Hastelloy: Najlepsze rozwiązanie dla ekstremalnej korozji w przetwórstwie chemicznym

Zakład chemiczny nie ulega awarii z powodu silnego kwasu. Ulega awarii z powodu zmiany stopnia utlenienia procesu, ponieważ do linii dostało się kilkaset części na milion jonów żelaza trójwartościowego, lub ponieważ uszczelka pozostawiła szczelinę, która przez sześć tygodni zatrzymywała ciecz. Stop wybrany do pracy jest często nadal odpowiednim stopem i jest proszony o pracę w środowisku, którego specyfikacja nigdy nie opisała.

Hastelloy to rodzina stopów niklu, a nie jeden metal, a gatunki w jej obrębie stoją po przeciwnych stronach tego samego pytania. B-2 i B-3 to stopy niklowo-molibdenowe z około 1% chromu, przeznaczone do kwasów redukujących. C-276 i C-22 zawierają odpowiednio 16% i 22% chromu i w różnym stopniu nadają się do pracy w środowiskach utleniających i redukujących. Strona, która wymienia B-2 i C-276 razem jako gatunki odporne na mokry chlor, połączyła dwie przeciwstawne odpowiedzi w jednym zdaniu, a kupujący, który się do niej zastosuje, umieści stop molibdenowy w linii utleniającej.

Ta strona przedstawia cztery gatunki, które wykonują większość prac w procesach chemicznych, cztery zmienne decydujące o przetrwaniu gatunku oraz dane terenowe pokazujące, jak bardzo mogą się różnić odpowiedzi w tym samym nominalnym kwasie.

Skład decyduje o zachowaniu, a liczba chromu jest pierwszą liczbą do odczytania. Stop niklowo-molibdenowy z 1% chromu nie ma możliwości utworzenia ochronnej warstwy tlenku chromu, więc działa w kwasach redukujących i nie ma obrony w środowisku utleniającym. Stop niklowo-chromowo-molibdenowy z 16 do 22% chromu tworzy tę warstwę, a ilość molibdenu za nią określa, jak dobrze gatunek radzi sobie jednocześnie z chlorkami i warunkami redukującymi.

Dwa gatunki B różnią się między sobą stabilnością, a nie składem chemicznym. Oba są stopami niklowo-molibdenowymi i oba nie nadają się do pracy w środowisku utleniającym. B-3 istnieje, ponieważ poziom molibdenu w rodzinie B ma tendencję do tworzenia faz innych niż zamierzona faza gamma o sieci regularnej ściennie centrowanej w temperaturach od 500 do 900°C, a najbardziej szkodliwą z tych faz jest Ni4Mo, która szybko tworzy się w pewnych temperaturach, wpływa na plastyczność i zmniejsza odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe. B-2 szybko tworzy Ni4Mo w temperaturze około 750°C, podczas gdy B-3 potrzebuje kilku godzin w temperaturze około 650°C, aby rozwinąć szkodliwe fazy drugorzędne, ponieważ pierwiastki śladowe i poziom molibdenu zostały przesunięte, aby sprzyjać wolno tworzącemu się Ni3Mo.

Pierwszym pytaniem dotyczącym strumienia chemicznego nie jest jego pH ani stężenie. Jest to, czy strumień może przyjmować elektrony, a odpowiedź decyduje, która połowa rodziny jest w ogóle dopuszczalna. Tabela umieszcza powszechne media procesowe na tej osi.

Dwa wpisy w tej tabeli to te, które kosztują sprzęt. Kwas azotowy i mokry chlor są silnie utleniające, a oba gatunki B są z nich wykluczone z tego samego mechanizmu: przy 1% chromu nie ma pasywnej warstwy do utworzenia, więc stop rozpuszcza się w tempie określonym przez utleniacz, bez tlenku do ochrony. Drugi wpis jest bardziej subtelny, ponieważ czysty kwas redukujący staje się utleniający, gdy zawiera niewłaściwą domieszkę śladową, a to jest temat następnej sekcji.

Test korozyjny przeprowadzony w kwasie klasy odczynnikowej opisuje medium, które rzadko występuje w zakładzie. Strumienie procesowe zawierają rozpuszczony tlen, jony żelaza trójwartościowego ze sprzętu znajdującego się wyżej w procesie, jony miedzi dwuwartościowej z katalizatorów i chlorki z wody chłodzącej. Te gatunki zmieniają potencjał utleniania strumienia, a zmiana potencjału przesuwa stop z jednej strony rodziny na drugą bez żadnej zmiany stężenia kwasu.

