Hastelloy: Kimyasal İşlemede Aşırı Korozyon İçin Nihai Çözüm

Bir kimya tesisi, asit güçlü olduğu için arızalanmaz. Oksidasyon durumu değiştiği, hatta birkaç yüz ppm demir iyonu hatta girdiği veya altı hafta boyunca sıvı tutan bir conta boşluğu bıraktığı için arızalanır. Görev için seçilen alaşım genellikle hala doğru alaşımdır ve tanımlanmamış bir ortamda çalışması istenmektedir.

Hastelloy, bir nikel alaşımı ailesidir ve tek bir metal değildir ve içindeki kaliteler aynı sorunun karşıt taraflarında yer alır. B-2 ve B-3, yaklaşık %1 kromlu nikel-molibden alaşımlarıdır ve indirgeyici asitler için üretilmiştir. C-276 ve C-22, %16 ve %22 krom içerir ve farklı derecelerde hem oksitleyici hem de indirgeyici görevleri kapsar. B-2 ve C-276'yı ıslak klora dayanıklı kaliteler olarak birlikte listeleyen bir sayfa, iki zıt cevabı tek bir cümlede birleştirmiştir ve bunu takip eden bir alıcı, molibden alaşımını oksitleyici bir hatta yerleştirecektir.

Bu sayfa, en çok kimyasal işlem işini taşıyan dört kaliteyi, bir kalitenin hayatta kalıp kalmayacağını belirleyen dört değişkeni ve aynı nominal asitte cevapların ne kadar farklı olabileceğini gösteren saha verilerini sunmaktadır.

Kompozisyon davranışı belirler ve krom rakamı okunacak ilk sayıdır. %1 kromlu bir nikel-molibden alaşımının koruyucu bir krom oksit filmi oluşturma yeteneği yoktur, bu nedenle indirgeyici asitlerde çalışır ve oksitleyici bir ortamda savunması yoktur. %16 ila %22 kromlu bir nikel-krom-molibden alaşımı bu filmi oluşturur ve arkasındaki molibden miktarı, kalitenin klorürleri ve indirgeyici koşulları aynı anda ne kadar iyi idare ettiğini belirler.

İki B kalitesi, kimyalarıyla değil, stabilite ile birbirinden ayrılır. Her ikisi de nikel-molibden alaşımlarıdır ve her ikisi de oksitleyici servis için uygun değildir. B-3, B ailesindeki molibden seviyesinin 500 ila 900 °C arasında istenen yüz merkezli kübik gama fazı dışındaki fazları oluşturma eğiliminde olması ve bu fazların en zararlısının Ni4Mo olması nedeniyle mevcuttur; bu faz belirli sıcaklıklarda hızla oluşur, sünekliği etkiler ve stres korozyon çatlamasına direnci azaltır. B-2, yaklaşık 750 °C'de hızla Ni4Mo oluştururken, B-3, ikincil fazların yavaş oluşumunu desteklemek için küçük elementler ve molibden seviyesi kaydırıldığı için yaklaşık 650 °C'de zararlı ikincil fazlar geliştirmek için birkaç saat sürer.

Bir kimyasal akışla ilgili ilk soru pH'ı veya konsantrasyonu değildir. Elektron kabul edip edemeyeceği sorusudur ve cevap, ailenin hangi yarısının uygun olduğunu belirler. Tablo, yaygın işlem ortamlarını bu eksende gösterir.

Bu tablodaki iki giriş, ekipmana mal olanlardır. Nitrik asit ve ıslak klor güçlü oksitleyicidir ve her iki B kalitesi de aynı mekanizma ile bunlardan hariç tutulur: %1 krom ile pasif bir film oluşmaz, bu nedenle alaşım oksitleyici tarafından belirlenen bir hızda çözülür, onu koruyacak bir oksit olmadan. İkinci giriş daha inceliklidir, çünkü saf bir indirgeyici asit, yanlış iz safsızlık taşıdığında oksitleyici hale gelir ve bu bir sonraki bölümün konusudur.

Reaktif dereceli asitte yapılan bir korozyon testi, bir tesiste nadiren bulunan bir ortamı tanımlar. İşlem akışları çözünmüş oksijen, yukarı akış ekipmanından demir iyonları, katalizörlerden bakır iyonları ve soğutma suyundan klorür taşır. Bu tür türler, akışın oksidasyon potansiyelini değiştirir ve bir potansiyel değişikliği, asit konsantrasyonunda herhangi bir değişiklik olmadan alaşımı aileden bir taraftan diğerine taşır.

