Hastelloy B-3 در مقابل B-2 در اسید هیدروکلریک: ساخت پذیری بهبود یافته و مقاومت در برابر خوردگی

Hastelloy B-3 و B-2 چیست و ترکیبات آنها چگونه است؟

B-3 و B{5}}2 هر دو آلیاژهای نیکل-مولیبدن تقریباً خالص و تقریباً بدون کروم هستند، اما B-3 محتوای مولیبدن را کمی به سمت بالا تغییر می‌دهد و تنگستن کوچک و کاملاً کنترل‌شده و مجموعه‌ای از عناصر جزئی (آلومینیوم، تیتانیوم، نیوبیوم، تازیریوم ساده، وانادیم، وانادیم) را اضافه می‌کند. شیمی مشخص نمی کند - مکانیسم متالورژیکی عمدی پشت پایداری بهبود یافته آن است.

منبع: برگه اطلاعات ترکیب اسمی بین المللی Haynes، آلیاژ HASTELLOY B-3. بروشور فنی میراث بین المللی Haynes H-2006D، آلیاژ HASTELLOY B-2 (©1997).

هر دو آلیاژ، از نظر طراحی، تقریباً بدون کروم-- هستند، استراتژی مخالف با آلیاژهای-نوع C و-که در جاهای دیگر این سری پوشش داده شده است. این عمدی است: لایه اکسید محافظ کروم برای مقاومت در برابر خوردگی در اسید هیدروکلریک خالص و غیر اکسید کننده، و B-3 و B-2 هر دو به نیکل و مولیبدن در محلول جامد متکی هستند. داستان واقعی در جدول ترکیب، عناصر اصلی نیستند که تقریباً یکسان هستند، بلکه عناصر جزئی هستند: اضافات کوچک و عمدی B-3 به طور خاص برای تغییر فاز بین فلزی هنگام گرم شدن آلیاژ و سرعت آن وجود دارد.

چرا B-3 توسعه داده شد - در واقع چه مشکلی را حل می کند؟

B-3 برای رفع ضعف خوردگی در اسید هیدروکلریک خالص ساخته نشده بود - B-2 قبلاً در آنجا عالی بود - برای رفع ناپایداری متالورژیکی ساخته شد: B-2 مستعد رسوب یک فاز شکننده و مضر در حین جوشکاری، شکل‌دهی گرم، و افزایش طولانی مدت، کاهش درجه حرارت و درجه حرارت ایالات متحده است. مقاومت در برابر خوردگی و همچنین شکل پذیری.

ادبیات فنی خود Haynes International مکانیسم را مستقیماً بیان می کند: محتوای مولیبدن که به آلیاژهای خانواده B{0}}مقاومت اسید کلریدریک آنها را می دهد، همچنین "یک تمایل قوی برای تشکیل فازهای غیر از فاز گامای مطلوب (مکعبی در مرکز) در ریزساختار، به ویژه در محدوده دمایی 0 تا 90 درجه ایجاد می کند. در B-2 فازی که تشکیل می شود Ni4Mo است و به سرعت تشکیل می شود.

به‌طور مستقل، ادبیات ثبت اختراع ایالات متحده که تاریخچه توسعه آلیاژ را توصیف می‌کند تأیید می‌کند که B-2 "سپس مشخص شد که در طی قرار گرفتن در معرض کوتاه مدت در دمای 600-800 درجه، مستعد واکنش‌های سفارش طولانی‌مدت در طول-قرارگیری کوتاه‌مدت در دماهای 600-800 درجه است،" و اینکه "علاوه بر این که این واکنش‌ها (علاوه بر استحکام مکانیکی) نیز دارای واکنش‌های کاهش‌دهنده هستند. اثرات نامطلوب بر مقاومت در برابر خوردگی." B{10}}تصحیح مهندسی 3 - تغییر مولیبدن و افزودن عناصر جزئی در جدول بالا - به‌طور خاص طراحی شده است تا به جای آن، فاز Ni3Mo کندتر را تشکیل دهد.

