1. kérdés: Mi a Hastelloy B-2 lemez kémiai összetétele, és mitől egyedi?
A:A Hastelloy B-2 egy szilárd oldattal erősített nikkel-molibdén ötvözet, amelyet kifejezetten a sósavval és más erősen redukáló környezetekkel szembeni kivételes ellenállásra terveztek. Névleges kémiai összetétele körülbelül:Nikkel (egyenleg, jellemzően ≥68%), molibdén 26,0-30,0%, vas ≤2,0%, króm ≤1,0%, mangán ≤1,0%, szilícium ≤0,10%, szén ≤0,02%, kobalt ≤1., valamint nyomokban foszfort és ként (mindegyik ≤0,025%).
Ami a Hastelloy B-2-t egyedivé teszi, az azrendkívül alacsony szén- és szilíciumtartalomjelentős króm hiányával kombinálva. Ellentétben a C-sorozatú ötvözetekkel (C-276, C-22), amelyek 14–16% krómot tartalmaznak az oxidáló közeggel szembeni ellenállás érdekében, a B-2-ben gyakorlatilag nincs króm (≤1,0%). Ez szándékos: az erősen redukáló savakban, például a sósavban, a króm ronthatja a korróziós teljesítményt azáltal, hogy kevésbé stabil passzív filmeket képez, vagy elősegíti a helyi támadást. A magas molibdéntartalom (26-30%) kiváló ellenállást biztosít a lyuk- és réskorrózióval szemben, még forró, tömény HCl oldatokban is.
Azonban ugyanaz a kémia, amely a B-2 kivételes redukáló savállóságát biztosítja, szintén ezt teszikohászatilag instabilbizonyos feltételek mellett. A B-2 nagyon érzékeny az intermetallikus fázisok (különösen a Ni₄Mo és Ni3Mo) kiválására, ha 600–900 °C (1110–1650 °F) hőmérsékletnek van kitéve. Még az ebbe a tartományba való rövid ugrások is-, mint például hegesztés vagy melegalakítás közben, a rideg fázisok kialakulását okozhatják, ami jelentősen csökkenti a hajlékonyságot és a korrózióállóságot. Ez a hőérzékenység a B-2 egyetlen legfontosabb korlátja, és közvetlenül a hőstabilabb B-3 ötvözet kifejlesztéséhez vezetett. Emiatt, bár a B-2 lemez továbbra is elérhető, és kiváló korróziós teljesítményt nyújt tiszta redukáló savakban, sokkal gondosabb gyártást igényel, mint a B-3, és az új kritikus alkalmazásokhoz általában a B-3 helyettesíti.
2. kérdés: Milyen ipari alkalmazásokban használják még ma is a Hastelloy B-2 lemezt?
A:Noha az új berendezésekben egyre gyakrabban váltja fel a Hastelloy B-3, a Hastelloy B-2 lemez továbbra is üzemben marad, és továbbra is meghatározott olyan alkalmazásokhoz, ahol kivételes redukáló savállóságra van szükség, és ahol a gyártás gondosan ellenőrizhető. A főbb alkalmazások a következők:
Sósav-tároló tartályok és tartályok– A B-2 lemezt atmoszférikus vagy alacsony nyomású tárolótartályokhoz használják, amelyek tömény (30–37%) sósavat tartalmaznak környezeti hőmérsékleten. Az ötvözet tiszta HCl-ben 0,05 mm/év alatti korróziós sebességet biztosít, és 20+ év élettartamot biztosít. A tartályt azonban úgy kell megtervezni, hogy elkerülje az oxidáló szennyeződéseket (pl. levegő behatolása, vas-ionok), amelyek felgyorsítanák a korróziót.
