Incoloy 825 Odporność na korozję w kwasie siarkowym: izo-krzywe korozji i wartości graniczne stężeń

Wstęp

Kwas siarkowy jest jedną z najczęściej używanych chemikaliów przemysłowych na świecie, a także jednym z bardziej skomplikowanych kwasów, dla których należy wybrać materiał, ponieważ jego korozyjny charakter faktycznie zmienia się wraz ze stężeniem. Według dystrybutora stopu Langley Alloys, stop INCOLOY 825 został wprowadzony na rynek w 1952 r., zbudowany specjalnie na bazie stopu 800 z dodatkami miedzi w celu poprawy odporności na kwasy redukujące, takie jak kwas siarkowy -. Twierdzenie to jest zgodne z opisem metalurgicznej roli miedzi w dzisiejszym stopie firmy Special Metals Corporation.

W tym artykule wykorzystano własne dane firmy Special Metals Corporation na temat korozji w wodzie - wykres izo-korozyjny producenta stopu 825 w kwasie siarkowym, opublikowane wyniki testów korozji w zakładach oraz rankingi porównawcze z innymi stopami niklu -, aby dać jasny, ilościowy obraz tego, gdzie dokładnie utrzymuje się odporność stopu 825 na kwas siarkowy, gdzie zmniejsza się ona i kiedy należy zastosować materiał wyższej-stopowej zamiast tego określono.

Co nadaje stopowi 825 odporność na kwas siarkowy?

Odporność stopu 825 na kwas siarkowy wynika ze specyficznej kombinacji pierwiastków stopowych: nikiel i molibden są odporne na działanie kwasu redukującego występującego w niskich-do-umiarkowanych stężeniach, chrom jest odporny na kwas utleniający występujący w wysokich stężeniach, a miedź -, która jest charakterystycznym dodatkiem stopu-, w szczególności ma na celu zmniejszenie ataku kwasu siarkowego i fluorowodorowego, któremu sam nikiel i molibden nie radzą sobie w pełni.

Kwas siarkowy nie zachowuje się jak pojedyncza, jednorodna substancja żrąca. Według własnego podręcznika dotyczącego korozji wodnej firmy Special Metals stężenie kwasu siarkowego zmniejsza się do około 25%; powyżej tego zaczyna nabierać właściwości utleniających; i stężony kwas o stężeniu powyżej 87% wagowych w temperaturze pokojowej -, najpopularniejszy gatunek handlowy - jest całkowicie utleniający. Oznacza to, że pojedynczy stop musi być odporny na dwa różne mechanizmy korozji, w zależności od tego, w jakim zakresie stężeń działa, a dobór stopu musi uwzględniać oba.

Ogólne wytyczne firmy Special Metals dotyczące pierwiastków stopowych bezpośrednio określają rolę każdego pierwiastka. Nikiel poprawia odporność na kwasy redukujące i zasady. Molibden poprawia odporność na kwasy redukujące oraz korozję wżerową i szczelinową w środowiskach-zawierających chlorki. Chrom poprawia odporność na utleniające środki korozyjne. Miedź poprawia odporność na kwasy redukujące, - zwłaszcza nie-napowietrzony kwas siarkowy i fluorowodorowy -, a dodatki miedzi w szczególności do stopów niklu-chromu-molibdenu- są opisywane jako zapewniające lepszą odporność na kwasy chlorowodorowy, fosforowy i siarkowy. Stop Alloy 825 zawierający w przybliżeniu 38–46% niklu, 19,5–23,5% chromu, 2,5–3,5% molibdenu i 1,5–3,0% miedzi jest skalibrowany tak, aby obejmował zarówno tryby redukujące, jak i utleniające kwasu siarkowego w jednym, spawalnym stopie-stabilizowanym tytanem.

Co właściwie pokazuje wykres-izokorozji stopu 825 w kwasie siarkowym?

