مقاومت در برابر خوردگی Incoloy 825 در اسید سولفوریک: منحنی‌های خوردگی و محدودیت‌های غلظت ایزو{1}

مقدمه

اسید سولفوریک یکی از پرمصرف‌ترین مواد شیمیایی صنعتی در جهان است و همچنین یکی از اسیدهای پیچیده‌تر برای انتخاب ماده است، زیرا ویژگی خورندگی آن در واقع با غلظت تغییر می‌کند. به گفته توزیع کننده آلیاژ Langley Alloys، آلیاژ INCOLOY 825 در سال 1952 به بازار معرفی شد، که به طور خاص بر روی پایه آلیاژ 800 با افزودنی های مس ساخته شد تا مقاومت در برابر اسیدهای کاهنده مانند اسید سولفوریک - را بهبود بخشد.

این مقاله مستقیماً از داده‌های خوردگی آبی خود شرکت Special Metals - نمودار iso-خوردگی سازنده برای آلیاژ 825 در اسید سولفوریک، نتایج آزمایش خوردگی گیاهی منتشر شده آن، و رتبه‌بندی مقایسه‌ای آن در برابر سایر آلیاژهای نیکل - کار می‌کند تا تصویری واضح و کمی از مقاومت آلیاژ سولفوریک 2 نشان دهد. جایی که مخروط می شود، و زمانی که یک ماده آلیاژی بالاتر-به جای آن باید مشخص شود.

چه چیزی به آلیاژ 825 مقاومت در برابر اسید سولفوریک می دهد؟

مقاومت آلیاژ 825 در برابر اسید سولفوریک از ترکیب خاصی از عناصر آلیاژی ناشی می‌شود: نیکل و مولیبدن در برابر اسید احیا کننده موجود در غلظت‌های پایین-تا{2} متوسط، کروم در برابر اسید اکسیدکننده موجود در غلظت‌های بالا مقاومت می‌کنند و مس در برابر اسیدهای احیا کننده موجود در غلظت‌های بالا مقاومت می‌کند، و مس - آلیاژ را افزایش می‌دهد. حمله اسید هیدروفلوئوریک که نیکل و مولیبدن به تنهایی به طور کامل آن را برطرف نمی کنند.

اسید سولفوریک به عنوان یک خورنده منفرد و یکنواخت عمل نمی کند. طبق کتابچه راهنمای خوردگی آبی خود Special Metals، غلظت اسید سولفوریک تا حدود 25٪ کاهش می یابد. بالاتر از آن شروع به گرفتن ویژگی های اکسید کننده می کند. و اسید غلیظ بالای 87 درصد وزنی در دمای اتاق - رایج ترین گرید تجاری - کاملاً اکسید کننده است. این بدان معناست که یک آلیاژ منفرد باید بسته به مکانی که در محدوده غلظت عمل می کند، در برابر دو مکانیسم خوردگی مختلف مقاومت کند و انتخاب آلیاژ باید هر دو را در نظر بگیرد.

راهنمای کلی Special Metals در مورد عناصر آلیاژی مستقیماً در مورد نقش هر عنصر است. نیکل مقاومت در برابر اسیدهای کاهنده و کاستیک ها را بهبود می بخشد. مولیبدن مقاومت در برابر اسیدهای کاهنده و خوردگی حفره ای و شکافی را در محیط های حاوی کلرید{2}} بهبود می بخشد. کروم مقاومت در برابر خورنده های اکسید کننده را بهبود می بخشد. مس مقاومت در برابر اسیدهای احیاکننده - به ویژه اسید سولفوریک و هیدروفلوئوریک غیر هوادهی - را بهبود می‌بخشد و افزودنی‌های مس به‌ویژه به آلیاژهای آهن نیکل{-کروم{{9}مولیبدن-به‌عنوان ارائه مقاومت بهبود یافته در برابر اسیدهای کلریدری، فسولفوریک و اسیدهای کلریدریک توصیف می‌شوند. آلیاژ 825 تقریباً 38-46٪ نیکل، 19.5-23.5٪ کروم، 2.5-3.5٪ مولیبدن، و 1.5-3.0٪ مس کالیبره شده است تا هم رژیم های احیا و هم اکسید کننده اسید سولفوریک را در یک اسید سولفوریک{2}قابل جوشکاری تکی پوشش دهد.