Pácoló tartályok acél- és titánfeldolgozásban– Az acélgyárak forró sósavat (80–95 °C / 175–205 °F, 10–18% HCl) használnak a vízkő eltávolítására az acélszalagról (pácolás). A B-2 lemezt a tartály falaihoz, fűtőspirálokhoz és fedelekhez használják. Az ötvözet ellenáll mind a savnak, mind a hőciklusnak. Számos, a B-3 bevezetése előtt épített pácolósor még mindig B-2 alkatrészekkel működik, és gyakran B-2-ből készítenek pótalkatrészeket, hogy illeszkedjenek a meglévő anyaghoz.
Vegyi reaktortartályok klórozott intermedierekhez– A vinil-klorid monomer (VCM), klórozott oldószerek és más klóralapú vegyszerek gyártása során a sósav melléktermék vagy reagens. A B-2 lemezes reaktorok akár 120 °C-ig (250 °F) nyomás alatt kezelik a forró HCl-t. Azonban minden olyan zavar, amely oxidáló anyagokat (pl. klórgáz, vas-klorid) vezet be, gyors támadást okozhat.
Füstgáz-kéntelenítő (FGD) alkatrészek– Az FGD gázmosók redukáló zónáiban (ahol alacsony a pH és tömény a klorid) B-2 lemezt használtak bélésekhez, kivezető csatornákhoz és iszapcsövekhez. A C-276 azonban manapság elterjedtebb, mert jobban elnézi a folyamat felborulását.
Gyógyszerészeti és finomkémiai szintézis– Egyes szakaszos reakciók tömény sósavat használnak katalizátorként vagy reagensként. A B-2 lemezes reaktorok és tárolóedények régebbi gyógyszergyárakban találhatók, ahol továbbra is megbízhatóan működnek, ha a folyamat oxidáló szennyeződésektől mentes marad.
Fontos megjegyzés:Mertúj projektek, a legtöbb mérnök most a Hastelloy B-3 lemezt adja meg a B-2 helyett. A B-3 lényegében azonos korrózióállóságot kínál redukáló savakban, de sokkal jobb hőstabilitást biztosít, így a hegesztés és a gyártás sokkal megbízhatóbb. A B-2-t elsősorban a meglévő berendezések cserealkatrészeire vagy olyan alkalmazásokra használják, ahol az alacsonyabb költség (a B-2 valamivel olcsóbb, mint a B-3) indokolja a további gyártási gondosságot.
3. kérdés: Melyek a kritikus hegesztési és gyártási kihívások a Hastelloy B-2 lemez esetében?
A:A Hastelloy B-2 lemez hegesztése és gyártása lényegesen nagyobb kihívást jelent, mint a legtöbb más nikkelötvözet esetében, mivel rendkívül érzékeny az intermetallikus fázisú kicsapódásra. A következő kihívások és követelmények kritikusak:
1. Intermetallikus csapadék (Ni4Mo, Ni3Mo):A 600–900 °C (1110–1650 °F) hőmérsékletnek való kitettség akár néhány percig is e rideg fázisok kicsapódását okozhatja. A hegesztés során a hegesztési varrat melletti hőhatászóna (HAZ) könnyen elérheti ezeket a hőmérsékleteket. A csapadék a képlékenység súlyos elvesztését okozza (a nyúlás 40%-ról 5%-nál kisebbre csökkenhet), ésfeszültségoldó repedéshűtés közben vagy röviddel az alkatrész üzembe helyezése után. Ez a repedés gyakran előfordul a HAZ-ban, és jellemzően szemcseközi.