Wykres izo{{0}korozyjny stopu 825 w kwasie siarkowym firmy Special Metals dzieli pole stężenia-w zależności od-temperatury na trzy pasma-szybkości korozji - poniżej 5 mpy, od 5 do 20 mpy i powyżej 20 mpy -, a strefa użytkowa stopu („bardzo dobra odporność”) obejmuje większość niskie-do{12}}stężeń średnich w umiarkowanej temperaturze, gwałtownie zawężające się, gdy zarówno stężenie, jak i temperatura zbliżają się do krzywej-temperatury wrzenia.

Wykres izo-korozji przedstawia szybkość korozji jako funkcję dwóch zmiennych jednocześnie: - stężenia kwasu (oś pozioma, 0–100% wag.) i temperatury (oś pionowa, od temperatury otoczenia do temperatury wrzenia kwasu przy każdym stężeniu). Linie na wykresie łączą punkty o jednakowej szybkości korozji, dlatego nazywane są liniami izo-korozji (tej samej-korozji). Odczytanie jednego jest proste: znajdź temperaturę procesu na osi pionowej i stężenie kwasu na osi poziomej; strefa, w której znajduje się punkt, wskazuje oczekiwany zakres szybkości korozji dla wyżarzonego stopu 825 w stosunkowo czystym,-niezanieczyszczonym kwasie.

Źródło: Special Metals Corporation,-High Performance Alloys for Resistance to Aqueous Corrosion (Aqueous Corrosion Handbook), Rysunek 2 -Izo-wykres korozji dla stopu INCOLOY 825 w kwasie siarkowym.

Firma Special Metals bezpośrednio określa praktyczną obwiednię roboczą stopu, zamiast wymagać od czytelnika wzrokowej interpolacji wykresu. W oparciu o wyniki testów i doświadczenie serwisowe, stop 825 powinien mieć bardzo dobrą odporność (poniżej 5 mpy) w roztworach kwasu siarkowego o stężeniu od 40% do 80% wagowo w temperaturze 120 stopni F (50 stopni). W tej samej publikacji zauważono, że odporność stopu rozciąga się w całym zakresie stężeń w temperaturach do 150 stopni F (65 stopni) i do 78% stężenia w temperaturze 176 stopni F (80 stopni).

Producent stara się dodać ważne zastrzeżenie bezpośrednio obok tych danych: poważne odchylenia od tego zachowania mogą wystąpić w obecności zanieczyszczeń, które są powszechne w przypadku kwasu-o średniej mocy w rzeczywistych procesach chemicznych. - Przypominamy, że wykresy izo-korozyjne opisują czysty lub prawie{{3}czysty{3}}kwas laboratoryjny, niekoniecznie warunki roślinne.

Źródło: Special Metals Corporation, Podręcznik korozji wodnej, tekst sekcji dotyczącej kwasu siarkowego towarzyszący rysunkowi 2.

Jak porównać rzeczywisty współczynnik korozji roślin z wykresem korozji izo-?

Rzeczywiste szybkości korozji w terenie dla stopu 825 w przemysłowym kwasie siarkowym i mieszanych-kwasach są w zdecydowanej większości udokumentowanych przypadków znacznie poniżej-konserwatywnego progu 5 mpy na wykresie - często o jeden lub dwa rzędy wielkości -, ponieważ większość rzeczywistych procesów przebiega z mniejszą efektywną intensywnością niż warunki laboratoryjne czystego-kwasu użyte do stworzenia wykresu izo-korozyjnego.

Special Metals publikuje obszerną tabelę wyników testów-korozyjnych w terenie dla stopu 825 w szerokim zakresie rzeczywistych środowisk roślinnych zawierających kwas siarkowy i mieszany-kwas, z których kilka przedstawiono poniżej. Schemat jest spójny: nawet kwasy w zakresie stężeń 40–90%+, w temperaturach znacznie wyższych od otoczenia, często powodują w trakcie eksploatacji szybkość korozji poniżej 1 mpy -. To przydatne przypomnienie, że wykres izo-korozyjny jest konserwatywnym narzędziem przesiewowym przy wyborze materiału, a nie precyzyjnym predyktorem szybkości korozji konkretnego zakładu.