چگونه B-3 و B-2 در پایداری حرارتی و ساختاری مقایسه می شوند؟

داده‌های تغییر زمان-تغییر دما-Hynes International (TTT) نشان می‌دهدآلیاژ B-2ایجاد مقادیر مخرب Ni4Mo به سرعت در حدود 750 درجه، در حالی که B{4}}3 در حدود 650 درجه چندین ساعت طول می‌کشد تا فازهای زیان‌آور را ایجاد کند - که یک پیشرفت واقعی و قابل تکرار است، اگرچه-کتاب ثبت اختراع شخص ثالث مراقب است که آن را به‌عنوان "تا حدودی بالاتر" توصیف کند که پایداری حرارتی کم‌تر از نور به دست آمده است. واکنش، نه مهندسی مجدد عمده فروشی که خطر را از بین می برد.

منبع: Haynes International time-demperature-transformation (TTT) نمودار و بحث، HASTELLOY B-برگ داده آلیاژ 3. توسط ادبیات ثبت اختراع ایالات متحده در مورد تاریخچه توسعه آلیاژ نیکل-مولیبدن تأیید شده است.

بروشور B-2 خود Haynes International یک احتیاط مستقیم و دقیقاً مرتبط را اضافه می‌کند: قرار گرفتن در معرض B-2 در برابر دماهای 1000 درجه فارنهایت تا 1600 درجه فارنهایت (538-870 درجه ) "به دلیل کاهش انعطاف پذیری 2، 33" باید اجتناب شود. -منطقه ممنوعه{15} بلندی که سازندگان باید آن را برای هر عملیاتی طراحی کنند، نه فقط برای جوشکاری. توسعه دماغه بارندگی باریک‌تر، دیرتر-و بسیار کندتر-3 به سازنده‌ها از نظر مادی حاشیه بیشتری می‌دهد: زمان بیشتری در یک جوش چند پاسی، تحمل بیشتر برای بازپخت قطع‌شده، و یک پنجره پردازش عملی گسترده‌تر کنترل‌شده به طور کلی، حتی اگر B-3 به خودی خود نیاز به حرارت زیاد دارد کنترل، خنک سازی سریع) و بازپخت مجدد پس از کار سرد بیش از حدود 7٪ ازدیاد طول الیاف خارجی.

چگونه B-3 و B-2 در مقاومت اسید هیدروکلریک مقایسه می شوند؟

هر دو آلیاژ مقاومت قابل‌مقایسه‌ای نسبت به اسید هیدروکلریک خالص و بدون آلودگی در کل محدوده غلظت عملی تا نقطه جوش ارائه می‌کنند. معیار ثبت شده کمتر از 20 mpy (0.51 میلی متر در سال) در تمام غلظت ها و دماها تا جوشیدن در اسید غیر هوادهی و بدون آلودگی.

منبع: جدول خوردگی اسید هیدروکلریک بین‌المللی Haynes، HASTELLOY B-برگ داده‌های آلیاژ ۳. معیار Hastelloy B-2 همانطور که در ادبیات تاریخی B-2 هاینز مستند شده و در منابع فنی مستقل ثبت اختراع و صنعت تأیید شده است. کتابخانه فنی آنلاین فعلی هاینس اینترنشنال دیگر جدول خوردگی غلظت به غلظت B-2 را منتشر نمی کند، بنابراین ارقام آن در اینجا با قطعنامه ای که اسناد تاریخی خود هاینز پشتیبانی می کند گزارش شده است.

نکته مهم این است که مقاومت اسید هیدروکلریک به خودی خود وجه تمایز بین این دو آلیاژ نیست - هر دو دقیقاً برای این محیط ساخته شده اند- و هر دو در آن عالی هستند. حد غلظت 20% در این جداول، آزئوتروپ HCl است، که فراتر از آن، آزمایشات آزمایشگاهی فلاسک شیشه ای غیرقابل اعتماد می شود زیرا گاز هیدروژن کلرید از محلول آزمایش خارج می شود. این محدودیتی برای عملکرد واقعی هر یک از آلیاژها در اسید غلیظ نیست.