2. A hegesztési eljárás követelményei:Az érzékeny hőmérsékleti tartományban eltöltött idő minimalizálása érdekében a hegesztőknek a következőket kell használniuk:
Alacsony hőbevitel– jellemzően ≤1,0 kJ/mm (≤25 kJ/in) a GTAW-nál (volfrám ívhegesztés) és ≤1,5 kJ/mm (≤38 kJ/in) a GMAW-nál (fémgáz-ívhegesztés)
Az áthaladási hőmérséklet szigorúan ≤150°C (300°F)– gyakran kényszerlevegőhűtést igényel a menetek között
Stringer gyöngy technika– keskeny, egymást átfedő gyöngyök, nem pedig széles szövésű gyöngyök
Nincs előmelegítés– az előmelegítés növelné az időt az érzékeny tartományban
Hozzáillő töltőanyag– Az ERNiMo‑7 (AWS A5.14) a B-2 szabványos töltőanyaga; összetétele hasonló a B-2-hez, de valamivel magasabb vastartalommal segíti a hegesztési fém stabilizálását
3. Hegesztés utáni hőkezelés (PWHT):Sok olyan ötvözettől eltérően, ahol a PWHT enyhíti a maradék feszültségeket,A PWHT általában NEM ajánlott B-2-hezhacsak nem teljes oldatos lágyításról van szó (1060–1100 °C / 1940–2010 °F), amelyet gyors vízhűtés követ. A helyi vagy alacsony hőmérsékletű PWHT (pl. 400–500 °C) ténylegesen felgyorsíthatja a ridegedést. A legtöbb gyártott B-2 alkatrésznél a hegesztési varrat hegesztett állapotban kerül felhasználásra, de a HAZ-repedés veszélye továbbra is fennáll.
4. Melegalakítás:Ha a B-2 lemezt melegen kell alakítani (pl. tányérfejek, hengerelt hengerek), az alakítási hőmérsékletet gondosan ellenőrizni kell. A lemezt gyorsan fel kell melegíteni 1060–1200 °C-ra, meg kell formálni, majd azonnal le kell hűteni vízzel. Bármilyen lassú lehűlés 600-900°C-on, ridegséget okoz. Előnyben részesítjük a hidegalakítást, de ha a hidegredukció meghaladja a 15-20%-ot, utólag teljes oldatos izzítás szükséges.
5. Felületi szennyeződés:Mint minden B-sorozatú ötvözet, a B-2 is érzékeny a vasszennyeződésre. A szénacél szerszámokból, munkafelületekből vagy akár csiszolóporból származó vasrészecskék galvanikus korróziót okozhatnak a HCl üzemben. A B-2 lemezzel érintkező összes szerszámnak rozsdamentes acélból vagy keményfémből kell készülnie. A gyártás után a lemezt pácolni kell (salétrom-hidrogén-fluorid keverék), hogy eltávolítsuk a beágyazott vasat és a felületi oxidokat.
6. Ellenőrzés:Hegesztés után a HAZ-t folyadékpenetrációs vizsgálattal (PT) meg kell vizsgálni repedések szempontjából. A HAZ keménységi tesztje (≤100 HRB legyen) jelezheti, hogy kialakultak-e rideg fázisok,{2}}a keményebb értékek csapadékra utalnak. Kritikus alkalmazásokhoz javasolt a mintahegesztési szelvény metallográfiai vizsgálata.
E kihívások miatt sok gyártó nem hajlandó B-2 lemezzel dolgozni, inkább a B-3-at részesíti előnyben, amely sokkal elnézőbb. Minden új projektnél erősen ajánlott a B-3 kiválasztása a B-2 helyett, kivéve, ha konkrét ok (pl. a meglévő berendezések összeegyeztetése vagy egy nagyon szűk folyamatidőszak, ahol a B-2 már bizonyított múltra tekint vissza) a B-2 használatát.
4. kérdés: Melyek a Hastelloy B-2 lemez korlátozásai és meghibásodási módjai?
