1. NS312 (Hastelloy B-2/S) cheminėje sudėtyje dominuoja nikelis ir molibdenas, o chromo nėra. Kokie yra pagrindiniai šios unikalios kompozicijos metalurginiai motyvai ir kokioje konkrečioje aplinkoje ji yra būtina?
NS312 sudėtis yra tiesioginis ir tikslingas standartinės „nerūdijančio plieno“ filosofijos atmetimas. Nors chromas yra būtinas atsparumui oksiduojančioms terpėms, jis yra žalingas konkrečioje redukcinėje aplinkoje, kuriai yra skirtas NS312.
Nikelio{0}}molibdeno sinergija: pagrindas yra nikelis, kuris iš prigimties yra atsparus šarmams ir druskos rūgščiai. Svarbiausias yra didelis molibdeno kiekis (~28%). Molibdenas suteikia išskirtinį atsparumą redukuojančioms rūgštims{4}}, kurios linkusios priimti, o ne atiduoti elektronus. Pagrindinis pavyzdys yra druskos rūgštis (HCl). Molibdenas stiprina lydinio pasyviąją plėvelę tokiose aplinkose, bet dar svarbiau, kad jis drastiškai sumažina korozijos greitį, skatindamas stabilią, mažai energijos naudojančią paviršiaus būseną.
Sąmoningas chromo nebuvimas: chromas, esant deguoniui, sudaro apsauginę Cr₂O3 skalę. Tačiau karštose, ne-oksiduojančiose redukuojančiose rūgštyse šis oksidas yra nestabilus ir netgi gali būti ištirpęs. Be to, suvirinimo metu chromas gali sudaryti kenksmingas molibdeno -chromo antrines fazes, kurios labai išeikvoja molibdeną iš matricos ir sukuria katastrofiškos korozijos vietas. Sumažinus chromo kiekį (<1% in modern B-2), the alloy avoids these issues and maintains its homogeneity.
Būtinos programos:
Dėl šios sudėties NS312 yra vienintelis pasirinkimas tvarkant:
Vandenilio chlorido rūgštis (HCl) bet kokia koncentracija ir temperatūra, įskaitant virimo temperatūrą.
Sieros rūgštis (H2SO4)
Fosforo rūgštis (H3PO4)
Acto rūgštis (CH₃COOH)
Kitos halogeninės rūgštys, pavyzdžiui, vandenilio bromidas (HBr).
Tai medžiaga, reikalinga reaktoriams, distiliavimo kolonoms ir vamzdynų sistemoms chemijos perdirbimo pramonėje, kur šios rūgštys yra paplitusios.
2. Pagrindinis ankstyvųjų Hastelloy B lydinių istorinis apribojimas buvo "terminis nestabilumas", dėl kurio suvirinimo siūlės irimo. Kokia buvo pagrindinė šio reiškinio priežastis lydiniuose, tokiuose kaip B, ir kaip ji buvo išspręsta naudojant šiuolaikines iteracijas, tokias kaip Hastelloy B-2 ir B-3?
Tai buvo kritinis gedimo būdas, kuris kankino originalų Hastelloy B lydinį. Pagrindinė priežastis buvo tarpmetalinių nuosėdų susidarymas suvirinimo šilumos{1}}paveiktoje zonoje (HAZ).
Pagrindinė priežastis: molibdeno karbidai ir boridai
Ankstyvuosiuose lydiniuose buvo daugiau anglies ir silicio. Suvirinimo metu HAZ įkaista iki tam tikro temperatūros diapazono (~600-1200 laipsnių). Šiame diapazone lydinyje esanti anglis greitai susijungtų su molibdenu ir sudarytų kietus, trapius karbidus (pvz., M₆C, M6C). Šie karbidai pirmiausia nusėdo išilgai grūdelių ribų.
Pražūtingos pasekmės buvo dvigubos-:
Plastiškumo praradimas: grūdelių ribos karbidai padarė HAZ trapus.