آیا B-3 و B-2 آلودگی اکسید کننده در اسید هیدروکلریک را تحمل می کنند؟

هیچ - هر دو آلیاژ محدودیت اساسی یکسانی ندارند، و این نتیجه مستقیم محتوای کروم تقریباً صفر- آنهاست: حتی یون‌های آهن (Fe{2}}) یا مس (مس{3}})، که می‌توانند در تماس اسید هیدروکلریک با لوله‌های آهن یا مس در جای دیگری در سیستم B-3 ایجاد شوند و باعث خوردگی شوند.

Haynes International نموداری را منتشر می‌کند که نشان می‌دهد دقیقاً با افزایش آلودگی یون‌های آهن و مس در جوشاندن 2.5% HCl، سرعت خوردگی B-3 به چه شدت افزایش می‌یابد، و ادبیات تاریخی B-2 تقریباً کلمه به کلمه همان هشدار را بیان می‌کند: B-2 "ممکن است در حضور نمک‌های نمکی باعث شکستگی در فنجان‌ها شود." این یک تمایز B-3-در مقابل-B-2 نیست - این یک مرز مشترک از کل خانواده آلیاژ نیکل-مولیبدن است. در مواردی که خدمات اسید هیدروکلریک شامل آلودگی اکسید کننده، اسیدهای مخلوط یا هوادهی متناوب است، آلیاژ حاوی کروم مانند C-276، C-22، یا HYBRID-BC1 مشخصات مناسب تری است. B-3 و B-2 باید برای اسید خالص، کاهنده و غیر هوادهی ذخیره شوند.

چگونه B-3 و B-2 در اسیدهای سولفوریک، فسفریک و سایر اسیدهای غیر اکسید کننده مقایسه می شوند؟

داده‌های کاملاً منتشر شده B-3 مقاومت عالی را در بین اسید سولفوریک و فسفریک تقریباً در تمام غلظت‌ها و دماها تأیید می‌کند، با نرخ خوردگی عموماً 0.15 میلی‌متر در سال یا کمتر از آن در خارج از شدیدترین، نزدیک به{4}}جوش، شرایط اسید سولفوریک بسیار غلیظ. B-2 در ادبیات فنی مستقل به‌عنوان همان مقاومت اسیدی غیراکسیدکننده (غیر اکسیدکننده) مشابه، مستند شده است، اگرچه هاینز دیگر جداول غلظت به غلظت منطبق را برای آن منتشر نمی‌کند.

منبع: جداول خوردگی محلول‌های اسید سولفوریک، اسید فسفریک و معرف بین‌المللی Haynes، برگه اطلاعات آلیاژ HASTELLOY B-3.

جهش شدید در اسید سولفوریک در حال جوش 80% (4.76 میلی‌متر در سال) یک نقطه داده مفید و صادق است: B{4}}3، مانند B-2، یک آلیاژ اسیدی کاهنده-است و هنگامی که اسید سولفوریک به اکسیدکننده‌ترین، بالاترین نقطه{0}شرایط{0} اکسید کننده{0} می‌رسد، مقاومت آن در خارج از پنجره غلظت مورد نظر کاهش می‌یابد. نمودارهای همسو خوردگی خود B-3 برای اسید سولفوریک دقیقاً به همین دلیل پیش بینی رفتار قابل اعتماد بالای منحنی نقطه جوش را متوقف می کند.

چگونه جوشکاری در عمل بر مقاومت در برابر خوردگی تأثیر می گذارد؟

داده‌های جوش -3 منتشر شده-در مقابل-فرور شده-پایه{6}}فلز تقریباً هیچ تفاوت قابل اندازه‌گیری را در چندین اسید کلیدی نشان نمی‌دهند - از جمله نرخ خوردگی یکسان برای فلز جوش و فلز پایه فرفورژه در هر دو 5% اسید بوئل کوئیلور{10% - که واضح‌ترین شواهد موجود است که نشان می‌دهد پایداری حرارتی بهبود یافته B-3 واقعاً به عملکرد بهتر جوش داده می‌شود.

