Hastelloy B-3 vs B-2 w kwasie solnym: lepsza podatność na obróbkę i odporność na korozję

Czym są Hastelloy B-3 i B-2 i czym różnią się ich składy?

Obydwa B-3 i B-2 są prawie czystymi stopami niklowo-molibdenowymi i prawie nie zawierają chromu, ale B-3 podnosi zawartość molibdenu nieco w górę i dodaje niewielki, ściśle kontrolowany dodatek wolframu oraz zestaw pomniejszych pierwiastków (aluminium, tytan, niob, wanad, tantal, cyrkon), których prostszy skład chemiczny B-2 nie określa – zamierzony mechanizm metalurgiczny stojący za jego poprawioną stabilnością.

Źródło: Arkusz danych o składzie nominalnym Haynes International, stop HASTELLOY B-3; Broszura techniczna Haynes International H-2006D, stop HASTELLOY B-2 (©1997).

Obydwa stopy z założenia prawie nie zawierają chromu--, co jest odwrotną strategią w porównaniu ze stopami typu C-i G-opisanymi w innych częściach tej serii. Jest to zamierzone: ochronna warstwa tlenku chromu nie zwiększa odporności na korozję w czystym,-nieutleniającym kwasie solnym, natomiast B-3 i B-2 opierają się zamiast tego na niklu i molibdenie w roztworze stałym. Prawdziwą historią w tabeli składu nie są główne pierwiastki, które są prawie identyczne, ale mniejsze: małe, celowe dodatki B-3 istnieją specjalnie po to, aby zmienić, która faza międzymetaliczna tworzy się podczas ogrzewania stopu i jak szybko.

Dlaczego opracowano B-3 — jaki problem tak naprawdę rozwiązuje?

B-3 nie został opracowany w celu naprawienia osłabienia korozyjnego w czystym kwasie solnym - B-2 był już tam doskonały - został opracowany w celu usunięcia niestabilności metalurgicznej: B-2 ma skłonność do wytrącania kruchej, szkodliwej fazy podczas spawania, formowania na gorąco i długotrwałego narażenia na podwyższoną temperaturę, a amerykańska literatura patentowa potwierdza, że ​​ta sama faza pogarsza odporność na korozję, a także plastyczność.

Własna literatura techniczna firmy Haynes International opisuje ten mechanizm bezpośrednio: zawartość molibdenu, która nadaje stopom z rodziny B-odporność na kwas solny, stwarza również „silną tendencję do tworzenia się w mikrostrukturze faz innych niż pożądana (-centrowana sześcienna) faza gamma, szczególnie w zakresie temperatur od 500 do 900 stopni”. W B-2 powstającą fazą jest Ni4Mo, która tworzy się szybko.

Niezależnie, amerykańska literatura patentowa opisująca historię rozwoju stopu potwierdza, że ​​następnie stwierdzono, że B-2 „jest podatny na reakcje porządkujące o długim-zasięgu podczas krótkotrwałego-wystawienia na temperatury w zakresie 600-800 stopni” oraz że „oprócz pogorszenia wytrzymałości mechanicznej, stwierdzono, że fazy powstałe w wyniku tych reakcji mają również niekorzystny wpływ na odporność na korozję”. Poprawka inżynieryjna B-3 - przesunięcia molibdenu i dodatków mniejszych pierwiastków z powyższej tabeli została zaprojektowana specjalnie tak, aby zamiast tego faworyzować wolniej tworzącą się fazę Ni3Mo.

Jak porównują się B-3 i B-2 pod względem stabilności termicznej i strukturalnej?

Opublikowane przez Haynes International dane dotyczące czasu-temperatury-transformacji (TTT) pokazują, żeStop B-2tworząc szkodliwe ilości Ni4Mo szybko w temperaturze około 750 stopni, podczas gdy B-3 potrzebuje kilku godzin w temperaturze około 650 stopni, aby rozwinąć szkodliwe fazy -, co jest rzeczywistym i powtarzalnym ulepszeniem, chociaż literatura patentowa-stron trzecich ostrożnie opisuje to jako „nieco wyższą” stabilność termiczną osiągniętą poprzez „nieznaczne spowolnienie kinetyki” tej samej reakcji podstawowej, a nie całościową przebudowę, która eliminuje ryzyko.

