Hastelloy B-3 so với B-2 trong Axit Clohydric: Cải thiện khả năng chế tạo và chống ăn mòn

Hastelloy B-3 và B-2 là gì và thành phần của chúng khác nhau như thế nào?

B-3 và B-2 đều là hợp kim niken-molypden gần như tinh khiết và hầu như không có crom, nhưng B-3 làm hàm lượng molypden tăng lên một chút và thêm một lượng nhỏ vonfram được kiểm soát chặt chẽ cùng một tập hợp các nguyên tố phụ (nhôm, titan, niobi, vanadi, tantalum, zirconi) mà hóa học đơn giản hơn của B-2 không xác định rõ - cơ chế luyện kim có chủ ý đằng sau độ ổn định được cải thiện của nó.

Nguồn: Bảng dữ liệu thành phần danh nghĩa quốc tế của Haynes, hợp kim HASTELLOY B-3; Tài liệu kỹ thuật kế thừa của Haynes International H-2006D, hợp kim HASTELLOY B-2 (©1997).

Theo thiết kế, cả hai hợp kim này hầu như không có crom -, ngược lại với hợp kim loại C{2}} và loại G- được đề cập ở những phần khác trong loạt bài này. Đó là cố ý: màng oxit bảo vệ của crom không có tác dụng chống ăn mòn trong axit clohydric tinh khiết, không{5}}oxy hóa, còn B-3 và B-2 đều dựa vào niken và molypden trong dung dịch rắn. Câu chuyện thực sự trong bảng thành phần không phải là các nguyên tố chính, gần như giống hệt nhau, mà là những nguyên tố thứ yếu: Những sự bổ sung nhỏ, có chủ ý của B-3 tồn tại đặc biệt để thay đổi hình thức pha liên kim loại nào khi hợp kim được nung nóng và tốc độ như thế nào.

Tại sao B{1}}3 được phát triển - Nó thực sự giải quyết được vấn đề gì?

B-3 không được phát triển để khắc phục điểm yếu ăn mòn trong axit clohydric tinh khiết - B-2 đã rất xuất sắc ở đó - nó được phát triển để khắc phục sự mất ổn định trong luyện kim: B-2 dễ tạo ra một pha giòn, có hại trong quá trình hàn, tạo hình nóng và tiếp xúc với nhiệt độ cao kéo dài, đồng thời tài liệu bằng sáng chế của Hoa Kỳ xác nhận rằng pha này làm suy giảm khả năng chống ăn mòn cũng như độ dẻo.

Tài liệu kỹ thuật của Haynes International nêu rõ cơ chế này: hàm lượng molypden mang lại cho các hợp kim họ B{0}}khả năng kháng axit clohydric cũng tạo ra "xu hướng mạnh mẽ để các pha khác với pha gamma (khối{1}}tập trung tâm mặt) mong muốn hình thành trong cấu trúc vi mô, đặc biệt là ở khoảng nhiệt độ 500 độ đến 900 độ ." Trong B-2, pha hình thành là Ni4Mo và nó hình thành nhanh chóng.

Một cách độc lập, tài liệu bằng sáng chế của Hoa Kỳ mô tả lịch sử phát triển của hợp kim xác nhận rằng B-2 "sau đó được phát hiện là có xu hướng xảy ra các phản ứng trật tự tầm xa khi tiếp xúc trong thời gian-ngắn hạn ở nhiệt độ trong khoảng 600-800 độ," và rằng "ngoài việc làm giảm độ bền cơ học, (các) pha sinh ra từ các phản ứng này cũng được phát hiện là có tác động bất lợi đến khả năng chống ăn mòn." Bản sửa lỗi kỹ thuật của B-3 - về sự dịch chuyển molypden và bổ sung các nguyên tố phụ trong bảng trên - được thiết kế đặc biệt để ưu tiên pha Ni3Mo hình thành chậm hơn.

So sánh B-3 và B-2 về độ ổn định nhiệt và kết cấu?

Dữ liệu chuyển đổi thời gian{0}}nhiệt độ{1}} (TTT) được Haynes International công bố cho thấyHợp kim B-2hình thành lượng Ni4Mo có hại một cách nhanh chóng ở khoảng 750 độ, trong khi B-3 mất vài giờ ở khoảng 650 độ để phát triển các pha có hại - một cải tiến thực sự và có thể lặp lại, mặc dù tài liệu bằng sáng chế của bên thứ ba- cẩn thận mô tả nó là độ ổn định nhiệt "cao hơn một chút" đạt được bằng cách "giảm tốc một chút động học" của cùng một phản ứng cơ bản, chứ không phải là tái thiết kế toàn bộ để loại bỏ rủi ro.

Nguồn: Thảo luận và sơ đồ chuyển đổi-nhiệt độ{1}}thời gian quốc tế (TTT) của Haynes, bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3; được chứng thực bởi tài liệu bằng sáng chế của Hoa Kỳ về lịch sử phát triển hợp kim niken-molypden.

