Hastelloy C276 vs C22: Porównanie odporności na korozję w kwasach utleniających i redukujących

Hastelloy C276 i Hastelloy C22 to dwa najczęściej określane składniki rodziny stopów niklu-chromu-molibdenu (Ni-Cr-Mo) i często są ze sobą mylone, ponieważ mają wspólne pochodzenie, podobne właściwości mechaniczne i nakładające się specyfikacje ASTM. W praktyce oba stopy zostały zaprojektowane w celu rozwiązania różnych problemów związanych z korozją, a wybór niewłaściwego stopu dla danego środowiska kwaśnego może skrócić żywotność z dziesięcioleci do miesięcy.

W tym przewodniku porównano Hastelloy C276 (UNS N10276) i Hastelloy C22 (UNS N06022) pod względem składu, działania-kwasu utleniającego, działania kwasu{{5}redukującego, odporności na korozję lokalną, właściwości mechanicznych i obowiązujących norm, a następnie zamyka się listą kontrolną wyboru i często zadawanymi pytaniami, dzięki czemu zespoły zaopatrzeniowe i inżynieryjne mogą z pewnością określić właściwy gatunek.

Jakie różnice chemiczne oddzielają Hastelloy C276 i C22?

Hastelloy C22 został opracowany jako bezpośrednia ewolucja C276, zamieniając część wolframu i żelaza C276 na dodatkowy chrom i molibden -, co przywróciło równowagę, która zamyka jedną istotną słabość C276: wydajność w silnie utleniających kwasach.

Obydwa stopy mają ten sam szkielet niklowo-chromowy-molibdenowy i podlegają tej samej rodzinie specyfikacji ASTM/ASME (B574, B575, B564, B619, B622, B626, B366), ale ich filozofie tworzenia stopów różnią się w jeden celowy sposób: projektanci C22 podnieśli sufit chromowany z około 16% do nawet 22,5% i odpowiednio zmniejszono zawartość wolframu i żelaza. Ta pojedyncza zmiana jest podstawową przyczyną wszystkich różnic w wydajności omawianych w tym artykule.

Źródło: Wartości graniczne składu nominalnego ASTM B575 / ASME SB575 dla UNS N10276 i UNS N06022, zgodnie z tabelą Corrosion Materials Inc. oraz wieloma arkuszami danych walcowni-odnoszącymi się do ASTM.

Dlaczego Hastelloy C22 przewyższa C276 w kwasach utleniających?

C22 wygrywa w kwasach utleniających, ponieważ chrom -, a nie molibden - jest pierwiastkiem, który tworzy i utrzymuje cienką pasywną warstwę-tlenku chromu, której potrzebują gatunki utleniające, aby zachować ochronę, a nie agresywność.

W kwasie utleniającym, takim jak kwas azotowy, sam kwas zapewnia siłę utleniającą, która utrzymuje nienaruszoną warstwę tlenku chromu; wyższa zawartość chromu po prostu daje stopowi więcej surowca do budowy i naprawy tej powłoki. Zawartość chromu w C276 jest niższa od zawartości chromu w C22 o około sześć punktów procentowych, co wystarczy, aby pozostawić go wyraźnie zdeklasowanym w chemikaliach silnie utleniających, mimo że oba stopy zostały pierwotnie zaprojektowane w oparciu o tę samą strategię redukcji kwasów opartą na molibdenu-.

Źródło: Porównania-zachowania korozyjnego na podstawie danych technicznych stopu Haynes/Hastelloy (arkusze danych stopu C276 i stopu 22), wskazówek technicznych NeoNickel, MWalloys i Western Forge & Flange dotyczących wyboru stopu Ni{3}}Cr-Mo.

Dlaczego Hastelloy C276 pozostaje punktem odniesienia w redukcji kwasów?

C276 pozostaje standardowym stopem referencyjnym do kwasów redukujących - przede wszystkim kwasu chlorowodorowego -, ponieważ jego wyższa zawartość połączonego molibdenu-plus-wolframu chroni powierzchnię metalu po rozpadzie warstwy pasywnej, co dokładnie ma miejsce w przypadku silnie redukującego kwasu.