منبع: Haynes International تمام-جوش-فلز (چلیپایی چند-GMAW) در مقابل پایه فرفورژه-داده‌های خوردگی فلز، برگه داده آلیاژ HASTELLOY B-3.

Haynes International جدولی معادل جوش-فلز-در مقابل{2}}B-2 را در کتابخانه فنی فعلی خود منتشر نمی‌کند. با توجه به حساسیت شناخته شده B-2 به تشکیل سریع‌تر Ni4Mo در همان محدوده دمایی که جوشکاری از آن عبور می‌کند، سازندگانی که با B-2 کار می‌کنند باید وزن بیشتری را بر روی کنترل دقیق دمای بین‌گذری، و به راهنمای تاریخی خود هاینز برای حل کردن محلول-آنیل کنند، زیرا زمانی که همه اجزای B-2 سرد کار شده قبل از جوشکاری از حدود 7% بیشتر است. در صورت نادیده گرفتن این مرحله، مستعد ترک خوردن در ناحیه جوش شده است - راهنمایی که در ادبیات B-3 فعلی هاینز تقریباً به کلمه ظاهر می شود و تأکید می کند که این یک اقدام احتیاطی در سطح خانواده است و نه یک احتیاط منحصر به فرد برای هر یک از آلیاژها.

چگونه B-3 و B-2 در مقاومت ترک خوردگی تنشی-خوردگی با هم مقایسه می شوند؟

B-3 یک نتیجه مستقیم منتشر شده را به همراه دارد: بدون ترک خوردگی پس از 1008 ساعت (شش هفته) در جوشاندن کلرید منیزیم 45% (ASTM G36)، قرار دادن آن در کنار C-276 و آلیاژ 625 به عنوان یکی از مقاوم‌ترین مواد SCC{10}}هینز. B-2 در منابع فنی مستقل به عنوان دارای مقاومت عالی کلرید-SCC، مطابق با مصونیت عمومی خانواده نیکل-مولیبدن در برابر این حالت خرابی، مستند شده است، اگرچه ادبیات فعلی هاینز یک عدد منطبق به طور خاص برای B-2 ندارد.

منبع: Haynes International تنش{0}داده های ترک خوردگی (جوش 45% MgCl2، ASTM G36)، برگه داده آلیاژ HASTELLOY B-3.

توجه داشته باشید که Haynes داده‌های حفره‌ای بحرانی یا دمای شکاف ASTM G48 (معیار استاندارد مورد استفاده برای آلیاژهای نوع C و G-در جای دیگر این سری) برای B-3 یا B-2 منتشر نمی‌کند. این یک نادیده گرفتن نیست: ASTM G48 از کلرید آهن اسیدی شده استفاده می کند، یک نمک کلرید اکسید کننده که کاملاً در محدوده محدودیت آلودگی که در بالا بحث شد قرار می گیرد. از آنجایی که آلیاژهای خانواده B در وهله اول برای خدمات اکسید کننده کلرید در نظر گرفته نشده اند، هاینز آنها را در برابر آزمایشی که دقیقاً بر اساس آن شرایط ساخته شده است، معیار قرار نمی دهد.

ویژگی‌های ساخت و ویندوز داغ{0}}چگونه مقایسه می‌شوند؟

هر دو آلیاژ در یک دما بازپخت می‌شوند و نیاز به خاموش کردن آب دارند، اما محدوده فورج گرم توصیه‌شده B3 کاملاً بالاتر از منطقه خطر بارندگی است، در حالی که دستورالعمل رسمی B-2 مستلزم پرهیز از باند وسیع 538-870 درجه است. ساخت B-2 مشکل ساز تر است.

منبع: داده‌های کششی، سختی و ساخت Haynes International، HASTELLOY B-برگ داده‌های آلیاژ ۳. بروشور فنی میراث بین المللی Haynes H-2006D، آلیاژ HASTELLOY B-2، برای هدایت بازپخت و کار گرم.

