1. Hastelloy B-3 buvo sukurtas kaip patobulintas plačiai naudojamo B-2 lydinio įpėdinis. Koks buvo pagrindinis B-2 metalurginis silpnumas, kurį B-3 konkrečiai sprendžia, ir kaip jo modifikuota chemija (ypač Ni, Mo ir Cr) suteikia sprendimą?
Pagrindinis B-2 trūkumas buvo jo jautrumas žalingų tarpmetalinių fazių susidarymui po ilgalaikio vidutinės temperatūros (600–1100 laipsnių F / 316–593 laipsnių) poveikio, o tai gali atsirasti lėto aušinimo metu po suvirinimo, sumažinant įtampą arba dirbant aukštoje temperatūroje.
B-2 problema: Ni-Mo fazės krituliai
B-2, didelis molibdeno kiekis (~28 %) mažai -chromo ir mažai{5}}geležies matricoje yra metastabili. Ilgesnis laikas kritinėje temperatūros diapazone lemia tvarkingų tarpmetalinių fazių, tokių kaip mu fazė (μ-fazė - Ni₇Mo₆) ir P fazė, nusodinimą. Šios fazės yra kietos, trapios ir, svarbiausia, smarkiai išeikvoja aplinkinę molibdeno matricą, sukurdamos lokalizuotas zonas, kurių atsparumas korozijai smarkiai sumažėja. Tai gali sukelti netikėtą tarpkristalinę koroziją ir trapumą po suvirinimo arba eksploatacijos.
B-3 sprendimas: chemiškai optimizuotas stabilumas
B-3 sudėtis yra tikslus Ni-Mo balanso perkalibravimas:
Sureguliuotas Ni/Mo santykis: molibdeno kiekis šiek tiek sumažinamas (~28,5 %, palyginti su ~28 %), o nikelis padidinamas (~65 % min.), kad lydinio sudėtis būtų nukreipta nuo laiko -temperatūros- transformacijos (TTT) kreivės, kad susidarytų žalingos fazės.
Kontroliuojamas chromas ir geležis: pridedami nedideli, bet apgalvoti kiekiai chromo (~1,5%) ir geležies (~1,5%). Šie elementai stabilizuoja mikrostruktūrą. Labai svarbu, kad jie būtų subalansuoti, kad būtų skatinamas gerybiškesnių, blokuotų M₆C- tipo karbidų susidarymas, o ne ištisiniai, grūdėtieji- žalingų intermetalų tinklai.
Rezultatas: ši chemija užtikrina išskirtinį šiluminį stabilumą, žymiai pailgindama laiką, reikalingą kenksmingoms fazėms susidaryti. Tai suteikia gamintojams daug didesnį apdorojimo langą ir suteikia inžinieriams didesnę saugos ribą nuo-eksploatacijos trapumo ir korozijos.
2. Vandenilio chlorido rūgšties (HCl) garintuvui, veikiančiam esant aukštai temperatūrai ir koncentracijai, būtų nurodytas B-3 vamzdelis. Kuo jo atsparumas korozijai gryname, neoksiduojančiame HCl lyginamas su B-2 ir koks yra pagrindinis B-3 praktinis pranašumas gaminant ir suvirinant tokį įrenginį?
Grynoje, ne{0}}oksiduojančioje druskos rūgštyje B-3 ir B-2 atsparumas korozijai iš esmės yra lygiavertis ir išskirtinis. Abu lydiniai nustato šios paslaugos pramonės standartą, nes korozijos greitis yra labai mažas visose koncentracijose ir temperatūroje, įskaitant virimo temperatūrą.
Pagrindinis praktinis B-3 pranašumas: puikus suvirinamumas ir gamybos atleidimas.
Pagrindinis B-3 pranašumas yra ne grynos rūgšties savybės, o atsparumas gamybos metu:
B-2 Suvirinimas: reikalauja ypatingo atsargumo. B-2 suvirinimo -šilumos paveikta zona (HAZ) yra labai jautri zonų, kuriose trūksta molibdeno, susidarymui, jei aušinimas yra per lėtas. Dėl to būtina griežtai kontroliuoti tarptakų temperatūrą, kuri dažnai reikalauja priverstinio aušinimo, ir riboja tam tikrų suvirinimo procesų naudojimą.