Opublikowane dane terenowe pokazują wielkość efektu. W reaktorze przetwarzającym 10-15% kwasu siarkowego z ciałami stałymi i zanieczyszczeniami w temperaturze 100°C przez dwanaście miesięcy, cztery materiały całkowicie się rozpuściły: stal nierdzewna typu 316L, Carpenter 20Cb-3, stop 825 i Hastelloy B-2, każdy w tempie powyżej 57 mpy. Stop 625 i C-276 przetrwały z poważnym atakiem w tempie 29 i 28 mpy. C-22 stracił 4,7 mpy i wykazał niewielki atak. Kwas był tym samym nominalnym kwasem w każdym przypadku, a ranking materiałów rozciąga się na ponad rząd wielkości.

Ten sam efekt pojawia się w zespole spawanym. W roztworze 11% kwasu siarkowego z 3,9% siarczanu żelaza trójwartościowego i innymi chemikaliami w temperaturze 150°C pod nadciśnieniem tlenu, C-276 uległ niezwykle silnemu atakowi na metal bazowy, metal spoiny i strefę wpływu ciepła, a tylko jedna trzecia grubości próbki w strefie wpływu ciepła przetrwała. C-22 wykazał minimalny atak w tych samych warunkach. Jony żelaza trójwartościowego dostarczyły potencjału utleniającego, a poziom chromu w gatunku zadecydował o wyniku.

Praktyczna instrukcja, która następuje, jest taka, że test próbki w kwasie klasy odczynnikowej jest punktem wyjścia, a nie zatwierdzeniem. Producent rodziny C zajmuje to samo stanowisko i zaleca, aby próbki były testowane w rzeczywistych warunkach zakładu. Wybór stopu, który nie widział rzeczywistego strumienia, z jego tlenem i jonami metali, został zakwalifikowany do medium, które nie będzie obecne.

Szybkość korozji jednorodnej to liczba podawana na karcie danych, a atak lokalny to mechanizm, który perforuje zbiornik. Standardową miarą jest krytyczna temperatura wżerowania i krytyczna temperatura szczelinowa w zakwaszonym 6% chlorku żelaza trójwartościowego zgodnie z ASTM G48, a różnica między tymi dwiema liczbami dla pojedynczego stopu to różnica między opróżnioną powierzchnią a linią uszczelki.

Odczytaj wiersz C-276 w porównaniu do wiersza C-22. Oba gatunki są odporne na wżerowanie powyżej 150°C w tym teście, więc specyfikacja napisana wokół samego wżerowania nazwałaby je równoważnymi. Temperatury szczelinowe wynoszą 55°C i 102°C, a połączenie kołnierzowe w temperaturze 70°C mieści się w tej luce. Gatunek, który przechodzi test wżerowania, może nadal ulec awarii przy uszczelce, a liczba, która to przewiduje, jest tą, którą karta danych rzadko cytuje.

Jedno zastrzeżenie należy umieścić w tym samym akapicie. Biuletyn C-276 podaje krytyczną temperaturę szczelinową 55°C dla tego stopu, a biuletyn C-22 podaje 80°C dla tego samego stopu w tym samym teście. Oba są publikowane przez tego samego producenta. Projekt, który zależy od marginesu szczelinowego w pobliżu którejkolwiek z tych liczb, powinien przetestować własną geometrię połączenia zamiast przyjmować jedną liczbę z broszury.

Woda morska wnosi ten sam mechanizm do zakładów chemicznych, które używają jej jako chłodziwa. W badaniu Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych w temperaturze 29°C, C-276 był testowany w stojącej i płynącej wodzie morskiej przez 180 dni z dwoma miejscami szczelinowymi na próbkę. Dane znajdują się obok typu 316L i 254 SMO w tym samym biuletynie, a wzór jest taki, jaki przewiduje tabela temperatur: stale nierdzewne atakują w obu warunkach, a stopy niklu zależą od przepływu i geometrii miejsca.

Stop, który jest wystarczający w temperaturze 40°C, może być niewystarczający w temperaturze 80°C w tym samym kwasie, a diagram izokorozyjny jest narzędziem, które pokazuje, gdzie leży granica. Poniższe liczby to stężenia i temperatury, przy których oczekuje się szybkości korozji 0,1 mm/rok w kwasie klasy odczynnikowej, zaczerpnięte z diagramów producenta dla C-276 i B-3.

Kolumna kwasu solnego jest najjaśniejszym stwierdzeniem tego, co daje gatunek B. Przy 10% kwasie, C-276 utrzymuje 0,1 mm/rok tylko do 30°C, podczas gdy B-3 pozostaje poniżej tej szybkości do punktu wrzenia. To samo porównanie w kwasie siarkowym jest znacznie bliższe, ponieważ C-276 ma wystarczająco dużo chromu i molibdenu, aby poradzić sobie z większością tego kwasu poniżej 90%.