در مواردی که ادبیات فعلی هاینز یک شکل B-2 مستقیماً قابل مقایسه را منتشر نمی کند، این جدول به جای جایگزینی تخمین به وضوح نشان می دهد که - B-2 عملاً با B-3 به عنوان ارائه استاندارد نیکل-مولیبدن هاینز جایگزین شده است، و جداول دقیق ویژگی های مکانیکی برای B-2 دیگر بخشی از کتابخانه فنی آنلاین فعلی شرکت نیستند.

کدام استانداردهای ASTM، ASME، و AWS بر B-3 و B-2 حاکم هستند؟

B-3 دارای یک مجموعه مشخصات کامل‌تر و در حال حاضر نگهداری شده نسبت به اسناد قدیمی B-2 است - از جمله مشخصات آهنگری اختصاصی (ASTM B564) که بروشور B-2 هاینز فهرستی از آن ندارد - که مستقیماً برای خرید در هر پروژه‌ای که نیاز به اتصالات، فلنج‌ها یا سوپاپ‌های آهنگری دارد اهمیت دارد.

منبع: جدول "مشخصات و کدهای" بین المللی Haynes، برگه اطلاعات آلیاژ HASTELLOY B-3. بروشور فنی میراث بین المللی Haynes H-2006D، آلیاژ HASTELLOY B-2.

کدام آلیاژ را برای سرویس اسید هیدروکلریک باید مشخص کنید؟

B-3 را برای ساخت و ساز جدید، ساخت مقاطع ضخیم، جوشکاری چند پاس و هر برنامه ای که به اجزای آهنگری نیاز دارد، مشخص کنید. B-2 از نظر فنی یک انتخاب مناسب برای سیستم‌های موجود است که قبلاً برای آن واجد شرایط هستند، مشروط بر اینکه روش‌های جوشکاری و عملیات حرارتی با محدودیت‌های پردازش باریکتر و مستندتر آن مطابقت داشته باشند.

• B-3 را برای موارد زیر انتخاب کنید:مخازن واکنش، ستون‌ها و سیستم‌های لوله‌کشی جدید برای اسید کلریدریک یا سولفوریک خالص، که در آن‌ها حاشیه پردازش وسیع‌تر خطر ساخت و کار مجدد را کاهش می‌دهد.
• B-3 را برای موارد زیر انتخاب کنید:مخازن ضخیم-و جوش‌های میدانی چند-، جایی که قرار گرفتن در معرض حرارت تجمعی در محدوده 500-900 درجه سخت‌تر است.
• B-3 را برای موارد زیر انتخاب کنید:اجزای آهنگری - فلنج، اتصالات، بدنه سوپاپ - از آنجایی که B-3 دارای مشخصات آهنگری ASTM B564 فعلی است و اسناد قدیمی B-2 چنین نیست.
• B-3 را برای موارد زیر انتخاب کنید:پروژه هایی که نیاز به اطلاعات مکانیکی و خوردگی کاملاً مستند و در حال حاضر نگهداری شده برای طراحی و انطباق کد دارند.
• B-2 را برای:کارخانه‌ها و برنامه‌های یدکی موجود که قبلاً واجد شرایط هستند، جوش داده شده‌اند و در B-۲ ذخیره شده‌اند، جایی که تعویض آلیاژها بدون نیاز به خوردگی، پیچیدگی خرید را اضافه می‌کند.
• B-2 را برای:قطعات جایگزین برای تجهیزات قدیمی که در آن B-2 به خوبی-سابقه میدانی چندین دهه تثبیت شده است، خود نوعی صلاحیت است.

در هر دو مورد، به یاد داشته باشید که هیچ یک از آلیاژها برای اسید کلریدریک آلوده به نمک‌های اکسید کننده، جریان‌های اسید اکسیدکننده/کاهنده مخلوط، یا سیستم‌های هوادهی متناوب - مناسب نیست که مرز به طور مساوی برای B-3 و B-2 اعمال می‌شود و عبور از آن نیاز به کروم C27، C27، و یا C27-bear دارد. در عوض HYBRID-BC1.