Kwasy redukujące, takie jak kwas solny, nie zapewniają siły utleniającej potrzebnej do utrzymania filmu-tlenku chromu, więc chrom ma stosunkowo niewielki udział w tym trybie. Odporność na korozję zależy natomiast od molibdenu i wolframu, które są odporne na aktywne rozpuszczanie gołej powierzchni metalu. Ponieważ formuła C276 zawierała najwyższą zawartość Mo+W ze wszystkich stopów z rodziny C-, zgromadziła ponad pięćdziesiąt lat danych terenowych dotyczących kwasu solnego, redukującego kwasu siarkowego i kwasu fosforowego i często jest bardziej ekonomicznym wyborem, gdy chemia procesu stale się zmniejsza.

Źródło: Ograniczenie-zakresów szybkości korozji kwasowej opracowane na podstawie danych technicznych Haynes International Alloy C276 i wskazówek dotyczących zgodności chemicznej-globo Alloy Hastelloy C276; Zachowanie kwasu-organicznego i fosforowego-potwierdzone w wielu arkuszach danych technicznych młyna.

Jak te dwa stopy wypadają w porównaniu w mieszanym-środowisku kwasowym i zmiennym?

C22 jest bezpieczniejszym rozwiązaniem domyślnym w przypadku mieszanej-kwasowej i zmiennej-chemii, ponieważ wyższa zawartość chromu zwiększa jego margines po stronie utleniającej bez istotnego pogarszania wydajności po stronie redukującej.

Większość rzeczywistych-awarii korozyjnych nie występuje w podręcznikowym środowisku jedno-kwasowym; występują one w strumieniach mieszanych kwasów, w warunkach zdenerwowania lub w procesach, w których stężenie utleniacza zmienia się w czasie. Typowymi przykładami są: ług odsiarczania gazów spalinowych (FGD),-filtrat bielenia masy celulozowej i kąpiele trawiące. W przypadku tych usług praktyczne ryzyko polega na tym, że strumień, który przyjmuje się za redukujący, podczas spęczenia na krótko zmieni się w utleniający (lub odwrotnie), a stop będzie potrzebował marginesu stabilności po obu stronach. Zrównoważony skład chemiczny C22, ale zawiera-chromu, zapewnia mu ten dwustronny- margines, dlatego często jest on stosowany do wewnętrznych elementów pochłaniaczy FGD i innych środowisk wielo-kwasowych, mimo że C276 byłby odpowiedni - i tańszy - dla nominalnego, ustalonego-stanu chemicznego.

Dobrze-znaną ilustracją jest roztwór testowy „Zielona śmierć” (mieszanina chlorków siarki, chlorowodoru, żelaza i miedzi stosowana do symulacji najbardziej agresywnych warunków płuczki FGD): oba stopy wytrzymują to znacznie lepiej niż austenityczne stale nierdzewne, takie jak typ 316, ale wyższa zawartość chromu i molibdenu w C22 generalnie zapewnia szersze okno stabilności, gdy zawartość utleniacza w ługu płuczki jest nieprzewidywalna.

Który stop zapewnia lepszą odporność na korozję wżerową i szczelinową?

Hastelloy C22 ogólnie zapewnia równą lub lepszą odporność na korozję wżerową i szczelinową w środowiskach utleniających chlorków, dzięki wyższej łącznej zawartości chromu, molibdenu i wolframu.

Miejscową korozję - wżery i ataki szczelinowe - ocenia się za pomocą testów takich jak ASTM G48 (zanurzenie w chlorku żelaza) i duży wpływ na nią ma łączny poziom chromu, molibdenu i wolframu, czyli tych samych pierwiastków, które dominują w ogólnej odporności na kwasy utleniające-. Ponieważ C22 zawiera więcej wszystkich trzech w porównaniu z C276, zazwyczaj rejestruje równą lub wyższą krytyczną temperaturę wżerów (CPT) i krytyczną temperaturę szczeliny (CCT) w chlorku żelaza i innych agresywnych mediach utleniających zawierających-chlorki. Jednakże oba stopy w tym teście z łatwością przewyższają nawet wysokostopowe austenityczne i super{9}}austenityczne stale nierdzewne (316L, 904L, 254SMO) i oba są uważane za zasadniczo odporne na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe ze względu na wysoką zawartość niklu.