Pozycja kwasu azotowego jest ponownie inna i warta jasnego stwierdzenia, ponieważ zaprzecza powszechnemu założeniu o gatunkach C. W biuletynie C-276 linia 0,5 mm/rok w kwasie azotowym znajduje się przy 208°C dla 10% kwasu, 216°C dla 20% i 224°C dla 30%. C-276 zatem radzi sobie z rozcieńczonym kwasem azotowym w umiarkowanej temperaturze, a gatunkiem wykluczonym z kwasu azotowego jest B-2 lub B-3, a nie C-276. C-276 nie radzi sobie ze strumieniem azotowym, który zawiera również chlorki lub silne utleniacze w podwyższonej temperaturze, gdzie wyższy chrom C-22 jest powodem jego istnienia.

Awarie korozyjne skupiają się na spawach, a cztery gatunki różnią się tym, jak bardzo spaw zmienia odpowiedź. C-22 jest odporny na powstawanie wydzielin na granicach ziaren w strefie wpływu ciepła spoiny i nadaje się do większości prac w procesach chemicznych w stanie po spawaniu. C-276 ma mniejszą tolerancję na tę samą sytuację w silnie utleniających mediach, jak pokazuje powyższy przypadek siarczanu żelaza trójwartościowego. Gatunki B mają surowszą zasadę fabrykacji niż którykolwiek z nich.

B-3 musi być wyżarzany w roztworze przed spawaniem, gdy odkształcenie na zimno przekracza około 7% wydłużenia zewnętrznych włókien. Bez tego wyżarzania stop jest bardzo podatny na pękanie w obszarze spawanym podczas dalszej obróbki, a producent zauważa, że pękanie może stać się widoczne dopiero po oddaniu komponentu do użytku. Temperatura wyżarzania wynosi 1066°C z chłodzeniem wodnym i czasem wygrzewania od 10 do 30 minut w zależności od grubości. Formowane dennice są wyżarzane po uformowaniu, niezależnie od poziomu naprężenia, a ta zasada jest najważniejsza, gdy dennica jest następnie spawana.

C-276 podlega podobnej instrukcji z inną liczbą: ponowne wyżarzanie po każdej operacji formowania na zimno, która powoduje wydłużenie zewnętrznych włókien o 7% lub więcej, i ponowne wyżarzanie po całym formowaniu na gorąco. Temperatura wyżarzania wynosi 1121°C z chłodzeniem wodnym, a szybkie chłodzenie powietrzem jest wykonalne poniżej 10 mm grubości. Te dwie temperatury różnią się o 55°C, a warsztat, który traktuje stopy niklu jako jedną rodzinę, użyje niewłaściwej.

Spawanie pod topnikiem nie jest zalecane dla C-22, ponieważ proces ten wprowadza wysoką energię cieplną do metalu bazowego i powoli chłodzi spoinę. Jest to ograniczenie procesu, a nie problem z materiałem spawalniczym, i należy je uwzględnić w specyfikacji procedury spawania przed złożeniem oferty przez wykonawcę.

Każdy gatunek jest zamawiany zgodnie ze specyfikacją produktu, która reguluje formę, a cztery gatunki nie dzielą pojedynczej numeracji specyfikacji.

Kolumna materiału spawalniczego wyjaśnia tryb awarii, z którym kupujący spotykają się po fakcie. Element wykonany z C-22 spawany materiałem spawalniczym C-276 ma osad spawalniczy z 16% chromu w elemencie zaprojektowanym z myślą o 22%, a spaw staje się najmniej odpornym punktem w strumieniu utleniającym. C-22 jest również celowo używany jako materiał spawalniczy do nadstopów na innych metalach bazowych, a opublikowane testy spoin pokazują, że ten wybór zmniejsza szybkość korozji spoiny 625 ze 100 mpy do 94 mpy w roztworze chlorkowo-fluorowodorowym w płuczce i spoiny AL-6XN ze 112 do 72 mpy. Materiał spawalniczy jest częścią projektu antykorozyjnego.

Osiem poniższych pozycji to różnica między wyceną metalu a wyceną komponentu, który przetrwa w linii.

DLX dostarcza rodziny B i C z Changzhou, Jiangsu: B-2, B-3, C-276 i C-22 w drutach od 0,025 mm, prętach okrągłych do 50 mm, taśmach od 0,50 mm do 2,5 mm grubości, oraz rurach i płytach w standardowych rozmiarach walcowniczych. Każdy gatunek jest dostarczany zgodnie ze specyfikacją ASTM, która reguluje formę, z certyfikatem EN 10204 3.1 na życzenie i numerem partii, który można prześledzić do wyników testów.

