 | 960 | مشابه B‑2 با پایداری حرارتی بهبود‌یافته | ASTM B333 |
| Hastelloy X | N06002 | Ni 47 / Cr 22 / Fe 18 / Mo 9 / Co 1.5 | 1200 | توربین گاز، کوره پتروشیمی، اگزاست خودرو | ASTM B435 |
| G‑30 / C‑2000 / N | متنوع | Ni‑Cr‑Mo‑Cu یا Ni‑Cr‑Fe‑Si | 600‑1100 | فسفریک، اسید نیتریک، کود شیمیایی | ASTM مربوطه |
ترکیب شیمیایی و ویژگی‌های کلی هستلوی
آلیاژهای هستلوی به لطف سه عنصر کلیدی—نیکل، کروم و مولیبدن—یک «دیوار همه‌جانبه» در برابر خوردگی می‌سازند. نیکل، ساختار فاز γ پایدار را فراهم می‌کند و در برابر ترک ناشی از تنش کلریدی مقاومت ذاتی دارد؛ کروم لایهٔ اکسیدی فشرده ایجاد می‌کند و از اکسیداسیون داغ جلوگیری می‌نماید؛ مولیبدن و تنگستن (در C‑276) حفره و شیار را سد می‌کنند.
به‌طور خلاصه:
-
پیتینگ و شیار (Crevice): عدد مولیبدن بالا (تا ۳۰ ٪) معادل عدد PREN بالای ۴۵ است؛ بسیار فراتر از آلیاژ استیل 316 (PREN ≈ 25).
-
مقاومت حرارتی: رسوب کاربید M₆C و σ‑فاز با کنترل کربن (≤ ۰٫۰۱ ٪) و افزودن W/Ti مهار شده است، بنابراین ترک ممانعت‌کنندهٔ جوشکاری نمی‌شود.
-
چقرمگی در دمای پایین: تا ‑196 °C خواص ضربه‌ای حفظ میشود؛ یک مزیت نسبت به Duplex که ممکن است تردشدگی فاز σ را تجربه کند.
-
مغناطیس‌پذیری: عملاً غیر مغناطیسی؛ در آزمون آهن‌ربا مشابه آلیاژ استیل نگیر 304 رفتار می‌کند، مگر پس از کارسرد شدید.
مقایسهٔ گریدهای پرکاربرد هستلوی
Hastelloy C‑276
C‑276 پرچم‌دار این خانواده است؛ یک انتخاب «همه‌فن حریف» برای محیط‌های ترکیبی کلریدی‑اسیدی که در آن آلیاژ استیل ۳۱۶ دچار پیتینگ میشود. حضور ~۳٫۵ ٪ تنگستن رفتار حفره‌ای را بیش‌از‌پیش کند می‌کند. این گرید تا ۳٪ فلوراید و اسید کلریدریک غلیظ در دمای جوش، پایدار می‌ماند. از منظر جوشکاری، رسوب کاربید در HAZ بسیار ناچیز است و می‌توان قطعه را بدون عملیات پس‌گرم در سرویس قرار داد.
Hastelloy C‑22
وقتی محیط شما حتی اندکی اکسیدکننده است—مثلاً حاوی یون‌های فریک یا هیپوکلریت—C‑22 با کروم ۲۲ ٪ گزینهٔ مطمئن‌تری است. عدد CPT (Critical Pitting Temperature) آن حدود ۵–۱۰ °C بالاتر از C‑276 گزارش شده است. در فرآیندهای تولید آب ژاول، اسید نیتریک رقیق یا سری‌های CIP صنایع غذایی، انتخابی محبوب به‌شمار می‌آید.
Hastelloy B‑2 و B‑3
اگر چالش اصلی شما اسیدهای غیر اکسیدکننده مانند HCl یا H₂SO₄ غلیظ باشد، خانوادهٔ B می‌تواند به‌طور چشمگیری هزینه را کاهش دهد، چون کروم ندارد. هشدار مهم آن است که این آلیاژها در حضور اکسیژن یا اکسیدکننده‌ها سریعاً ویران می‌شوند؛ دقیقاً همان نقطه ضعفی که در آلیاژ استیل بگیر دیده نمی‌شود اما استیل در برابر این اسیدها به‌شدت حساس است.