نمودار ایزو{0}}خوردگی آلیاژ 825 در اسید سولفوریک واقعاً چه چیزی را نشان می‌دهد؟

نمودار ایزو{0}}خوردگی فلزات ویژه برای آلیاژ 825 در اسید سولفوریک، میدان غلظت-در مقابل{3}}درجه حرارت را به سه باند سرعت خوردگی- زیر 5 mpy، 5 تا 20 mpy، و بیش از 20 mpy در برابر (مقاومت همه جانبه) ما ('alloy's) منطقه خوب تقسیم می‌کند. بیشترین غلظت-تا-واسطه در دمای متوسط، با نزدیک شدن غلظت و دما به منحنی نقطه جوش به شدت کاهش می یابد.

نمودار ایزو{0}}زنگ خوردگی نرخ خوردگی را به صورت تابعی از دو متغیر همزمان - غلظت اسید (محور افقی، 0-100٪ وزنی) و دما (محور عمودی، از محیط تا نقطه جوش اسید در هر غلظت) ترسیم می‌کند. خطوط روی نمودار نقاطی با نرخ خوردگی برابر را به هم متصل می کنند، به همین دلیل است که آنها را خطوط همز-خوردگی (همان-خوردگی) می نامند. خواندن یکی ساده است: دمای فرآیند خود را در محور عمودی و غلظت اسید خود را در محور افقی بیابید. منطقه ای که نقطه شما در آن قرار می گیرد، نوار نرخ خوردگی مورد انتظار را برای آلیاژ آنیل شده 825 در اسید نسبتاً خالص و غیر آلوده به شما می گوید.

منبع: Special Metals Corporation، آلیاژهای با کارایی بالا برای مقاومت در برابر خوردگی آبی (راهنمای خوردگی آبی)، شکل 2 - ایزو-نمودار خوردگی برای آلیاژ INCOLOY 825 در اسید سولفوریک.

Special Metals به جای اینکه خواننده را ملزم به درونیابی نمودار با چشم کند، به طور مستقیم پوشش عملی آلیاژ را بیان می کند. بر اساس نتایج آزمایش و تجربه خدمات، آلیاژ 825 باید مقاومت بسیار خوبی (زیر 5 mpy) در محلول‌های اسید سولفوریک بین 40 تا 80 درصد وزنی در 120 درجه فارنهایت (50 درجه) داشته باشد. همان نشریه خاطرنشان می کند که مقاومت آلیاژ در محدوده غلظت کامل در دماهای تا 150 درجه فارنهایت (65 درجه) و تا غلظت 78 درصد در 176 درجه فارنهایت (80 درجه) گسترش می یابد.

سازنده مراقب است که یک هشدار مهم را مستقیماً در کنار این داده ها اضافه کند: انحرافات شدید از این رفتار می تواند در حضور آلاینده هایی رخ دهد که در{0}}اسید با قدرت متوسط ​​در فرآیندهای شیمیایی واقعی رایج است - یادآوری می کند که نمودارهای خوردگی ایزو-شرایط خالص یا نزدیک{3}شرایط اسید آزمایشگاهی خالص را توصیف می کنند، نه شرایط اسید ضروری آزمایشگاهی.

منبع: Special Metals Corporation، Aqueous Corrosion Handbook، متن بخش اسید سولفوریک همراه با شکل 2.

نرخ خوردگی واقعی گیاه در مقایسه با نمودار ایزو-خوردگی چگونه است؟

نرخ واقعی خوردگی میدانی برای آلیاژ 825 در خدمات اسید سولفوریک صنعتی و خدمات اسید مخلوط{{1}، در اکثر موارد مستند شده، بسیار کمتر از -آستانه محافظه کارانه 5 mpy در نمودار در حال حاضر - اغلب با یک یا دو مرتبه بزرگی - است زیرا اکثر فرآیندهای واقعی اسیدی در شرایط آزمایشگاهی کمتر از p برای ساختن نمودار iso-خوردگی.