Źródło: Haynes International, wykres i dyskusja-temperatury-transformacji (TTT), arkusz danych stopu HASTELLOY B-3; potwierdzone przez literaturę patentową USA dotyczącą historii rozwoju stopu niklu i molibdenu.

Broszura B-2 firmy Haynes International dodaje bezpośrednio istotną, precyzyjnie sformułowaną przestrogę: narażenia B-2 na temperatury od 1000 stopni F do 1600 stopni F (538-870 stopni) „należy unikać ze względu na zmniejszenie plastyczności stopu” - szerokiego i wysokiego na 332 stopnie - strefa zakazu,-którą producenci muszą uwzględnić w projektowaniu dowolnej operacji, nie tylko spawania. Węższy, później-zaczynający się i znacznie wolniej- rozwijający się nosek wytrącania B-3 w przypadku B-węższy, później{18}}zaczynający się i znacznie wolniejszy-rozwijający się nos wydzieleniowy daje wytwórcom znacznie większy margines: więcej czasu w spoinie wielościegowej, większa tolerancja dla przerywanego wyżarzania i ogólnie szersze praktyczne okno przetwarzania, mimo że sam B-3 nadal wymaga kontrolowanego wyżarzania w piecu (szybkie nagrzewanie, precyzyjna kontrola temperatury, szybkie chłodzenie) i ponownego wyżarzania po pracy na zimno przekraczającej około 7% wydłużenie włókien zewnętrznych.

Jak porównują się B-3 i B-2 pod względem odporności na kwas solny?

Obydwa stopy zapewniają wyjątkową, zasadniczo porównywalną odporność na czysty, niezanieczyszczony kwas chlorowodorowy w całym praktycznym zakresie stężeń aż do temperatury wrzenia. W pełni opublikowane dane B-3 pokazują szybkość korozji od 0,01 do 0,29 mm/rok dla 1-20% wrzącego HCl, co mieści się w granicach długoletniego, szeroko udokumentowanego poziomu referencyjnego B-2 wynoszącego w ogóle poniżej 20 mpy (0,51 mm/rok). stężeniach i temperaturach aż do wrzenia w nie napowietrzonym, niezanieczyszczonym kwasie.

Źródło: Tabela korozji kwasu solnego Haynes International, arkusz danych stopu HASTELLOY B-3; Benchmark Hastelloy B-2 udokumentowany w historycznej literaturze Haynes B-2 i potwierdzony w niezależnych dokumentach patentowych i branżowych źródłach technicznych. Obecna internetowa biblioteka techniczna Haynes International nie publikuje już tabeli korozji w zależności od stężenia dla B-2, dlatego jej dane podano tutaj w rezolucji, którą wspiera własna dokumentacja historyczna Haynesa.

Praktyczny wniosek jest taki, że sama odporność na kwas solny nie jest różnicą między tymi dwoma stopami. - oba zostały-skonstruowane specjalnie-dla dokładnie tego środowiska i oba doskonale się w nim sprawdzają. Granica stężenia 20% w tych tabelach to azeotrop HCl, powyżej którego badania laboratoryjne w szklanej-kolbie stają się niewiarygodne, ponieważ z roztworu testowego ulatnia się gazowy chlorowodór; nie stanowi to ograniczenia rzeczywistego działania żadnego ze stopów-w stężonym kwasie.

Czy B-3 i B-2 tolerują zanieczyszczenia utleniające w kwasie solnym?

Nie, oba stopy mają te same podstawowe ograniczenia, które są bezpośrednią konsekwencją prawie-zerowej zawartości chromu: nawet śladowe jony żelaza (Fe3+) lub miedzi (Cu2+), które mogą tworzyć się, gdy kwas chlorowodorowy styka się z rurami żelaznymi lub miedzianymi w innym miejscu instalacji, mogą spowodować szybkie uszkodzenie korozyjne zarówno w B-3, jak i B-2.

Firma Haynes International publikuje wykres pokazujący dokładnie, jak gwałtownie wzrasta szybkość korozji B-3 wraz ze wzrostem zanieczyszczenia jonami żelaza i miedzi we wrzącym 2,5% HCl, a jej historyczna literatura B-2 podaje to samo ostrzeżenie niemal dosłownie: B-2 „nie jest zalecany w obecności soli żelaza lub miedzi, ponieważ sole te mogą powodować szybką korozję”. To nie jest rozróżnienie B-3-w porównaniu-B-2 – to wspólna granica całej rodziny stopów niklowo-molibdenowych. Jeżeli obsługa kwasu solnego obejmuje zanieczyszczenia utleniające, mieszane kwasy lub okresowe napowietrzanie, bardziej odpowiednią specyfikacją jest stop zawierający chrom, taki jak C-276, C-22 lub HYBRID-BC1; B-3 i B-2 powinny być zarezerwowane dla czystego, redukującego, nie napowietrzonego kwasu.