A:A tiszta redukáló savakban nyújtott kiváló teljesítménye ellenére a Hastelloy B-2 lemeznek számos jelentős korlátja van, amelyek idő előtti meghibásodáshoz vezethetnek, ha nem kezelik megfelelően:
1. Oxidáló savas támadás (gyors általános korrózió)– A B-2 azteljesen alkalmatlanoxidáló környezethez. Ha a folyamatáram kis mennyiségben (részben milliórészben) oxidáló anyagokat,{1}}például salétromsavat, krómsavat, vasionokat (Fe³⁺), rézionokat (Cu²⁺), oldott oxigént vagy klórt tartalmaz,{4}}az ötvözet passzív filmje instabillá válik, és korróziós sebességgel jár.<0.05 mm/year to >5 mm/év. Ez a leggyakoribb oka a B-2 berendezések idő előtti meghibásodásának. Például egy sósavat kezelő B-2 lemezes reaktor, amely véletlenül kis mennyiségű salétromsavval szennyeződik egy upstream folyamatból, heteken belül meghibásodhat.
2. Intermetallikus fázis ridegedés (Ni4Mo, Ni3Mo)– A 3. negyedévben tárgyaltak szerint a 600–900 °C (1110–1650 °F) hőmérsékletnek való kitettség a gyártás vagy szervizelés során e rideg fázisok kicsapódását okozza. Az ebből adódó hajlékonyságvesztés a lemezt érzékennyé teszirideg töréshúzófeszültség alatt (pl. nyomás, hőtágulás vagy mechanikai terhelés hatására). A repedések jellemzően a hegesztési HAZ-oknál keletkeznek, és szemcsék között terjednek. Ez a meghibásodási mód gyakran késik,-az alkatrész átmegy a kezdeti nyomáspróbán, de az első hőciklus során vagy néhány hónapos szervizelés után megreped.
3. Hidrogén ridegség– A redukáló savakban a korrózió melléktermékeként hidrogénatomok keletkeznek (még a B-2 alacsony korróziós sebessége is termel némi hidrogént). A húzófeszültség hatására a hidrogén bediffundálhat a nikkelrácsba, és ridegséget okozhat. Ez súlyosabb 80 °C (175 °F) alatti hőmérsékleten és hidrogén-szulfid (H2S) jelenlétében. A B-2 általában nem ajánlott savanyú (H₂S) szolgáltatáshoz, hacsak nem tartják be a szigorú keménységi szabályozást (≤100 HRB) és a feszültséghatárokat (≤ a hozam 80%-a). A NACE MR0175 speciális korlátozásokkal rendelkezik a B-2 esetében.
4. Pitt- és réskorrózió szennyezett savakban– Míg a B-2 ellenáll a tiszta HCl-nek, az oxidáló fémionok (Fe³⁺, Cu²⁺) jelenléte gödrösödést okozhat, különösen a pangó zónákban (pl. tömítések alatt, alátámasztó párnáknál vagy hegesztési bemetszéseknél). Amint egy gödör megindul, gyorsan terjedhet, mert a tiszta HCl-ben a lyukasztással szembeni ellenállást biztosító magas molibdéntartalom hatástalanná válik oxidáló anyagok jelenlétében.
5. Termikus fáradtság– A B-2 hőtágulási együtthatója hasonló az ausztenites rozsdamentes acélokhoz (~13,5 μm/m·K). A gyakori hőciklusnak kitett berendezésekben (pl. naponta fűtött és hűtött szakaszos reaktorok) az alkatrészek (pl. csövek és csőlapok) közötti eltérések tágulása termikus kifáradásos repedést okozhat. A B-2 alacsony alakíthatósága – különösen, ha intermetallikus fázisok képződtek – érzékenyebbé teszi ezt a meghibásodási módot, mint a B-3-at.
6. Költség és elérhetőség– A B-2 lemez drágább, mint a rozsdamentes acél (általában a 316 liter költségének 6-10-szerese), és egyre kevésbé elérhető, mivel a malmok a B-3-ra helyezik át a termelést. A B-2 lemez átfutási ideje hosszú lehet (12-20 hét), és minimális rendelési mennyiséget igényelhet.