Special Metals جدول قابل توجهی از نتایج آزمایش خوردگی میدانی{0}}آلیاژ 825 را در طیف گسترده‌ای از اسید سولفوریک واقعی و محیط‌های کارخانه اسیدی مخلوط- منتشر می‌کند که تعدادی از آنها در زیر بازتولید شده‌اند. این الگو ثابت است: حتی اسیدها در محدوده غلظت 40 تا 90%+، در دماهای بسیار بالاتر از محیط، اغلب نرخ خوردگی کمتر از 1 مایل بر ثانیه در سرویس را برمی‌گردانند - یادآور مفیدی است که نمودار خوردگی iso یک ابزار غربالگری محافظه‌کارانه برای انتخاب مواد است، نه پیش‌بینی‌کننده دقیق نرخ خوردگی یک کارخانه خاص.

منبع: Special Metals Corporation، Aqueous Corrosion Handbook، جدول 4 - آزمایش‌های خوردگی گیاهی آلیاژ INCOLOY 825 در محلول‌های اسید سولفوریک و مخلوط (انتخاب به اختصار).

دو مدخل به طور خاص ارزش علامت گذاری دارند زیرا یک نکته واقعا مفید و غیر واضح را نشان می دهند: در محلول پاک کننده اسید 20% به اضافه 4% دی کرومات سدیم، نرخ خوردگی (19 mpy) علیرغم وجود یک نمک نسبتاً رقیق اسیدی، یک نمک اسیدی رقیق کننده کاملاً قوی است، زیرا یک نمک دی اکسید کننده مجدد قوی است. شیمی تا حدی برای کاهش{4}}سرویس اسید تنظیم شده است. این یک نمایش واقعی-جهانی از غلظت-وابسته کاهنده/اکسیدکننده مورد بحث در بالا است.

آلیاژ 825 چگونه با سایر آلیاژهای نیکل موجود در اسید سولفوریک مقایسه می شود؟

در اسید سولفوریک رقیق (زیر غلظت 50%)، آلیاژ 825 اساساً برای بهترین مقاومت در میان خطوط آلیاژ نیکل Special Metals در کنار آلیاژ INCONEL 686 و آلیاژ INCONEL G-3 قرار دارد. در اسید غلیظ (بیش از 50%)، آلیاژ 825 به ترتیب از آلیاژهای مولیبدن بالاتر و کروم بالاتر 686، C-276، 622 و 625 عقب تر است.

Special Metals مستقیماً مقاومت اسید سولفوریک آلیاژهای خود را با استفاده از خط خوردگی 20 mpy (0.51 میلی‌متر بر ثانیه) به عنوان مبنای مقایسه رتبه‌بندی می‌کند، زیرا رتبه‌بندی یک آستانه مقدار واحد در بین چند آلیاژ آسان‌تر از مقایسه نمودارهای کامل است. بسته به اینکه کاربرد در کدام سمت انتقال کاهنده/اکسیدکننده اسید سولفوریک روی - قرار می‌گیرد، رتبه‌بندی‌ها به‌طور معنی‌داری متفاوت است.

منبع: Special Metals Corporation، Aqueous Corrosion Handbook، شکل 4 - رفتار مقایسه ای آلیاژهای Ni-Cr-Mo در اسید سولفوریک (20 mpy iso-خلاصه خوردگی).

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٪، درجه حرارت بالا، اسید اکسید کننده - یا زمانی که آلودگی کلریدی قابل توجهی وجود داشته باشد، - گریدهای آلیاژی- بالاتر، حق بیمه خود را کسب می کنند.

وقتی کلریدها در جریان اسید سولفوریک وجود دارند چه اتفاقی می‌افتد؟

آلیاژ 825 قرار گرفتن در معرض متناوب یا متوسط کلرید در اسید سولفوریک را به خوبی تحمل می کند - از جمله سنگ{2}}افزودن نمک مورد استفاده در عملیات ترشی کردن - اما برای قرار گرفتن مداوم و کاملاً غوطه ور در معرض کلرید-اسید سولفوریک آلوده تا یک قدمی فلزی خاص آلیاژ مولیبدن بالاتر مانند C-276، 622، 625، یا 686.