Yayınlanan saha verileri etkinin boyutunu göstermektedir. On iki ay boyunca 100 °C'de katılar ve safsızlıklarla birlikte %10 ila %15 sülfürik asit işleyen bir reaktör kabında, dört malzeme tamamen çözündü: tip 316L paslanmaz çelik, Carpenter 20Cb-3, alaşım 825 ve Hastelloy B-2, her biri 57 mpy'nin üzerinde bir hızda. Alaşım 625 ve C-276, 29 ve 28 mpy'de ciddi saldırı ile hayatta kaldı. C-22, 4.7 mpy kaybetti ve hafif saldırı gösterdi. Asit her durumda aynı nominal asitti ve malzeme sıralaması on katın üzerinde bir büyüklük farkı gösteriyor.

Aynı etki kaynaklı bir montajda da görülür. %3.9 demir sülfat ve diğer kimyasallarla birlikte %11 sülfürik asit çözeltisinde, oksijen aşırı basıncı altında 150 °C'de, C-276 ana metal, kaynak metali ve ısıdan etkilenen bölgede olağanüstü şiddetli saldırıya uğradı ve ısıdan etkilenen bölgedeki kupon kalınlığının sadece üçte biri hayatta kaldı. C-22 aynı koşullar altında minimum saldırı gösterdi. Demir iyonu oksitleyici potansiyeli sağladı ve kalitenin krom seviyesi sonucu belirledi.

Takip eden pratik talimat, reaktif dereceli asitte yapılan bir kupon testinin bir başlangıç noktası ve onay değil olduğudur. C ailesinin üreticisi de aynı pozisyonu belirtir ve numunelerin gerçek tesis koşullarında test edilmesini önerir. Gerçek akışı, oksijeni ve metal iyonlarını görmemiş bir alaşım seçimi, mevcut olmayacak bir ortama karşı nitelendirilmiştir.

Tekdüze korozyon hızı, bir veri sayfasının bildirdiği sayıdır ve yerel saldırı, bir kabı delip geçen mekanizmadır. Standart ölçüm, ASTM G48'e göre asitlendirilmiş %6 demir klorürdeki kritik çukurlaşma sıcaklığı ve kritik yarık sıcaklığıdır ve tek bir alaşım için iki sayı arasındaki fark, boşaltılmış bir yüzey ile conta hattı arasındaki farktır.

C-276 satırını C-22 satırına karşı okuyun. Her iki kalite de bu testte 150 °C'nin üzerinde çukurlaşmaya dayanır, bu nedenle yalnızca çukurlaşma etrafında yazılmış bir spesifikasyon onları eşdeğer olarak adlandıracaktır. Yarık sıcaklıkları 55 °C ve 102 °C'dir ve 70 °C'deki flanşlı bir eklem bu boşluğun içine oturur. Çukurlaşma testini geçen kalite hala contada arızalanabilir ve bunu tahmin eden sayı, bir veri sayfasının nadiren alıntıladığı sayıdır.

Aynı paragrafta bir nitelik yer almalıdır. C-276 bülteni, o alaşım için 55 °C'lik bir kritik yarık sıcaklığı verir ve C-22 bülteni, aynı testte aynı alaşım için 80 °C verir. Her ikisi de aynı üretici tarafından yayınlanmıştır. Herhangi bir rakama yakın bir yarık marjına bağlı bir proje, bir broşürden bir sayıyı benimsemek yerine kendi eklem geometrisini test etmelidir.

Deniz suyu, onu soğutucu olarak kullanan kimya tesislerine aynı mekanizmayı getirir. 29 °C'de Amerika Birleşik Devletleri Donanması tarafından yapılan bir çalışmada, C-276, 180 gün boyunca durgun ve akan deniz suyunda, numune başına iki yarık sitesi ile test edildi. Veriler, aynı bültende tip 316L ve 254 SMO'nun yanında yer alır ve desen, sıcaklık tablosunun tahmin ettiği desendir: paslanmaz çelikler her iki koşulda da saldırıya uğrar ve nikel alaşımları akışa ve sitenin geometrisine bağlıdır.

40 °C'de yeterli olan bir alaşım, aynı asitte 80 °C'de yetersiz olabilir ve izokorozyon diyagramı, limitin nerede oturduğunu gösteren araçtır. Aşağıdaki rakamlar, C-276 ve B-3 için üretici diyagramlarından alınan, reaktif dereceli asitte 0.1 mm/y korozyon hızının beklendiği konsantrasyonlar ve sıcaklıklardır.

Hidroklorik asit sütunu, bir B kalitesinin ne satın aldığının en net ifadesidir. %10 asitte, C-276 0.1 mm/y'yi yalnızca 30 °C'ye kadar tutarken, B-3 bu hızın altında kaynama noktasına kadar kalır. Sülfürik asitteki aynı karşılaştırma çok daha yakındır, çünkü C-276'nın çoğu asidi %90'ın altında işlemek için yeterli krom ve molibdeni vardır.