Czy właściwości mechaniczne lub spawalność różnią się znacząco?

Nie, - te dwa stopy są-prawie identyczne pod względem wytrzymałości, twardości i spawalności; cała decyzja o wyborze sprowadza się do składu chemicznego korozji, a nie właściwości mechanicznych.

Obydwa stopy są dostarczane i kwalifikowane w stanie-wyżarzonym i są w pełni austenitycznymi, jednofazowymi stopami-o zasadniczo wymiennych minimalnych właściwościach mechanicznych zgodnie z ASTM B575/ASME SB575. Obydwa są odporne na tworzenie się ziaren-węglika granicznego i wydzieleń międzymetalicznych w-strefie wpływu ciepła spoiny na tyle dobrze, że można je stosować w stanie-po spawaniu bez-obróbki cieplnej po spawaniu (PWHT) w większości zastosowań -, co stanowi główną przewagę produkcyjną w porównaniu ze starszymi stopami Ni-Cr-Mo, które wymagały wyżarzania rozpuszczającego po każdym przejściu spoiny.

Źródło: Minimalne właściwości mechaniczne zgodnie z ASTM B574/B575 i ASME SB574/SB575; Oznaczenia wypełniaczy AWS według AWS A5.14 (goła) i A5.11 (elektroda otulona).

Jakie obowiązujące normy i certyfikaty mają zastosowanie do obu stopów?

Obydwa stopy mają tę samą rodzinę specyfikacji-formy produktu ASTM/ASME i te same wymagania-certyfikacji walcowni, więc dokumentacja projektu nie zmienia się w zależności od wybranego gatunku - zmieniają się jedynie skład i wyniki testów podane w certyfikacie.

Który stop wybrać dla swojego zastosowania?

Określ Hastelloy C22, gdy dominujący-przypadek chemiczny ma charakter utleniający lub jest nieprzewidywalny; należy wybrać Hastelloy C276, gdy skład chemiczny stale się zmniejsza, a koszty mają znaczenie.

Wybierz Hastelloy C22, gdy:

• Płyn procesowy zawiera kwas azotowy, chlorek żelazowy, chlorek miedziowy lub inne silne środki utleniające
• Dwutlenek chloru, podchloryn lub mokry chlor gazowy występują w środowisku kwaśnym
• Skład strumienia jest zmienny, słabo scharakteryzowany lub podlega warunkom zakłócającym, które mogą przesunąć go w kierunku chemii utleniającej
• Odporność na korozję wżerową i szczelinową w środkach utleniających zawierających chlor-jest głównym rodzajem awarii
• Specyfikacja wymaga najszerszego możliwego marginesu korozji, a budżet pozwala na skromną premię kosztową

Wybierz Hastelloy C276, gdy:

• Płyn procesowy stale redukuje kwas solny -, redukujący kwas siarkowy lub łagodne kwasy organiczne (mrówkowy, octowy, szczawiowy)
• Zastosowanie to mokry chlor, podchloryn lub dwutlenek chloru bez znacznego narażenia na działanie-kwasów utleniających
• W przypadku krytycznego,-długo wiodącego projektu cenione są pięćdziesiąt-letnie doświadczenie w terenie oraz szeroka znajomość huty/producentów
• Budżet faworyzuje tańszego-członka rodziny C-w przypadku dobrze-charakteryzowanego, stabilnego-strumienia procesów

W razie wątpliwości:

Przed ostatecznym wyborem materiału zlecić badanie próbne korozji (ASTM G28/G48 lub-specyficzny dla zakładu test zanurzeniowy) w rzeczywistym płynie procesowym. Opublikowane dane-o szybkości korozji to narzędzie przesiewowe, a nie substytut testowania rzeczywistego, zanieczyszczonego, wielo-strumienia, który faktycznie będzie widział sprzęt.