Hastelloy X (مقاوم به دما)
آلیاژی برای دنیای داغ—از پره توربین گاز صنعتی تا مشعل کوره‌های ری‌جنراتیو—که در ۱۲۰۰ °C استحکام خزشی رضایت‌بخشی ارائه می‌دهد. در خودروسازی، مانیفولد اگزاست برقی و هیبریدی به این گرید مهاجرت کرده‌اند تا وزن پایین و طول عمر بالاتر حاصل شود.
گریدهای دیگر (G‑30، C‑2000، N و …)
-
G‑30 با افزودن ۹ ٪ سرب و سیلیسیم، ضد خورندگی عالی در تولید کود فسفاته دارد.
-
C‑2000، یک آلیاژ «چند منظوره» است که با ۱٫۶ ٪ مس، مقاومت خوبی در اسید سولفوریک نشان می‌دهد.
-
Hastelloy N برای سامانه‌های نمک مذاب فلوراید (راکتورهای هسته‌ای نسل IV) توسعه یافت تا تاوه‌ها و لوله‌ها در ۷۰۰ °C پایدار بمانند.
کاربردهای صنعتی هستلوی در نفت‌و‌گاز، شیمیایی، هوافضا و …
-
نفت‌و‌گاز زیر دریایی: لوله‌های umbilical C‑276 برای سرویس ترش (H₂S، CO₂) که کلراید بالایی دارد.
-
صنایع شیمیایی و پتروشیمی: واکنشگر اسید استیک، واحد کلر‑قلیا، مبدل‌های حرارتی اسید کلریدریک.
-
هوافضا: کامبستوری Hastelloy X در موتور توربوفن و توری مقاوم به گاز داغ.
-
دارویی و غذایی: رآکتور CIP/SIP با C‑22 که در مراحل ضدعفونی با هیپوکلریت یا پراستیک اسید تغییری نمی‌کند.
-
خودروسازی: مبدل کاتالیزوری و سیستم اگزاست اسپرت تا ۹۰۰ °C.
مزایا و محدودیت‌های جوشکاری، ماشین‌کاری و هزینه
جوشکاری
-
فرآیندهای TIG و MIG با فیلر ERNiCrMo‑4 (برای C‑276) یا ERNiCrMo‑10 (برای C‑22) توصیه میشود.
-
ترک گرم در HAZ به‌دلیل درصد پایین سیلیسیم و گوگرد تقریباً حذف شده است.
-
در اتصالات ناهمگون (هستلوی به فولاد زنگ نزن 310) باید لایه میانی از آلیاژ نیکل واسطه استفاده کرد.
ماشین‌کاری
-
سختی کارسرد بالا و تمایل به خستگی ابزار، مشابه Inconel 718 است؛ از سرعت برش ۲۰–۳۰ m/min و روغن برش گوگرددار استفاده کنید.
-
سوراخ‌کاری عمیق نیازمند مته کبالت یا کارباید پوشش PVD است.
هزینه و دسترسی
بر اساس لیست‌های بین‌المللی و استعلام تأمین‌کنندگان، محدودهٔ ۴۵–۵۵ دلار بر کیلوگرم برای ورق C‑276 و ۴۸–۶۰ دلار برای لوله بدون درز گزارش میشود؛ در بازار ایران، هزینه حمل، گمرک و نوسان ارز معمولاً ۱۰–۲۰ درصد به این عدد می‌افزاید . هرچند قیمت اولیه بالاست، اما تحلیل چرخه عمر نشان می‌دهد که جلوگیری از توقف خط و تعویض زودهنگام، سرمایه را در کمتر از دو سال برمی‌گرداند.
نحوهٔ انتخاب گرید مناسب برای پروژهٔ شما
-
ماهیت محیط
-
غیر اکسیدکننده قوی (HCl، H₂SO₄ غلیظ) → B‑3 یا B‑2.
-
اکسیدکننده با کلراید (NaClO، HNO₃) → C‑22 یا C‑2000.
-
کلراید داغ + H₂S (سرویس ترش) → C‑276.
-
-
دما و فشار
-
تا ۶۰۰ °C: اغلب گریدها مناسب‌اند؛ بالاتر از ۹۵۰ °C: فقط Hastelloy X یا آلیاژ استیل 310.
-
-
مسئله جوشکاری ناهمگون
-
اگر باید به آلیاژ استیل 304/316 یا فولاد کربنی st37 جوش دهید، C‑22 و C‑276 از نظر انطباق حرارتی نزدیک‌تر هستند.