Vietinė korozija: šalia šių karbidų esančiose srityse labai sumažėjo molibdeno. Taip išilgai grūdelių ribos buvo sukurta „molibdeno{1}}numura“ zona, kurios atsparumas korozijai buvo žymiai mažesnis nei birių lydinių. Eksploatacijos metu ėsdinančios terpės greitai atakuotų šiuos silpnus-molibdeno kelius, sukeldamos tarpkristalinę koroziją ir gedimą-, klasikinį „suvirinimo irimo“ atvejį.
Sprendimas: itin{0}}mažas anglies dioksido kiekis ir kontroliuojama chemija
Proveržis įvyko su Hastelloy B-2. Jo pagrindinė naujovė buvo drastiškas anglies kiekio mažinimas (<0.02%) and Iron (<2%). By minimizing carbon, the driving force for the formation of molybdenum carbides was virtually eliminated. The low iron content further improved thermal stability.
Hastelloy B-3 buvo tolesnis patobulinimas su kruopščiai subalansuota chemija, apimančia nedidelius volframo ir vanadžio priedus. Tai suteikia dar didesnę toleranciją žalingų fazių susidarymui ilgai veikiant vidutinėms temperatūroms, suteikia daugiau atleidimo suvirinimo ir lėto aušinimo metu.
3. Kokiose konkrečiose šilumokaičio srityse NS312 (Hastelloy B-2/B-3) besiūliai vamzdžiai būtų vienareikšmiškai pasirinkta medžiaga ir dėl kokių pagrindinių savybių besiūlis gamybos procesas yra ypač svarbus šiai paslaugai?
NS312 besiūliai vamzdžiai yra neabejotinas pasirinkimas apvalkalų-ir
Konkrečios programos:
Vandenilio chlorido rūgšties aušintuvai / šildytuvai: kai šildomas arba vėsinamas bet kokios koncentracijos HCl.
Sieros rūgšties ėsdinimo linijos šilumokaičiai: plieno gamyklose, kur karšta sieros rūgštis naudojama plieno kalkių šalinimui.
Reaktoriaus ritės: kai vamzdžiai panardinami į cheminį reaktorių, kuriame yra ėsdinančios redukcijos terpės.
Koncentruotos fosforo rūgšties garintuvai.
Besiūlės gamybos kritiškumas:
Pagrindinė besiūlių vamzdžių savybė yra vientisumas esant dideliam slėgiui ir korozijai. Suvirintas vamzdis turi išilginę suvirinimo siūlę. Ši siūlė yra galimas pažeidžiamumas, nes:
Mikrostruktūrinis nevienalytiškumas: suvirinimo zona ir HAZ turi skirtingą mikrostruktūrą (lietinę struktūrą ir kaltinį) ir grūdelių dydį, palyginti su pagrindiniu vamzdžiu. Net ir esant tobulam suvirinimui, tai gali būti tinkamiausia vieta korozijai sukelti.
Galimi defektai: suvirinimo siūlėje gali būti intarpų, poringumo arba susiliejimo trūkumo, kurie veikia kaip įtempių koncentratoriai ir įtrūkimų ar įtrūkimų pradžios taškai.
Vienodumas: besiūlis vamzdis, pagamintas ekstruzijos arba pilgeravimo būdu, turi visiškai vienalytę, vienodą grūdelių struktūrą per visą savo perimetrą. Tai užtikrina pastovų atsparumą korozijai ir mechaninį stiprumą visomis kryptimis, dėl kurių negalima -derėtis, kai yra aukšto-slėgio pavojingų skysčių, pvz., karštos druskos rūgšties. Visiškai pašalinama suvirinimo siūlės nutekėjimo rizika.
4. Nors NS312 puikiai sumažina aplinką, jis turi kritinį pažeidžiamumą. Kas yra šis Achilo kulnas ir koks minimalus teršalų lygis gali sukelti greitą ir katastrofišką priepuolį?
NS312 Achilo kulnas yra labai prastas atsparumas oksiduojančioms medžiagoms. Tai tiesioginė mažo chromo kiekio pasekmė.