Źródło: Special Metals Corporation, Podręcznik korozji wodnej, tabela 4 - Badania korozji roślinnej stopu INCOLOY 825 w roztworach kwasu siarkowego i mieszanych kwasów (wybór skrócony).

Warto zaznaczyć dwie pozycje, ponieważ ilustrują naprawdę użyteczną,-oczywistą kwestię: w 20% roztworze czyszczącym kwasu i 4% dichromianu sodu szybkość korozji (19 mpy) mieści się na granicy pasma „użytecznej rezystancji” pomimo stosunkowo rozcieńczonego kwasu, ponieważ dichromian jest silną solą utleniającą reagującą z chemią stopu dostosowaną częściowo do redukcji-kwasu. Jest to bezpośrednia,-rzeczywista demonstracja zależnego od stężenia-charakteru redukującego/utleniającego omówionego powyżej. - rozcieńczony kwas nie staje się automatycznie łagodnym kwasem po dodaniu zanieczyszczeń utleniających.

Jak stop 825 wypada w porównaniu z innymi stopami niklu w kwasie siarkowym?

W rozcieńczonym kwasie siarkowym (o stężeniu poniżej 50%) stop 825 zasadniczo zapewnia najlepszą odporność spośród linii stopów niklu firmy Special Metals, obok stopu INCONEL 686 i stopu INCONEL G-3; w stężonym kwasie (ponad 50%) stop 825 ustępuje stopom z wyższym-molibdenem i wyższą zawartością chromu 686, C-276, 622 i 625, w tej kolejności.

Firma Special Metals bezpośrednio klasyfikuje odporność swoich stopów na kwas siarkowy, stosując jako podstawę porównania linię izo-korozyjnej 20 mpy (0,51 mm/a), ponieważ łatwiej jest ustalić jedną-wartość progową dla wielu stopów niż porównywać pełne wykresy. Rankingi różnią się znacznie w zależności od tego, po której stronie przejścia redukującego/utleniającego kwasu siarkowego znajduje się zastosowanie -, co samo w sobie jest użytecznym i uczciwym wnioskiem: żaden pojedynczy stop w tej rodzinie nie jest bezwarunkowo „najlepszy” w całym zakresie stężeń.

Źródło: Special Metals Corporation, Podręcznik korozji wodnej, rysunek 4 - Porównawcze zachowanie stopów Ni-Cr-Mo w kwasie siarkowym (podsumowanie izo-korozyjnego 20 mpy).

The practical takeaway for a buyer: alloy 825 is frequently the most cost-effective adequate choice for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty, since it matches the resistance of considerably more expensive, higher-molybdenum alloys like 686 in that range. Once a process moves into concentrated (>50%), wysoka-temperatura, kwas utleniający - lub w przypadku wystąpienia znacznego zanieczyszczenia chlorkami - wyższe-stopy i droższe-gatunki uzyskują premię.

Co się dzieje, gdy chlorki są obecne w strumieniu kwasu siarkowego?

Stop 825 wyjątkowo dobrze toleruje przerywaną lub umiarkowaną ekspozycję na chlorek w kwasie siarkowym -, w tym-dodatki soli kamiennej stosowane w operacjach trawienia -, ale w przypadku ciągłego, całkowicie zanurzonego narażenia na kwas siarkowy zanieczyszczony chlorkiem-, literatura Special Metals zaleca przejście na stop o wyższej-molibdenie, taki jak C-276, 622, 625 lub 686.

Firma Special Metals wyraźnie stwierdza to rozróżnienie: w zastosowaniach, w których obecne są chlorki, takich jak dodatki soli kamiennej do siarkowych kąpieli trawiących, stop INCOLOY 825 zapewnia doskonałe właściwości, a obecność soli utleniających innych niż chlorki faktycznie korzystnie wpływa na odporność stopu.