-
-
هزینه کل مالکیت (TCO)
-
ارزیابی کنید که خرابی ناشی از سوراخ شدن مبدل یا مخزن چقدر زیان تولید و ایمنی دارد. در خطوط تولید دارویی GMP، هزینه توقف هر ساعت چند برابر اختلاف قیمت ماده اولیه است.
-
جمع‌بندی و پاسخ به پرسش‌های متداول
آلیاژهای هستلوی پلی میان مقاومت استثنایی در برابر خوردگی و دوام حرارتی بالا می‌زنند. برای پیمان‌کاران و ماشین‌سازانی که با اسیدهای قوی یا دمای سوزان سر و کار دارند، انتخاب صحیح گرید می‌تواند کیفیت محصول و ایمنی فراِیند را تضمین کند. در عین حال، مهندسان بازرگانی باید به موجودی بازار، استانداردهای قابل ارائه و هزینه کل مالکیت بیندیشند تا تصمیم خریدی هوشمندانه بگیرند.
سؤالات متداول (FAQ)
۱. تفاوت اصلی Hastelloy C‑276 و Hastelloy C‑22 در چیست؟
C‑22 کروم بالاتری دارد و در محیط‌های اکسیدکننده یا حاوی هیپوکلریت مقاومت به پیتینگ بالاتری از C‑276 نشان می‌دهد. اگر محیط شما اسید کلریدریک خالص و بدون اکسیدکننده است، C‑276 کفایت می‌کند؛ در غیر این صورت C‑22 ایمن‌تر است.
۲. آیا هستلوی خاصیت مغناطیسی دارد؟
خیر؛ این آلیاژها به‌دلیل زمینه آستنیتی‑نیکل تقریباً نگیر هستند و مانند آلیاژ فولاد زنگ نزن 304 به آهن‌ربا نمی‌چسبند، مگر پس از کارسرد بسیار شدید.
۳. چه استانداردهایی برای لوله و ورق هستلوی وجود دارد؟
ورق: ASTM B575 (UNS N10276، N06022 و …)؛ لوله بدون درز: ASTM B622؛ لوله جوشی: ASTM B619؛ میله و میلگرد: ASTM B574؛ فلنج و فورج: ASTM B564 .
۴. آیا می‌توان هستلوی را به استنلس استیل جوش داد؟ فیلر پیشنهادی چیست؟
بله. از فیلر نیکل‑کروم‑مولیبدن مثل ERNiCrMo‑3 (برای C‑276) یا ERNiCrMo‑4 استفاده کنید و پیش‌گرم ضرورت ندارد؛ فقط نرخ سرمایش را کنترل کنید تا تنش حرارتی کاهش یابد.
۵. حدود قیمت هر کیلوگرم هستلوی C‑276 در بازار ایران چقدر است؟
با توجه به نرخ روز ارز و هزینه واردات، معمولاً ۵۰–۶۵ دلار معادل ریالی آن به‌علاوه مالیات بر ارزش افزوده محاسبه میشود؛ برای استعلام دقیق با واحد بازرگانی تماس بگیرید .
۶. برای محیط‌های حاوی اسید کلریدریک داغ، کدام گرید بهترین عملکرد را دارد؟
اگر محلول شما فاقد اکسیدکننده است و دما زیر ۹۰ °C باشد، B‑3 اقتصادی است. در دماهای بالاتر یا حضور یون فریک، C‑276 یا C‑22 گزینه مطمئن‌تر هستند.
۷. آیا جایگزین ارزان‌تری برای هستلوی وجود دارد؟
در شرایط کم‌خورنده می‌توانید آلیاژ استیل 316L یا Duplex 2205 را بررسی کنید؛ اما در محیط‌های پیتینگ‌زا یا اسید قوی، هزینه تعمیرات استیل معمولاً از صرفه‌جویی اولیه بالاتر است.
۸. سیکل‌های حرارتی مجاز هنگام عملیات حرارتی یا سرویس چقدر است؟
برای C‑276، حداکثر ۱۰۳۸ °C به مدت ۳۰ دقیقه و سرمایش سریع در هوا توصیه میشود. تکرار بیش از چهار بار می‌تواند باعث ضخیم شدن دانه‌ها و افت چقرمگی شود.