Nitrik asit konumu yine farklıdır ve belirtilmeye değerdir, çünkü C kaliteleri hakkındaki yaygın bir varsayımı çürütür. C-276 bülteninde, 0.5 mm/y çizgisi %10 asit için 208 °C, %20 için 216 °C ve %30 için 224 °C'dedir. Bu nedenle C-276, orta sıcaklıkta seyreltik nitrik asidi işler ve nitrik asitten hariç tutulan kalite B-2 veya B-3'tür, C-276 değil. C-276'nın işleyemediği, klorür veya güçlü oksitleyicileri sıcaklıkta taşıyan bir nitrik akışıdır, burada C-22'nin daha yüksek kromu var olma nedenidir.

Korozyon arızaları kaynaklarda kümelenir ve dört kalite, kaynağın cevabı ne kadar değiştirdiği konusunda farklılık gösterir. C-22, kaynak ısıdan etkilenen bölgedeki tane sınırı çökeltilerinin oluşumuna direnir ve kaynaklı durumda çoğu kimyasal işlem işi için uygundur. C-276, yukarıdaki demir sülfat vakası gösterdiği gibi, güçlü oksitleyici ortamlarda aynı durum için daha düşük bir toleransa sahiptir. B kaliteleri, bunlardan daha katı bir imalat kuralı taşır.

B-3, soğuk çalışma %7 dış lif uzamasının üzerine çıktığında kaynak yapmadan önce çözelti tavlanmalıdır. Bu tavlama olmadan, alaşım sonraki imalat sırasında kaynaklı bölgede çatlamaya karşı çok hassastır ve üretici, çatlamanın bileşen servise konulduktan sonra belirgin hale gelmeyebileceğini belirtir. Tavlama sıcaklığı 1.066 °C'dir ve su verme işlemi uygulanır, kalınlığa bağlı olarak 10 ila 30 dakika tutulur. Şekillendirilmiş başlıklar, gerilme seviyesinden bağımsız olarak şekillendirmeden sonra tavlanır ve bu kural, başlık daha sonra kaynaklandığında en çok önem kazanır.

C-276, farklı bir sayıyla benzer bir talimat taşır: %7 veya daha fazla dış lif uzaması üreten herhangi bir soğuk şekillendirme işleminden sonra yeniden tavlayın ve tüm sıcak şekillendirmeden sonra yeniden tavlayın. Tavlama sıcaklığı 1.121 °C'dir ve su verme işlemi uygulanır, 10 mm kalınlığın altında hızlı hava soğutma mümkündür. İki sıcaklık 55 °C ile farklılık gösterir ve nikel alaşımlarını tek bir aile olarak ele alan bir atölye yanlış olanı kullanacaktır.

Daldırma ark kaynağı, C-22 için önerilmez, çünkü işlem ana metale yüksek ısı girdisi uygular ve kaynağı yavaş soğutur. Bu bir işlem kısıtlamasıdır ve dolgu metali sorunu değildir ve imalatçı işi teklif etmeden önce kaynak prosedürü spesifikasyonunda yer alır.

Her kalite, formu yöneten ürün spesifikasyonuna göre sipariş edilir ve dört kalite tek bir spesifikasyon numarasını paylaşmaz.

Dolgu metali sütunu, alıcıların sonradan karşılaştığı bir arıza modunu açıklar. C-276 dolgu ile kaynaklanmış bir C-22 imalatı, %22 etrafında tasarlanmış bir bileşende %16 kromlu bir kaynak birikintisine sahiptir ve kaynak, oksitleyici bir akışta en az dirençli nokta haline gelir. C-22 ayrıca kasıtlı olarak diğer ana metaller üzerinde bir aşırı alaşım dolgusu olarak kullanılır ve yayınlanan kaynak testleri, bu seçimin klorür ve florürlü bir yıkayıcı çözeltisinde 100 mpy'den 94 mpy'ye ve AL-6XN kaynağında 112'den 72 mpy'ye korozyon oranını azalttığını göstermektedir. Dolgu metali, korozyon tasarımının bir parçasıdır.

Aşağıdaki sekiz öğe, bir metal teklifi ile hattı hayatta kalacak bir bileşen teklifi arasındaki farktır.

DLX, Changzhou, Jiangsu'dan B ve C ailelerini tedarik eder: B-2, B-3, C-276 ve C-22 telden 0.025 mm, yuvarlak çubuktan 50 mm'ye, şeritten 0.50 mm ila 2.5 mm kalınlığa ve standart değirmen boyutlarında tüp ve levha. Her kalite, formu yöneten ASTM spesifikasyonuna göre, talep üzerine bir EN 10204 3.1 sertifikası ve test sonuçlarına izlenebilir ısı numarası ile tedarik edilir.