B-3 Suvirinimas: jo termiškai stabili mikrostruktūra yra daug atlaidesnė. HAZ yra daug mažiau linkęs į kenksmingų fazių atsiradimą ir su tuo susijusį atsparumo korozijai praradimą. Tai leidžia:
Didesnis lankstumas atliekant suvirinimo procedūras (pvz., šiek tiek didesnis šilumos kiekis).
Mažiau griežti tarptakų temperatūros valdikliai.
Sumažėja rizika pagaminti komponentą, kuris praeina hidrotestą, bet per anksti sugenda dėl korozijos dėl neaptiktos mikrostruktūrinės problemos suvirinimo zonoje.
Sudėtingoje gamyboje, pavyzdžiui, garintuve su daugybe suvirinimo siūlių, B-3 žymiai sumažina gamybos riziką, pagerina cecho efektyvumą ir pateikia patikimesnį korozijai atsparų galutinį produktą.
3. Nepaisant patobulinimų, Hastelloy B-3 turi vieną kritinį pažeidžiamumą su visais Ni-Mo lydiniais. Kokia konkreti teršalų klasė, net esant pėdsakams (ppm), gali katastrofiškai padidinti jo korozijos greitį redukuojant rūgštis ir koks yra elektrocheminis mechanizmas?
Esminis pažeidžiamumas yra oksiduojančios medžiagos. Net nedideli oksiduojančių jonų -, pvz., geležies (Fe³⁺), vario (Cu²⁺), nitrato (NO³⁻), ištirpusio deguonies (O₂) arba chloro (Cl₂) -dalelės (dalelės-milijonui lygių), sukelia katastrofą- korozijos greičio-didelio-didėjimo užsakymai.
Elektrocheminis mechanizmas: katodinė depoliarizacija
Grynoje redukuojančioje rūgštyje, pvz., HCl, B-3 korozijos greitis iš prigimties yra mažas, nes katodinė reakcija (vandenilio jonų redukcija: 2H⁺ + 2e⁻ → H₂) yra gana lėta. Tai „kinetiškai apriboja“ bendrą korozijos procesą.
Kai įvedamas toks oksidacinis jonas, kaip Fe³⁺, atsiranda nauja, daug efektyvesnė katodinė reakcija: Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺.
Ši reakcija yra lengva ir veikia kaip galingas katodinis depoliarizatorius. Jis greitai sunaudoja elektronus, smarkiai pagreitindamas anodinę reakciją (metalo tirpimas: Ni/Mo → jonai + elektronai).
Grynasis rezultatas yra pabėgusi korozijos ląstelė. Korozijos greitį riboja ne vandenilio išsiskyrimas, o oksidatoriaus difuzijos greitis į metalo paviršių, dėl kurio atsiranda stiprus, greitas tolygus ataka.
Štai kodėl B-3 (ir B-2) specifikacija ir naudojimas reikalauja kruopštaus proceso valdymo, siekiant pašalinti oksiduojančius teršalus, todėl dažnai reikia naudoti inertišką valymą, didelio grynumo žaliavas ir izoliuoti nuo mažiau tauriųjų medžiagų (pvz., anglinio plieno).
4. Sieros rūgšties (H2SO4) koncentratoriaus gamykloje skirtingos sekcijos tvarko įvairios koncentracijos rūgštį. Kokiu konkrečiu koncentracijos / temperatūros režimu B-3 būtų techniškai optimalus pasirinkimas, palyginti su chromo turinčiu lydiniu, pvz., Hastelloy C-276, ir kodėl?
B-3 is the technically optimal choice for hot, concentrated sulfuric acid (>85 % H₂SO₂) aukštesnėje temperatūroje.