Special Metals این تمایز را به صراحت بیان می کند: در کاربردهایی که کلریدها وجود دارند، مانند افزودن سنگ نمک به حمام های ترشی سولفوریک، آلیاژ INCOLOY 825 خدمات عالی ارائه کرده است و وجود نمک های اکسید کننده غیر از کلرید در واقع برای مقاومت آلیاژ مفید است.

با این حال، در برنامه‌هایی که قرار گرفتن در معرض به طور مداوم در شرایط آلوده به کلرید قرار می‌گیرد، آلیاژهای مولیبدن بالاتر- آلیاژهای INCONEL C-276، 622، 625 یا 686 - بیشتر مورد نیاز است. این با نقش کلی مولیبدن در این خانواده آلیاژ مطابقت دارد: به طور خاص مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و شکافی در محیط‌های حاوی کلرید را بهبود می‌بخشد، و آلیاژ 825 دارای محتوای 2.5 تا 3.5 درصد مولیبدن است، در حالی که برای قرار گرفتن در معرض متناوب کافی است، کمتر از Nisu% 6-1-r در 9–1 آلیاژها برای سرویس مداوم کلرید ساخته شده اند.

• مواجهه متناوب یا کم{0}}کلرید در سرویس اسید سولفوریک آلیاژ 825 معمولاً کافی است.
• سنگ نمک یا کلریدهای مشابه در ترشی-شیمی حمام - به عنوان خدمات عالی برای آلیاژ 825 مستند شده است.
• قرار گرفتن در معرض مستمر و کاملاً غوطه‌ور در اسید سولفوریک آلوده به کلرید- در عوض آلیاژ مولیبدن بالاتر{{2} (C-276، 622، 625، یا 686) را مشخص می‌کند.

ترکیب شیمیایی کامل Incoloy 825 چیست؟

آلیاژ 825 (UNS N08825، W.Nr. 2.4858) با 38.0-46.0٪ نیکل، 19.5-23.5٪ کروم، 22.0٪ حداقل آهن، 2.5-3.5٪ مولیبدن، 1.5-3.5٪ مولیبدن، 1.5-3.0٪ مولیبدن، 1.5-3.0٪ مولیبدن، و 1.5-3.0٪ cobon مشخص شده است. سقف 0.05٪ برای محدود کردن خطر حساسیت.

منبع: Special Metals Corporation، بولتن فنی آلیاژ INCOLOY 825 (جدول 1 - ترکیب شیمیایی محدود)، متقاطع-بر اساس برگه اطلاعات نوار آلیاژ INCOLOY 825 منتشر شده Elgiloy Specialty Metals تأیید شده است.

سقف کم کربن (حداکثر 0.05٪) همراه با تثبیت تیتانیوم چیزی است که به آلیاژ 825 اجازه می‌دهد در حالت-جوشکاری شده بدون اجباری آنیل کردن محلول جوشی در اکثر سرویس‌ها استفاده شود - تیتانیوم کربن را ترجیحاً به عنوان کاربید تیتانیوم می‌بندد و از دانه‌ها محافظت می‌کند. ایجاد حساسیت ناشی از کروم-کاربید-که فولادهای زنگ نزن آستنیتی تثبیت نشده- را آزار می‌دهد. این یک مزیت ساخت و هزینه معنادار نسبت به فولادهای زنگ نزن سری 300 در محیط های اسیدی است، جایی که عملیات حرارتی پس از جوش اغلب اجتناب ناپذیر است.

چه زمانی باید آلیاژ 825 را در مقابل گزینه آلیاژی{1} بالاتر برای سرویس اسید سولفوریک تعیین کنید؟

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 >باند 20 mpy.

آلیاژ 825 - لوله و مخازن فرآیند اسید سولفوریک رقیق و میانی. حمام ترشی اسید سولفوریک، از جمله آنهایی که دارای سنگ{1}}نمک یا کلرید متناوب مشابه هستند. جریان مخلوط سولفوریک / اسید فسفریک. تولید اسید عمومی و تجهیزات کنترل آلودگی-. بازفرآوری سوخت هسته‌ای و مدیریت زباله‌های رادیواکتیو، که در آن تاریخچه 825 در فرآیندهای انحلال{4} نوع سولفکس به خوبی مستند شده است.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50٪، اسید سولفوریک داغ؛ غوطه ور شدن مداوم در اسید سولفوریک آلوده به کلرید-. خدماتی که در آن نمودار خوردگی iso-825 ترکیب اسید/دما را بالای خط 5 mpy نشان می‌دهد.