Faydalı konuşma, kalite adı hakkında değil, akış hakkındadır. Yılda bir kez havalandırılan bir hat, kapanmadan sonra sıvıyı tutan bir conta ve tavlama yapılmadan kaynaklanan soğuk şekillendirilmiş bir başlık, hiçbir kalitenin ememeyeceği üç koşuldur ve her biri ilk incelemeden sonra değil, satın alma emrinden önce düzeltilmesi daha ucuzdur.

Hayır. B-2, maksimum %1 kromlu bir nikel-molibden alaşımıdır ve üretici, oksitleyici maddeler içeren ortamlarda veya demir oksit gibi oksitleyici tuzlarla kirlenmiş indirgeyici ortamlarda kullanılmaması gerektiğini belirtir, çünkü bu kimyasallar korozyonunu önemli ölçüde hızlandırır. Islak klor güçlü oksitleyicidir. Bu görev için kalite C-22'dir, üretici bunu ıslak klor dahil oksitleyici sulu ortamlara mükemmel direnç gösteren olarak tanımlar.

C-22, akış bir oksitleyici taşıdığında ve yayınlanan saha verileri bununla ilgilidir. 100 °C'de katılar ve safsızlıklarla birlikte %10 ila %15 sülfürik asitte, C-276 ciddi saldırı ile 28 mpy kaybetti, C-22 ise hafif saldırı ile 4.7 mpy kaybetti. Oksijen altında 150 °C'de demir sülfat içeren sülfürik asitte, C-276 ısıdan etkilenen bölgenin üçte ikisi kadar saldırıya uğradı ve C-22 zar zor etkilendi. C-276, molibdeninin kromdan daha önemli olduğu güçlü indirgeyici asitlerde bir avantaj sağlar.

Çünkü iki tesis aynı ortamı çalıştırmıyor. Saf bir indirgeyici asit B-2 için uygundur ve çözünmüş oksijen, demir iyonu veya bakır iyonu içeren aynı asit oksitleyici hale gelir ve alaşımı çözer. Yukarıdaki reaktör vakası, katılar ve safsızlıklar içeren %10 ila %15 sülfürik asitte, 57 mpy'nin üzerinde bir hızda bir B-2 kuponunu tamamen kaybetti, oysa temiz bir akıştaki aynı nominal asit standart bir B-2 görevidir.

Evet, düşük konsantrasyonda ve orta sıcaklıkta, ve izokorozyon diyagramı referanstır. C-276 bülteninde, 0.5 mm/y çizgisi %10 nitrik asit için 208 °C, %20 için 216 °C ve %30 için 224 °C'dedir. Nitrik asitten hariç tutulan kaliteler B-2 ve B-3'tür, çünkü bir nikel-molibden alaşımının nitrik asidin gerektirdiği pasif filmi oluşturacak kromu yoktur. Klorür veya güçlü oksitleyicileri sıcaklıkta taşıyan bir nitrik akışı, C-22'nin daha iyi bir seçim haline geldiği yerdir.

Yapısal stabilite ve parça numarası bunu göstermez. Her ikisi de yaklaşık %1.5 kromlu nikel-molibden alaşımlarıdır. B-2, yaklaşık 750 °C'de zararlı Ni4Mo fazını hızla oluştururken, B-3, ikincil fazların yavaş oluşumunu desteklemek için küçük elementleri ve molibden seviyesi ayarlandığı için yaklaşık 650 °C'de zararlı ikincil fazlar geliştirmek için birkaç saat sürer. Pratik sonuç, B-3'ün B-2'yi gevrek hale getirecek imalat ve servis sapmalarını tolere etmesidir.

Kaynaklanabilir ve kaynak zayıf nokta haline gelir. C-22 %22 krom, C-276 ise %16 krom içerir, bu nedenle C-22 imalatındaki bir C-276 birikintisi, eklemdeki kromu, daha yüksek kromun kalitenin nedeni olduğu tam olarak oksitleyici serviste azaltır. C-22 dolgusuna uymak, gaz tungsten ark ve gaz metal ark kaynağı için ERNiCrMo-10 ve korumalı metal ark kaynağı için ENiCrMo-10'dur.

Hastelloy kaliteleri önce krom içeriğine, sonra molibden ve stabiliteye göre ayrılır. B-2 ve B-3 yaklaşık %1.5 krom içerir ve indirgeyici asitlerde çalışır, oksitleyiciye karşı savunması yoktur. C-276 %16, C-22 %22 içerir ve bu iki rakam arasındaki fark,