Sieros rūgšties elgesio mokslas:
Praskiesta/vidutinė rūgštis (<~85%): Acts as an oxidizing acid, especially when hot or aerated. Resistance in this regime depends on a stable chromium oxide passive film. Alloys like C-276 (Cr ~16%) excel here. B-3, with only ~1.5% Cr, cannot form a stable passive film and would corrode rapidly.
Concentrated Acid (>~85 %): veikia kaip ne-oksiduojanti, redukuojanti rūgštis. Šioje aplinkoje pasyvi chromo plėvelė nėra stabili. Atsparumas priklauso nuo bazinio lydinio būdingo kilnumo ir mažos korozijos kinetikos redukuojančioje terpėje. Tai Ni-Mo lydinių domenas. Didelis B-3 molibdeno kiekis užtikrina puikų atsparumą ten, kur pasyvumas chromo pagrindu yra neveiksmingas.
Taikymas koncentratoriuje:
A concentrator evaporates water from sulfuric acid, increasing its concentration and temperature along the process path. B-3 tubing is ideally suited for the final stages of concentration-the high-temperature, >85 % H2SO₄ sekcijos (pvz., galutinis koncentratorius, karšto perdavimo linijos). Čia jis bus geresnis nei C-276. C-276 arba kiti lydiniai, turintys Cr, būtų naudojami priekinėse, mažesnės koncentracijos stadijose, kur jų pasyvavimo galimybė yra būtina.
5. Atliekant Hastelloy B-3 vamzdžio, kuris eksploatacijos metu įtrūko, gedimo analizę, kokios dvi skirtingos mikrostruktūros ypatybės, pastebėtos atliekant metalografiją, rodytų gedimo mechanizmą – „termiškai sukeltą trapumą“, o ne „įtempių korozijos įtrūkimą (SCC) iš oksidatoriaus“?
Norint atskirti šiuos gedimus, reikia ištirti plyšio kelią ir aplinkinių grūdelių struktūrą.
Termiškai sukelto trapumo įrodymai (dėl netinkamo terminio apdorojimo arba lėto aušinimo):
Tarpkristalinis įtrūkimų kelias su faziniu krituliu: įtrūkimai seks pagal grūdų ribas. Svarbiausia, kad mikroskopinis tyrimas (dideliu padidinimu, dažnai su ėsdinimu) atskleis ištisinius smulkių antrinių fazių tinklus, nusodintus išilgai grūdelių ribų. Tai susiformavę žalingi intermetaliniai junginiai (mu fazė, P-fazė), trapintys ribas ir suteikiantys lengvą kelią įtrūkimams plisti.
Mikrostruktūriniai senėjimo įrodymai: pačiuose grūduose gali būti per didelio senėjimo požymių, pvz., bendras patamsėjimas po mikroskopu dėl smulkių intragranulinių kritulių, patvirtinančių, kad vamzdelis per ilgai buvo veikiamas kritinės temperatūros diapazone.
Įtrūkimų dėl įtempių korozijos (nuo oksiduojančio teršalo) įrodymai:
Transgranulinis arba mišrus{0}}režimas įtrūkimai: SCC įtrūkimai Ni-Mo lydiniuose, nors dažnai yra tarpkristaliniai, gali būti ir transgranuliniai (pjaunant grūdelius). Kelias yra mažiau susietas su grūdų ribomis.
Antrinių fazių nebuvimas: pagrindinis skirtumas yra tas, kad grūdelių ribose ir matricoje, esančioje greta SCC plyšio, paprastai nebus ištisinio nusodintų intermetalinių fazių tinklo, matomo terminio trapumo metu. Įtrūkimus lemia elektrocheminė ataka konkrečioje aplinkoje, o ne didmeninė mikrostruktūros degradacija dėl šilumos poveikio. Korozijos produktų ant plyšių paviršių analizė (naudojant EDS) taip pat gali atskleisti oksiduojančių teršalų (pvz., geležies, chloro) buvimą.
Apibendrinant: grūdų ribos, išklotos nuosėdomis=terminis trapumas. Nuvalykite grūdų ribas su aplinkos nuosėdomis =, rodančiomis SCC.