سوالات متداول

س: تفاوت اصلی بین Hastelloy B-3 و B-2 چیست؟

A: B{4}}3 (UNS N10675) محتوای مولیبدن را کمی تغییر می‌دهد و مقادیر کمی تنگستن و سایر عناصر جزئی را که B-2 (UNS N10665) مشخص نمی‌کند، اضافه می‌کند و به‌جای فاز Ni4 سریع‌تر تشکیل‌دهنده B-2، فاز Ni3Mo کندتر را تشکیل می‌دهد. این به B-3 یک پنجره پردازش حرارتی گسترده تر و بخشنده تر می دهد بدون اینکه مقاومت اساسی هر یک از آلیاژها در برابر اسید هیدروکلریک خالص تغییر کند.

س: آیا B-3 نسبت به B-2 در اسید هیدروکلریک در برابر خوردگی مقاوم تر است؟

A: به طور چشمگیری - هر دو آلیاژ مقاومت فوق العاده ای در برابر اسید کلریدریک خالص و بدون آلودگی در تمام غلظت ها تا نقطه جوش ارائه می دهند. مزیت واقعی B-3 پایداری حرارتی و ساختاری است، که به طور غیرمستقیم از مقاومت در برابر خوردگی با کاهش خطر تبدیل فاز ترد کننده محافظت می کند که، طبق ادبیات ثبت اختراع، مقاومت به خوردگی در B-2 و همچنین شکل پذیری را کاهش می دهد.

س: آیا Hastelloy B-3 یا B-2 را می توان با اسید هیدروکلریک آلوده به آهن یا مس استفاده کرد؟

A: خیر. هر دو آلیاژ ممکن است در حضور یون‌های آهن یا مس دچار شکست خوردگی سریع شوند، این یون‌ها در صورت تماس اسید هیدروکلریک با لوله‌های آهن یا مس در جای دیگری در سیستم ایجاد می‌شوند. این یک محدودیت مشترک برای کل خانواده آلیاژی بدون کروم-نیکل-مولیبدن است، نه یک تمایز B-3 در مقابل B-2.

س: آیا B-3 و B-2 نیاز به عملیات حرارتی پس از جوش دارند؟

A: هیچکدام برای مقاومت در برابر خوردگی در شرایط عادی به PWHT نیاز ندارند، اما هر دو به قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در محدوده 500-900 درجه حساس هستند. B-سینتیک بارش آهسته‌تر 3 در طول جوشکاری چند پاسی و بازپخت، حاشیه بیشتری را به سازندگان می‌دهد. B-2 به کنترل دمای بین گذری سخت گیرانه تری نیاز دارد و طبق راهنمای تاریخی هاینز، قبل از جوشکاری اجزای سرد کار شده با بیش از حدود 7 درصد کشیدگی، بازپخت محلول نیاز دارد.

س: آیا Hastelloy B-2 هنوز موجود است یا با B-3 جایگزین شده است؟

A: B-2 همچنان یک آلیاژ شناخته شده UNS (N10665) است و هنوز توسط تامین کنندگان تولید و ذخیره می شود، اما Haynes International B-3 را به عنوان عرضه استاندارد نیکل-مولیبدن خود از سال 1994 در جایگاه قرار داده است و دیگر B-2 را در ادبیات آنلاین فعلی خود که فقط برای انتشار نمونه های تاریخی آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی است، حفظ نمی کند.

س: آیا B-3 و B-2 برای قطعات آهنگری مناسب هستند؟

A: B-3 دارای مشخصات فعلی آهنگری ASTM/ASME B564/SB564 است. بروشور قدیمی هاینز B-2 مشخصات آهنگری را فهرست نمی کند، بنابراین B-3 انتخاب ساده تر مشخصات برای فلنج ها، اتصالات، یا بدنه شیرهای فورج شده است.