Jednakże w zastosowaniach, w których narażenie jest stale zanurzone w warunkach-zanieczyszczonych chlorkiem, wymagane są stopy wyższej-molibdenu - INCONEL C-276, 622, 625 lub 686 -. Jest to zgodne z ogólną rolą molibdenu w tej rodzinie stopów: w szczególności poprawia on odporność na korozję wżerową i szczelinową w środowiskach-zawierających chlorki, a zawartość molibdenu w stopie 825 wynosząca 2,5–3,5%, choć wystarczająca do okresowego narażenia, jest niższa niż 9–16% występująca w „superstopach” Ni-Cr-Mo przeznaczonych do ciągłej pracy z chlorkami.

• Przerywane lub niskie-narażenie na chlorki w kwasie siarkowym -stopie 825 jest ogólnie wystarczające.
• Sól kamienna lub podobne dodatki chlorkowe w chemii-kąpieli trawiących - zostały udokumentowane jako doskonałe rozwiązanie dla stopu 825.
• Ciągłe narażenie na całkowite zanurzenie w-kwasie siarkowym zanieczyszczonym chlorkiem-. Zamiast tego należy wybrać stop z wyższą-molibdenem (C-276, 622, 625 lub 686).

Jaki jest pełny skład chemiczny Incoloy 825?

Stop 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) zawiera 38,0–46,0% niklu, 19,5–23,5% chromu, co najmniej 22,0% żelaza, 2,5–3,5% molibdenu, 1,5–3,0% miedzi i 0,6–1,2% tytanu, z limitem węgla wynoszącym 0,05% ryzyko uczulenia.

Źródło: Special Metals Corporation, biuletyn techniczny stopu INCOLOY 825 (tabela 1 - ograniczającego składu chemicznego),{{2} zweryfikowany krzyżowo z opublikowanym przez firmę Elgiloy Specialty Metals arkuszem danych taśmy INCOLOY stopu 825.

Pułap niskowęglowy (maks. 0,05%) w połączeniu ze stabilizacją tytanem umożliwia stosowanie stopu 825 w stanie-pospawanym bez obowiązkowego-wyżarzania po-spawaniu w większości usług. - tytan preferencyjnie wiąże węgiel jako węglik tytanu, chroniąc granice ziaren przed uczuleniem wywołanym-węglikiem{{7} chromu, które jest plagą nie{8}}stabilizowanych austenityczne stale nierdzewne. Jest to znacząca przewaga w zakresie produkcji i kosztów w porównaniu ze stalami nierdzewnymi-serii 300 pracującymi w środowiskach kwaśnych, gdzie często nieunikniona jest obróbka cieplna po spawaniu.

Kiedy należy wybrać stop 825 zamiast-wyższego stopu do stosowania z kwasem siarkowym?

Specify alloy 825 for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty up to roughly 80% concentration at moderate temperatures, or for mixed-acid and pickling environments with intermittent chloride content; move up to a Ni-Cr-Mo alloy (622, 625, C-276, or 686) for concentrated, high-temperature, continuously chloride-contaminated, or otherwise aggressive sulfuric acid duty where alloy 825's iso-corrosion chart shows the 5–20 mpy or >20 pasm mpy.

Rurociągi i zbiorniki technologiczne ze stopu 825 - rozcieńczonego i pośredniego kwasu siarkowego; kąpiele trawiące w kwasie siarkowym, w tym z dodatkiem- soli kamiennej lub podobnych sporadycznych dodatków chlorku; mieszane strumienie kwasu siarkowego/fosforowego; ogólny sprzęt do produkcji kwasu i-kontroli zanieczyszczeń; ponowne przetwarzanie paliwa jądrowego i postępowanie z odpadami radioaktywnymi, gdzie historia 825 w procesach rozpuszczania typu sulfex-jest dobrze udokumentowana.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), gorący kwas siarkowy; ciągłe zanurzenie w kwasie siarkowym zanieczyszczonym-chlorkiem; usługi, gdzie wykres izo-korozyjny 825 pokazuje kombinację kwas/temperatura powyżej linii 5 mpy.