Jak porównać koszt i dostępność?

Hastelloy C22 zazwyczaj charakteryzuje się wyższą ceną o 5–15% w porównaniu z Hastelloy C276 w równoważnych postaciach produktu, co odzwierciedla wyższą zawartość chromu i molibdenu oraz węższe, ściślej kontrolowane okno składu.

Obydwa stopy są szeroko zaopatrzone w blachy, arkusze, pręty, rury i złączki w głównych centrach serwisowych-stopów niklu, więc czas realizacji rzadko jest decydującym czynnikiem. Ponieważ różnica w cenie jest niewielka w porównaniu z kosztem nieplanowanego przestoju lub awarii-spowodowanej korozją, koszt powinien rozstrzygać-dopiero wtedy, gdy chemia korozji wyraźnie wykluczy żaden stop - ani główny czynnik decydujący o wyborze.

Często zadawane pytania

P: Czy Hastelloy C22 jest po prostu „lepszą” wersją Hastelloy C276?

A: Nie. C22 jest lepszy w utlenianiu kwasów i utlenianiu soli chlorkowych, ale C276 pozostaje bardziej ustalonym i często-tańszym wyborem do konsekwentnej redukcji kwasów, takich jak kwas chlorowodorowy. Żaden stop nie dominuje nad drugim we wszystkich substancjach chemicznych.

P: Czy Hastelloy C276 i C22 można zespawać ze sobą lub zmieszać w tym samym systemie?

A: Tak. Obydwa można łatwo spawać ze sobą oraz z większością innych Ni-Cr-Mo i austenitycznych stopów stali nierdzewnej przy użyciu dopasowanego lub nadstopowego metalu dodatkowego (zwykle ERNiCrMo-4 lub ERNiCrMo-10). Systemy mieszane ze stopami są powszechne, gdy w różnych strefach procesu występują różne składy chemiczne.

P: Czy któryś ze stopów wymaga obróbki cieplnej-po spawaniu?

A: Generalnie nie. Obydwa są odporne na wytrącanie się-granicznych ziaren w-strefie wpływu ciepła na tyle dobrze, że można je stosować w stanie-pospawanym w przypadku większości usług. PWHT można nadal stosować ze względu na-odprężenie w grubych przekrojach lub ze względu na-specyficzne wymagania projektowe.

P: Który stop jest bardziej odporny na kwas fluorowodorowy?

A: Żaden stop nie jest materiałem-pierwszego wyboru w przypadku agresywnego kwasu fluorowodorowego; oba wykazują jedynie umiarkowany opór, który jest silnie zależny od stężenia, temperatury i napowietrzenia. Specjalistyczne stopy lub wykładziny niemetalowe- są zazwyczaj oceniane pod kątem ciężkich zastosowań związanych z wysoką częstotliwością.

P: Czy PREN (liczba równoważna rezystancji wżerowej) jest używana do porównywania C276 i C22?

A: PREN został opracowany dla stali nierdzewnych i duplex i nie jest standardowym miernikiem dla stopów Ni-Cr-Mo, których odporność na wżery ocenia się bezpośrednio na podstawie krytycznych temperatur wżerów i szczelin ASTM G48. Porównania oparte na wzorach PREN-stali nierdzewnej mogą wprowadzać w błąd w przypadku tej rodziny stopów.

P: Czy C276 i C22 zachowują się tak samo w wodzie morskiej?

A: Obydwa są uważane za zasadniczo obojętne w otaczającej wodzie morskiej i solance ze względu na wysoką zawartość niklu, chromu, molibdenu i wolframu i oba są szeroko stosowane w wodzie morskiej i transporcie morskim; C22 zazwyczaj wykazuje nieznacznie wyższą krytyczną temperaturę wżerów w wodzie morskiej chlorowanej lub o podwyższonej-temperaturze.