Jak wypada porównanie B-3 i B-2 w kwasach siarkowych, fosforowych i innych kwasach nieutleniających?

W pełni opublikowane dane B-3 potwierdzają doskonałą odporność na kwas siarkowy i fosforowy w prawie wszystkich stężeniach i temperaturach, przy szybkości korozji na ogół wynoszącej 0,15 mm/rok poza najcięższymi, prawie wrzącymi i silnie stężonymi kwasami siarkowymi; W niezależnej literaturze technicznej udokumentowano, że B-2 ma tę samą szeroką odporność na-utleniające-kwasy, chociaż firma Haynes nie publikuje już pasujących do niego tabel stężenia po stężeniu.

Źródło: Tabele korozji dotyczące kwasu siarkowego, kwasu fosforowego i roztworów-klasy-odczynników Haynes International, arkusz danych stopu HASTELLOY B-3.

Gwałtowny skok przy wrzącym kwasie siarkowym o temperaturze 80% (4,76 mm/r) jest użytecznym i rzetelnym punktem danych: B-3, podobnie jak B-2, jest stopem kwasu redukującego-, a jego rezystancja spada poza zamierzonym oknem stężenia, gdy kwas siarkowy osiągnie najbardziej utleniające,-najwyższe-warunki punktu wrzenia. Własne diagramy izokorozyjne B-3 dla kwasu siarkowego wyraźnie przestają przewidywać niezawodne zachowanie powyżej krzywej temperatury wrzenia właśnie z tego powodu.

Jak spawanie wpływa na odporność na korozję w praktyce?

Opublikowane przez B-3 dane dotyczące spoin-metalu-w porównaniu-kutego-nieszlachetnego-metalu nie wykazują prawie żadnych mierzalnych różnic w kilku kluczowych kwasach -, w tym identyczne szybkości korozji metalu spoiny i kutego metalu nieszlachetnego zarówno w 5%, jak i 10% wrzącym-równoważniku kwasu solnego -, co jest najjaśniejszym dostępnym dowodem na to Poprawiona stabilność termiczna B-3 rzeczywiście przekłada się na lepszą wydajność po spawaniu.

Źródło: Dane dotyczące korozji-spawów-metali wszystkich-spoin- firmy Haynes (wielo-przepustów GMAW w kształcie krzyża) w porównaniu z kutymi-metalami nieszlachetnymi, arkusz danych stopu HASTELLOY B-3.

Firma Haynes International nie publikuje w swojej aktualnej bibliotece technicznej równoważnej tabeli spoin-metalu-w porównaniu-kutego dla B-2. Biorąc pod uwagę znaną podatność B-2 na szybsze tworzenie się Ni4Mo w tym samym zakresie temperatur, przez które przechodzi spawanie, wytwórcy pracujący z B-2 powinni położyć większy nacisk na ścisłą kontrolę temperatury międzyściegowej i opierać się na własnych historycznych wskazówkach Haynesa dotyczących-wyżarzania komponentów B-2 odrabianych na zimno przed spawaniem, gdy wydłużenie pracy na zimno przekracza około 7%, ponieważ stop „jest bardzo podatny na pękanie w obszarze spawania”, jeśli ten etap jest pomijane – wskazówki pojawiające się w aktualnej literaturze Haynesa na temat B-3 niemal dosłownie, podkreślające, że jest to środek ostrożności obejmujący całą rodzinę, a nie środek stosowany wyłącznie w przypadku któregokolwiek ze stopów.

Jak wypada porównanie B-3 i B-2 pod względem odporności na pękanie korozyjne naprężeniowe?

B-3 ma bezpośrednio opublikowane wyniki: brak pęknięć po 1008 godzinach (sześć tygodni) we wrzącym 45% chlorku magnezu (ASTM G36), co plasuje go obok C-276 i stopu 625 jako jeden z najbardziej odpornych na SCC-materiałów w testach Haynesa; Niezależne źródła techniczne dokumentują, że B-2 charakteryzuje się doskonałą odpornością na chlorki i SCC, zgodną z ogólną odpornością rodziny niklowo-molibdenowej na ten tryb awarii, chociaż aktualna literatura Haynesa nie podaje numeru odpowiadającego konkretnie B-2.