Mérséklő stratégiák:
Szigorúan szabályozza a folyamatot, hogy kizárja az oxidáló anyagokat (használjon nitrogén takarót a tárolótartályokon, ellenőrizze a Fe³⁺/Cu²⁺-t, kerülje a levegő bejutását).
Kövesse a szigorú hegesztési eljárásokat (alacsony hőbevitel, alacsony interpass hőmérséklet, nincs PWHT, kivéve a teljes oldatos izzítást).
Végezzen rendszeres vastagságellenőrzést (ultrahangos vizsgálat) az általános vagy lyukkorrózió észlelésére.
Fontolja meg a B-2 alkatrészek B-3-asra cserélését az ütemezett karbantartási leállások idején, mivel a B-3 azonos korrózióállóságot és sokkal jobb hőstabilitást kínál.
5. kérdés: Milyen szabványok és vizsgálati követelmények vonatkoznak a Hastelloy B-2 lemezre?
A:A Hastelloy B-2 lemezt számos iparági szabvány szerint gyártják és tesztelik, bár fontos megjegyezni, hogy a B-2-t fokozatosan kivonják a B-3 javára számos specifikációban. Az elsődleges szabványok a következők:
Anyagszabványok:
ASTM B333– Standard specifikáció nikkel-molibdén ötvözet lemezekhez, lapokhoz és szalagokhoz (ez a fő szabvány a B-2 lemezekhez; lefedi az összetételeket, a mechanikai tulajdonságokat és a mérettűréseket)
ASME SB-333– Az ASTM B333 ASME nyomástartó edény kódváltozata (az ASME VIII. szekció, 1. osztályú edényekben való használatra)
ASTM B575– Alacsony szén-dioxid-kibocsátású nikkel-molibdén-króm ötvözetlemez szabványos specifikációja (ez a szabvány eredetileg a B-2-t fedte, de felülvizsgálták; a B-2-t bizonyos fokozatokba belefoglalhatják)
NACE MR0175 / ISO 15156– Savanyúgáz szolgáltatáshoz (H₂S-tartalmú környezet); A B-2 specifikus keménységi és hőkezelési követelményekkel rendelkezik e szabvány szerint
Méretezési szabványok:
ASTM B333magában foglalja a vastagsági tűréseket (pl. ±0,25 mm 5–10 mm-es lemez esetén), a síkságot (pl. ≤3 mm méterenként) és az élviszonyokat.
A lemez méreteit általában metrikus (pl. 1500 × 6000 mm) vagy angol (pl. 48 × 120 hüvelyk) méretben rendelik.
A B-2 lemez kötelező vizsgálata:
Kémiai elemzés (ASTM E1473 szerint)– Igazolja, hogy Ni ≥68%, Mo 26–30%, Fe ≤2,0%, Cr ≤1,0%, C ≤0,02%, Si ≤0,10%, Mn ≤1,0%. Az alacsony szén-dioxid és a szilícium kritikus a hőstabilitás szempontjából.
Szakító tulajdonságok (ASTM E8/E8M szerint) – At room temperature: yield strength (0.2% offset) ≥350 MPa (50 ksi), ultimate tensile strength ≥750 MPa (109 ksi), elongation ≥40% in 50 mm (2 in). For plate thickness >50 mm (2 hüvelyk), a nyúlás ≥35% elfogadható lehet.
Keménység– Rockwell B ≤100 (vagy ≤220 HV) a megfelelő oldathegesztés és az intermetallikus fázisok hiányának igazolására. A keményebb anyag csapadékot vagy túlzott hidegmunkát jelez.
Szemcseközi korróziós teszt (az ASTM G28 A módszer szerint)– Vas-szulfát-kénsav teszt 120 órán keresztül. A korróziós sebességnek ≤12 mm/évnek (0,5 ipy) kell lennie, és a metallográfiai vizsgálat nem mutathat szemcseközi támadást. Ez a teszt azalapvetőB-2 esetében, mert az intermetallikus fázisok gyors támadást okoznának a szemcsehatárok mentén. Egyes specifikációk bizonyos környezetekhez a B módszert (salétromsav) is megkövetelik.