INCOLOY stop 25-6MO - to superaustenityczna alternatywa dla stali nierdzewnej, którą warto ocenić szczególnie w przypadku rozcieńczonych (<10% at boiling, up to 50% at 140°F/60°C) sulfuric acid contaminated with chlorides, where its 6% molybdenum content gives it an edge over alloy 825 under crevice conditions.

Notatka dotycząca zamówienia, którą warto wyraźnie podkreślić: wykres izo-korozyjny opisuje zachowanie się stosunkowo czystego lub lekko zmieszanego kwasu w warunkach laboratoryjnych. Firma Special Metals sama ostrzega, że ​​w obecności zanieczyszczeń typowych dla rzeczywistych procesów chemicznych mogą wystąpić poważne odchylenia. Przed sfinalizowaniem wyboru materiału do konkretnego strumienia procesu należy poprosić o wykonanie testu korozyjnego w rzeczywistym płynie procesowym lub przeprowadzić go, zamiast polegać wyłącznie na wykresie izo-korozyjnym w przypadku zastosowań granicznych.

Często zadawane pytania

Q: Jakie maksymalne stężenie kwasu siarkowego może wytrzymać stop 825?

A: Zależy to całkowicie od temperatury. W temperaturach do 150 stopni F (65 stopni) stop 825 utrzymuje bardzo dobrą odporność (<5 mpy) across the full concentration range, 0–100%. As temperature rises toward the boiling point, the safe concentration window narrows - at 176°F (80°C) it extends to about 78% concentration, and at boiling temperature it is generally limited to lower concentrations, below roughly 40%.

Q: Dlaczego miedź szczególnie pomaga w odporności na kwas siarkowy?

A: Firma Special Metals udokumentowała, że ​​dodatki miedzi do stopów niklu-chromu-molibdenu-poprawiają odporność, szczególnie na kwasy redukujące - siarkowy, fosforowy i chlorowodorowy -, co jest mechanizmem odmiennym od roli chromu w przeciwstawianiu się kwasom utleniającym. Ponieważ kwas siarkowy zmniejsza się poniżej około 25% stężenia i utlenia się powyżej około 50%, miedź i chrom skutecznie dzielą między sobą zakres stężeń w składzie stopu 825.

Q: Czy stop 825 wymaga-obróbki cieplnej po spawaniu przed użyciem kwasu siarkowego?

A: Generalnie nie. Stop 825 jest stabilizowany przed uczuleniem poprzez dodatek tytanu, co pozwala na jego stosowanie w stanie-pospawanym w większości zastosowań bez obowiązkowego-wyżarzania po spawaniu-, co ma przewagę nad nie-stabilizowanymi austenitycznymi stalami nierdzewnymi, które zazwyczaj wymagają obróbki cieplnej w celu przywrócenia odporności na korozję międzykrystaliczną po spawaniu.

Q: Czy stop 825 lub stop Ni-Cr-Mo, taki jak 625, jest lepszym ekonomicznym wyborem w przypadku kwasu siarkowego?

A: W przypadku rozcieńczonego kwasu siarkowego o stężeniu poniżej około 50% stop 825 zapewnia odporność zasadniczo równą znacznie droższym stopom, takim jak INCONEL 686, co czyni go-tańszym wyborem w tym zakresie. Powyżej 50% stężenia lub przy ciągłym zanieczyszczeniu chlorkami stopy z wyższą-molibdenem mają lepsze właściwości niż stop 825 na tyle znacząco, że dodatkowy koszt jest zwykle uzasadniony.

Q: Czy można zastosować stop 825, gdy obecny jest zarówno kwas siarkowy, jak i chlorki?

A: Tak, w wielu przypadkach firma - Special Metals dokumentuje doskonałe działanie stopu 825 w siarkowych kąpielach trawiących z dodatkiem-soli kamiennej (chlorku). Ta przestroga dotyczy w szczególności ciągłego narażenia pod wodą na działanie kwasu siarkowego zanieczyszczonego-chlorkiem, gdzie zamiast tego zaleca się stosowanie stopu z wyższą-molibdenem.