Źródło: dane dotyczące pękania korozyjnego- firmy Haynes International (wrzenie 45% MgCl2, ASTM G36), arkusz danych stopu HASTELLOY B-3.

Należy zauważyć, że Haynes nie publikuje danych dotyczących krytycznych temperatur wżerów i szczelin ASTM G48 (standardowy punkt odniesienia stosowany dla stopów typu C- i typu G- w innych częściach tej serii) ani dla B-3, ani B-2. Nie jest to przeoczenie: ASTM G48 wykorzystuje zakwaszony chlorek żelaza, utleniającą sól chlorkową, która mieści się w granicach ograniczeń zanieczyszczeń omówionych powyżej. Ponieważ stopy z rodziny B nie są przede wszystkim przeznaczone do utleniania chlorków, Haynes nie porównuje ich z testem opartym dokładnie na tych warunkach.

Jak porównują się właściwości produkcyjne i-gorące okna robocze?

Obydwa stopy wyżarzają się w tej samej temperaturze i wymagają hartowania w wodzie, ale zalecany przez B-3 zakres-kucia na gorąco mieści się całkowicie powyżej strefy ryzyka-wytrącania się, podczas gdy oficjalne wytyczne B-2 wymagają całkowitego unikania szerokiego zakresu 538–870 stopni – jest to bardziej rygorystyczne i szersze ograniczenie, które niezależne źródła branżowe konsekwentnie opisują jako sprawiające, że B-2 jest bardziej problematyczny w produkcji.

Źródło: dane Haynes International dotyczące rozciągania, twardości i produkcji, arkusz danych stopu HASTELLOY B-3; Broszura techniczna Haynes International H-2006D, stop HASTELLOY B-2, zawierająca wskazówki dotyczące wyżarzania i obróbki na gorąco.

Tam, gdzie w aktualnej literaturze firmy Haynes nie publikuje się bezpośrednio porównywalnej wartości B-2, tabela ta mówi to wyraźnie, zamiast zastępować szacunki. - B-2 został faktycznie zastąpiony przez B-3 jako standardowa oferta firmy Haynes w zakresie niklu i molibdenu, a szczegółowe tabele właściwości mechanicznych B-2 nie są już częścią aktualnej internetowej biblioteki technicznej firmy.

Które normy ASTM, ASME i AWS regulują B-3 i B-2?

B-3 zawiera pełniejszy, obecnie utrzymywany zestaw specyfikacji niż dotychczasowa dokumentacja B-2 – w tym dedykowaną specyfikację odkuwek (ASTM B564), której nie wymienia broszura Haynesa B-2 – co ma bezpośrednie znaczenie dla zamówień w każdym projekcie wymagającym kutych złączek, kołnierzy lub korpusów zaworów.

Źródło: tabela „Specyfikacje i kody” Haynes International, arkusz danych stopu HASTELLOY B-3; Broszura techniczna Haynes International H-2006D, stop HASTELLOY B-2.

Który stop wybrać do obsługi kwasu solnego?

Określ B-3 dla nowych konstrukcji,-produkcji grubych-profilów, spawania-w wielu przejściach i wszelkich zastosowań wymagających elementów kutych; B-2 pozostaje technicznie rozsądnym wyborem w przypadku istniejących już systemów, pod warunkiem, że procedury spawania i obróbki cieplnej uwzględniają węższe, lepiej udokumentowane ograniczenia przetwarzania.

• Wybierz B-3 dla:Nowe zbiorniki reakcyjne, kolumny i systemy rurociągów do czystego kwasu solnego lub siarkowego, gdzie szerszy margines przetwarzania zmniejsza ryzyko produkcji i przeróbek.
• Wybierz B-3 dla:Zbiorniki-o grubym przekroju i wielo-spoiny polowe, w których trudniej jest ograniczyć skumulowaną ekspozycję na ciepło w zakresie 500–900 stopni.
• Wybierz B-3 dla:Komponenty kute - kołnierze, złączki, korpusy zaworów -, ponieważ B-3 posiada aktualną specyfikację odkuwek ASTM B564, a dotychczasowa dokumentacja B-2 nie.
• Wybierz B-3 dla:Projekty wymagające w pełni udokumentowanych, aktualnie utrzymywanych danych mechanicznych i korozyjnych w celu zapewnienia zgodności z projektem i przepisami.
• Wybierz B-2 dla:Istniejące zakłady i programy części zamiennych są już wykwalifikowane, spawane i magazynowane w B-2, gdzie zmiana stopów zwiększa złożoność zaopatrzenia bez konieczności powodowania korozji.
• Wybierz B-2 dla:Części zamienne do starszego sprzętu, w przypadku którego ugruntowana-ugruntowana, kilkudziesięcioletnia historia firmy B-2 w terenie sama w sobie jest formą kwalifikacji.