Metallográfiai vizsgálat– 200–500× nagyítással a csapadékok, zárványok és szemcseszerkezet ellenőrzéséhez. A mikroszerkezetnek teljesen ausztenitesnek, egyenlőtengelyűnek kell lennie, általában ASTM 5-ös vagy finomabb szemcsemérettel (átlagos átmérő 45-64 mikron). A folytonos szemcsehatár-karbidok vagy intermetallikus fázisok (Ni₄Mo, Ni3Mo) nem megengedettek.
Ultrahangos vizsgálat (UT) az ASTM A435 vagy A578 szerint – For plate thickness >6 mm (0,25 hüvelyk), UT szükséges az eredeti tuskó belső üregeinek, elkülönüléseinek vagy rétegződéseinek észleléséhez.
Felületi vizsgálat– Vizuális és folyékony behatoló (PT) az ASTM E165 szerint a körök, varratok, repedések vagy vízkő észlelésére. A lemez széleit gyakran mágneses részecske- vagy örvényáram-teszttel vizsgálják.
Nem kötelező, de ajánlott tesztek kritikus alkalmazásokhoz:
Szimulált hegesztés utáni hőkezelés (SPWHT) tesztelése– A lemez mintáját hegesztést utánzó hőciklusnak vetik alá (pl. 700°C 1 órán át, majd levegőhűtés), majd az ASTM G28 A módszer szerint tesztelik. Ez igazolja, hogy a lemez megőrzi korrózióállóságát a gyártás után is. Sok felhasználó igényli ezt a tesztet a B-2-hez a hőérzékenysége miatt.
Ferroxyl teszt– Érzékeli a felületi vasszennyeződést (a kék elszíneződés a vasmentességet jelzi). Minden kimutatott vas pácolást vagy elutasítást igényel.
Alacsony hőmérsékletű ütésvizsgálat (ASTM E23 szerint)– Hideg éghajlaton vagy kriogén üzemben használt B-2 lemezhez (bár a B-2-t ritkán használják -50°C alatt).
Harmadik fél által végzett ellenőrzés– Kritikus alkalmazásoknál (pl. HCl-szolgáltatáshoz használt nyomástartó edények) egy független ügynökség (pl. TÜV, DNV, Bureau Veritas) szemtanúja az összes tesztnek és felülvizsgálja az MTR-t.
Dokumentáció:A gyártónak hitelesített anyagvizsgálati jelentést (MTR) kell benyújtania, amely tartalmazza a hőszámot, a tételszámot, az összes vizsgálati eredményt, valamint nyilatkozatot az ASTM B333 (vagy más meghatározott szabvány) megfelelőségéről. Az MTR-nek tartalmaznia kell még az oldat lágyítási hőmérsékletét (jellemzően 1060–1100 °C) és a kvencselési módszert (vízhűtés szükséges a B-2-hez a szükséges hűtési sebesség eléréséhez).
Fontos megjegyzés a specifikáció frissítéseivel kapcsolatban:Számos iparági szabványt felülvizsgáltak, hogy a B-3-at részesítsék előnyben a B-2-vel szemben. Például az ASTM B333 továbbra is a B-2-t tartalmazza megengedett osztályzatként, de sok végfelhasználó eltávolította a B-2-t a jóváhagyott anyagok listájáról. A B-2-es tábla megadása előtt a mérnököknek ellenőrizniük kell, hogy a tervezett szabvány továbbra is tartalmazza-e a B-2-t, és hogy a gyártó tapasztalt-e a B-2 egyedi követelményeinek teljesítésében. A legtöbb esetben a B-3 lemezre való frissítés (amely ugyanannak az ASTM B333 szabványnak felel meg, de más minőségjelöléssel) az új projektekhez javasolt megközelítés.