Przydatna rozmowa dotyczy strumienia, a nie nazwy gatunku. Linia, która jest napowietrzana raz w roku, uszczelka, która zatrzymuje ciecz po wyłączeniu, i dennica formowana na zimno, która została spawana bez wyżarzania, to trzy warunki, których żaden gatunek nie może wchłonąć, a każdy z nich jest tańszy do poprawienia przed zamówieniem niż po pierwszej inspekcji.

Nie. B-2 to stop niklowo-molibdenowy z maksymalnie 1% chromu, a producent podaje, że nie należy go stosować w środowiskach z czynnikami utleniającymi ani w mediach redukujących zanieczyszczonych solami utleniającymi, takimi jak tlenek żelaza, ponieważ te chemikalia znacznie przyspieszają jego korozję. Mokry chlor jest silnie utleniający. Gatunkiem do tego zastosowania jest C-22, który producent opisuje jako posiadający doskonałą odporność na utleniające media wodne, w tym mokry chlor.

C-22, gdy strumień zawiera utleniacz, a opublikowane dane terenowe są bezpośrednie. W 10-15% kwasie siarkowym z ciałami stałymi i zanieczyszczeniami w temperaturze 100°C, C-276 stracił 28 mpy z poważnym atakiem, podczas gdy C-22 stracił 4,7 mpy z niewielkim atakiem. W kwasie siarkowym zawierającym siarczan żelaza trójwartościowego w temperaturze 150°C pod tlenem, C-276 został zaatakowany na dwie trzecie grubości strefy wpływu ciepła, a C-22 został ledwo naruszony. C-276 zachowuje przewagę w silnie redukujących kwasach, gdzie jego wyższy molibden jest ważniejszy niż chrom.

Ponieważ oba zakłady nie przetwarzają tego samego medium. Czysty kwas redukujący nadaje się dla B-2, a ten sam kwas z rozpuszczonym tlenem, jonami żelaza trójwartościowego lub jonami miedzi dwuwartościowej staje się utleniający i rozpuszcza stop. W powyższym przypadku reaktora próbka B-2 całkowicie zniknęła w 10-15% kwasie siarkowym zawierającym ciała stałe i zanieczyszczenia, w tempie powyżej 57 mpy, podczas gdy ten sam nominalny kwas w czystym strumieniu jest standardowym zastosowaniem dla B-2.

Tak, przy niskim stężeniu i umiarkowanej temperaturze, a diagram izokorozyjny jest punktem odniesienia. W biuletynie C-276 linia 0,5 mm/rok znajduje się przy 208°C dla 10% kwasu azotowego, 216°C dla 20% i 224°C dla 30%. Gatunki wykluczone z kwasu azotowego to B-2 i B-3, ponieważ stop niklowo-molibdenowy nie ma chromu do utworzenia pasywnej warstwy, której wymaga kwas azotowy. Strumień azotowy z chlorkami lub silnymi utleniaczami w podwyższonej temperaturze to miejsce, gdzie C-22 staje się lepszym wyborem.

Stabilność strukturalna, a numer części tego nie pokazuje. Oba są stopami niklowo-molibdenowymi z około 1,5% chromu. B-2 szybko tworzy szkodliwą fazę Ni4Mo w temperaturze około 750°C, podczas gdy B-3 potrzebuje kilku godzin w temperaturze około 650°C, aby rozwinąć szkodliwe fazy drugorzędne, ponieważ jego pierwiastki śladowe i poziom molibdenu zostały dostosowane, aby sprzyjać wolno tworzącemu się Ni3Mo. Praktyczną konsekwencją jest to, że B-3 toleruje odchylenia w obróbce i eksploatacji, które embrittlują B-2.

Można je spawać, a spaw staje się słabym punktem. C-22 zawiera 22% chromu, a C-276 16%, więc osad C-276 w elemencie C-22 zmniejsza dostępny chrom w złączu dokładnie w tym samym służbie utleniającej, gdzie wyższy chrom był powodem wyboru gatunku. Dopasowanym materiałem spawalniczym do C-22 jest ERNiCrMo-10 do spawania metodą TIG i MIG, oraz ENiCrMo-10 do spawania elektrodą otuloną.

Gatunki Hastelloy są rozdzielane najpierw przez zawartość chromu, a następnie przez molibden i stabilność. B-2 i B-3 zawierają około 1,5% chromu i działają w kwasach redukujących, bez obrony przed utleniaczem. C-276 zawiera 16%, C-22 zawiera 22%, a różnica między tymi dwiema liczbami to różnica między