W obu przypadkach należy pamiętać, że żaden stop nie nadaje się do kwasu solnego zanieczyszczonego solami utleniającymi, strumieni mieszanych kwasów utleniających/redukujących lub układów z okresowym napowietrzaniem - ta granica dotyczy w równym stopniu B-3 i B-2, a przekroczenie jej wymaga zamiast tego stopu zawierającego chrom, takiego jak C-276, C-22 lub HYBRID-BC1.

Często zadawane pytania

P: Jaka jest główna różnica między Hastelloy B-3 i B-2?

A: B-3 (UNS N10675) nieznacznie przesuwa zawartość molibdenu i dodaje niewielkie ilości wolframu i innych mniejszych pierwiastków, których B-2 (UNS N10665) nie określa, faworyzując wolniej-tworzącą się fazę Ni3Mo zamiast szybciej tworzącego się Ni4Mo B-2. Daje to B-3 szersze, bardziej wyrozumiałe okno obróbki cieplnej bez zmiany podstawowej odporności żadnego stopu na czysty kwas solny.

P: Czy B-3 jest bardziej odporny na korozję niż B-2 w kwasie solnym?

A: Niezbyt dramatycznie - oba stopy zapewniają wyjątkową odporność na czysty, niezanieczyszczony kwas solny we wszystkich stężeniach aż do temperatury wrzenia. Prawdziwą zaletą B-3 jest stabilność termiczna i strukturalna, która pośrednio chroni odporność na korozję poprzez zmniejszenie ryzyka kruchej przemiany fazowej, która według literatury patentowej pogarsza odporność na korozję B-2, a także ciągliwość.

P: Czy Hastelloy B-3 lub B-2 można stosować z kwasem solnym zanieczyszczonym żelazem lub miedzią?

A: Nie. Obydwa stopy mogą szybko ulec korozji w obecności jonów żelaza lub miedzi, które mogą powstawać, gdy kwas solny wchodzi w kontakt z rurami żelaznymi lub miedzianymi w innym miejscu instalacji. Jest to wspólne ograniczenie całej rodziny stopów- niezawierających chromu i niklu-molibdenu, a nie rozróżnienie B-3 i B-2.

P: Czy B-3 i B-2 wymagają obróbki cieplnej po spawaniu?

A: Żaden z nich nie wymaga PWHT w celu zapewnienia odporności na korozję w normalnych warunkach, ale oba są wrażliwe na długotrwałe narażenie w zakresie 500-900 stopni. Wolniejsza kinetyka wydzieleń B-3 daje producentom większy margines podczas wielościegowego spawania i wyżarzania; B-2 wymaga bardziej rygorystycznej kontroli temperatury międzyściegowej i, zgodnie z historycznymi wytycznymi Haynesa, wyżarzania przesycającego przed spawaniem elementów obrabianych na zimno z wydłużeniem większym niż około 7%.

P: Czy Hastelloy B-2 jest nadal dostępny, czy został zastąpiony przez B-3?

A: B-2 pozostaje uznanym stopem UNS (N10665) i nadal jest produkowany i magazynowany przez dostawców, ale firma Haynes International umieściła B-3 jako standardową ofertę stopów niklowo-molibdenowych od 1994 r. i nie utrzymuje już B-2 w swoim obecnym internetowym portfolio stopów odpornych na korozję, publikując jedynie historyczną/starszą literaturę techniczną na ten temat.

P: Czy B-3 i B-2 nadają się do elementów kutych?

A: B-3 zawiera aktualną specyfikację odkuwek ASTM/ASME B564/SB564. Broszura B-2 starszej wersji firmy Haynes nie zawiera specyfikacji odkuwek, dlatego B-3 jest prostszym wyborem specyfikacji dla kutych kołnierzy, złączek i korpusów zaworów.