آلیاژ INCOLOY 25-6MO - یک جایگزین ضد زنگ فوق آستنیتی ارزش ارزیابی ویژه برای رقیق (<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.

یک یادداشت خرید که باید به صراحت بیان شود: نمودار iso{0}}خوردگی رفتار اسید نسبتاً خالص یا کمی مخلوط شده را در شرایط آزمایشگاهی توصیف می‌کند. خود Special Metals هشدار می دهد که انحرافات شدید ممکن است در حضور آلاینده های رایج در فرآیندهای شیمیایی واقعی رخ دهد. قبل از نهایی کردن انتخاب مواد برای یک جریان فرآیند خاص، به جای تکیه بر نمودار iso{3}}خوردگی به تنهایی برای یک برنامه مرزی، درخواست یا آزمایش کوپن خوردگی را در سیال فرآیند واقعی انجام دهید.

سوالات متداول

Q: حداکثر غلظت اسید سولفوریک آلیاژ 825 چقدر است؟

A: کاملا به دما بستگی دارد. در دماهای تا 150 درجه فارنهایت (65 درجه)، آلیاژ 825 مقاومت بسیار خوبی را حفظ می کند.<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: چرا مس به طور خاص به مقاومت در برابر اسید سولفوریک کمک می کند؟

A: افزودن مس به آلیاژهای نیکل-کروم-مولیبدن-آهن توسط Special Metals برای بهبود مقاومت به ویژه در برابر اسیدهای کاهنده - سولفوریک، فسفریک و هیدروکلریک - که مکانیسمی متمایز از نقش اکسید کننده کروم در اسیدی شدن مجدد است، ثبت شده است. از آنجایی که اسید سولفوریک کمتر از حدود 25٪ غلظت کاهش می یابد و تقریباً بیش از 50٪ اکسید می شود، مس و کروم به طور موثر محدوده غلظت را بین آنها در ترکیب آلیاژ 825 تقسیم می کنند.

Q: آیا آلیاژ 825 قبل از استفاده در سرویس اسید سولفوریک نیاز به عملیات حرارتی بعد از جوش{1} دارد؟

A: به طور کلی خیر آلیاژ 825 با افزودن تیتانیوم خود در برابر حساسیت تثبیت می‌شود، که به آن اجازه می‌دهد در-وضعیت جوش‌شده در اکثر سرویس‌ها بدون اجباری آنیل کردن محلول جوشی - استفاده شود که این مزیت نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی تثبیت نشده است، که معمولاً برای بازیابی مقاومت بین دانه‌بندی نیاز به عملیات حرارتی دارند.

Q: آیا آلیاژ 825 یا آلیاژ Ni{1}}Cr-Mo مانند 625 انتخاب اقتصادی بهتری برای اسید سولفوریک است؟

A: برای اسید سولفوریک رقیق کمتر از غلظت 50 درصد، آلیاژ 825 اساساً مقاومتی برابر با آلیاژهای بسیار گران‌تری مانند INCONEL 686 ارائه می‌کند که آن را به انتخاب مقرون‌به‌صرفه‌تر در این محدوده تبدیل می‌کند. آلیاژهای مولیبدن بالاتر از غلظت بالای 50٪ یا با آلودگی مداوم کلرید، عملکرد بهتری از آلیاژهای مولیبدن 825 دارند که هزینه اضافه معمولاً قابل توجیه است.

Q: آیا می توان از آلیاژ 825 در جایی که اسید سولفوریک و کلرید هر دو وجود دارد استفاده کرد؟

A: بله، در بسیاری از موارد - Special Metals خدمات عالی را برای آلیاژ 825 در حمام های ترشی سولفوریک با افزودن سنگ-نمک (کلرید) ارائه می دهد. این احتیاط مخصوصاً در مورد قرار گرفتن مداوم و کاملاً غوطه‌ور در معرض اسید سولفوریک آلوده به کلرید-که در آن آلیاژ مولیبدن بالاتر-به جای آن توصیه می‌شود اعمال می‌شود.