Mechanizmas: NS312 apsauginė plėvelė redukuojančiose rūgštyse yra stabili tik tada, kai nėra stiprių oksidatorių. Kai oksiduojantis jonas įvedamas-net nedideliais kiekiais-, jis suardo šią plėvelę ir nukreipia korozijos potencialą į sritį, kurioje metalas aktyviai tirpsta itin dideliu greičiu.
Pagrindiniai oksiduojantys teršalai:
Geležies jonai (Fe³⁺) ir vario jonai (Cu²⁺): įprastos priemaišos proceso srautuose.
Ištirpęs deguonis: labiausiai paplitęs teršalas.
Chloras (Cl₂), baliklis (NaOCl), azoto rūgštis (HNO3) ir vandenilio peroksidas (H2O2).
Katastrofinio išpuolio veiksnys:
Teršalų lygis, reikalingas atakai sukelti, yra stebėtinai mažas. Pavyzdžiui, geležies jonų dalių -per-miljonui (ppm) buvimas karštoje druskos rūgštyje gali padidinti NS312 korozijos greitį didumo tvarka nuo švelnaus, priimtino greičio (<0.1 mm/year) to a catastrophic one (>10 mm per metus), todėl per labai trumpą laiką sugenda. Net nedidelio kiekio oro (deguonies) patekimas į sistemą gali turėti tokį patį niokojantį poveikį.
Dėl šio pažeidžiamumo būtina itin kruopšti proceso kontrolė ir sistemos projektavimas, kad būtų išvengta oksidatorių patekimo į NS312 turinčią sistemą.
5. Naujam projektui, apimančiam karštą, koncentruotą druskos rūgštį su oksidatoriais, NS312 būtų prastas pasirinkimas. Kokios klasės nikelio lydinys būtų laikomas tokiai paslaugai ir kuo jo pagrindinė legiravimo strategija skiriasi nuo NS312?
Šiai paslaugai, kai yra oksiduojančio teršalo, pasirinkta medžiaga būtų pakeista iš nikelio -molibdeno lydinio (pvz., NS312) į nikelio -chromo-molibdeno lydinį.
Lydinių klasė: tai pasaulyje{0}}garsūs lydiniai, tokie kaip Hastelloy C-276 (UNS N10276), C-22 (UNS N06022) ir C-2000 (UNS N06200).
Pagrindinis legiravimo strategijos skirtumas:
Strategija – universalumas ir pasyvumas. Skirtingai nuo specializuoto NS312 fokusavimo, šie lydiniai yra sukurti taip, kad būtų atsparūstiekoksiduojančios ir redukuojančios aplinkos.
Chromas atsparumui oksidacijai: Juose yra daug chromo (~16-23%). Tai leidžia jiems suformuoti stabilią, apsauginę Cr₂O3 skalę, kurios NS312 trūksta, todėl jie yra labai atsparūs oksidatoriams, tokiems kaip Fe³⁺, Cu²⁺, ištirpusiam deguoniui ir net šlapiam chlorui.
Molibdenas atsparumui sumažinti: Juose taip pat yra daug molibdeno (~13-16%), kad būtų užtikrintas tvirtas atsparumas redukuojančioms rūgštims, tokioms kaip HCl ir H₂SO₄.
Volframas pagerinimui: Volframo priedai dar labiau padidina atsparumą redukuojančioms rūgštims ir įdubimams.
Ši „geriausia iš abiejų pasaulių“ chemija, taip pat stabilizuota naudojant mažą anglies kiekį, kad būtų išvengta suvirinimo irimo, sukuria tikrai universalų korozijai{0}}atsparų lydinį. Kompromisas-yra tai, kad jie nėra tokie atsparūs kaip NS312 pačiai karščiausiai, labiausiai koncentruotai druskos rūgščiai, puikiai redukuojančiame būsenoje, tačiau jie suteikia esminę saugumo ribą realiems-pramoniniams procesams, kai negalima garantuoti tobulo grynumo. Pasirinkimas tampa kruopščiu pirminės korozinės medžiagos ir teršalų pašalinimo tikrumu.