Tài liệu quảng cáo B-2 của Haynes International bổ sung thêm cảnh báo có liên quan trực tiếp và được nêu chính xác: nên tránh tiếp xúc B-2 với nhiệt độ từ 1.000 độ F đến 1.600 độ F (538-870 độ ) "nên tránh tiếp xúc vì độ dẻo của hợp kim giảm" - một vùng rộng, 332 độ -không{15}}đi tới vùng đó các nhà chế tạo phải thiết kế xung quanh mọi hoạt động, không chỉ hàn. Mũi kết tủa của B-3 hẹp hơn, bắt đầu muộn hơn và chậm hơn nhiều{20}}mang lại cho các nhà chế tạo nhiều lợi nhuận hơn về mặt vật chất: nhiều thời gian hơn cho mối hàn nhiều bước, khả năng chịu nhiệt bị gián đoạn cao hơn và tổng thời gian xử lý thực tế rộng hơn, mặc dù bản thân B-3 vẫn yêu cầu ủ lò có kiểm soát (tăng nhiệt nhanh, kiểm soát nhiệt độ chính xác, làm mát nhanh) và ủ lại sau khi gia công nguội vượt quá khoảng 7% độ giãn dài của sợi bên ngoài.

So sánh B-3 và B-2 về khả năng kháng axit clohydric?

Cả hai hợp kim đều mang lại khả năng kháng vượt trội, có thể so sánh rộng rãi với axit clohydric tinh khiết, không bị nhiễm bẩn trong toàn bộ phạm vi nồng độ thực tế cho đến điểm sôi. Dữ liệu được công bố đầy đủ của - B{6}}3 cho thấy tốc độ ăn mòn từ 0,01 đến 0,29 mm/năm đối với HCl sôi 1-20%, thoải mái nằm trong tiêu chuẩn được ghi nhận rộng rãi, lâu đời của B-2 là dưới 20 mpy (0,51 mm/y) ở mọi nồng độ và nhiệt độ đến đun sôi trong axit không có ga, không bị ô nhiễm.

Nguồn: Bảng dữ liệu về ăn mòn axit clohydric của Haynes International, bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3; Điểm chuẩn Hastelloy B-2 như được ghi lại trong tài liệu lịch sử về B-2 của Haynes và được chứng thực bằng các tài liệu tham khảo kỹ thuật trong ngành và bằng sáng chế độc lập. Thư viện kỹ thuật trực tuyến hiện tại của Haynes International không còn xuất bản bảng ăn mòn nồng độ theo nồng độ cho B-2 nữa, vì vậy số liệu của nó được báo cáo ở đây theo độ phân giải mà tài liệu lịch sử của Haynes hỗ trợ.

Bài học thực tế rút ra là bản thân khả năng kháng axit clohydric không phải là điểm khác biệt giữa hai hợp kim này - cả hai đều được thiết kế nhằm mục đích-cho chính xác môi trường này và cả hai đều vượt trội về điều đó. Giới hạn nồng độ 20% trong các bảng này là azeotrope HCl, vượt quá giới hạn này thì thử nghiệm trong phòng thí nghiệm bằng bình thủy tinh-sẽ trở nên không đáng tin cậy do khí hydro clorua thoát ra khỏi dung dịch thử nghiệm; nó không đại diện cho giới hạn về hiệu suất thực tế của hợp kim-trong axit đậm đặc.

B-3 và B-2 có chịu được ô nhiễm oxy hóa trong axit clohydric không?

Không có - cả hai hợp kim đều có chung hạn chế cơ bản và đó là hậu quả trực tiếp của hàm lượng crom gần như{1}}bằng 0 của chúng: ngay cả các ion sắt (Fe3+) hoặc cupric (Cu2+) có vết, có thể hình thành khi axit clohydric tiếp xúc với đường ống sắt hoặc đồng ở nơi khác trong hệ thống, có thể gây ra hiện tượng ăn mòn nhanh chóng ở cả B-3 và B-2.

Haynes International xuất bản một biểu đồ cho thấy chính xác tốc độ ăn mòn của B-3 tăng mạnh như thế nào khi mức độ ô nhiễm ion sắt và cupric tăng lên khi đun sôi 2,5% HCl, và tài liệu lịch sử về B-2 của nó đưa ra cảnh báo tương tự gần như từng chữ: B-2 "không được khuyến khích khi có mặt muối sắt hoặc muối cupric vì những muối này có thể gây ra hiện tượng ăn mòn nhanh chóng." Đây không phải là sự phân biệt B{11}}3-so với{18}}B-2 - đó là ranh giới chung của toàn bộ họ hợp kim niken-molypden. Trong trường hợp dịch vụ axit clohydric bao gồm ô nhiễm oxy hóa, axit hỗn hợp hoặc sục khí gián đoạn, hợp kim chứa crom như C-276, C-22 hoặc HYBRID-BC1 là thông số kỹ thuật phù hợp hơn; B-3 và B-2 nên được dành riêng cho nhiệm vụ axit tinh khiết, khử, không sục khí.

So sánh B{2}}3 và B-2 về axit sunfuric, photphoric và các axit không oxy hóa khác?

Dữ liệu được công bố đầy đủ của B-3 xác nhận khả năng kháng axit sulfuric và photphoric tuyệt vời ở hầu hết mọi nồng độ và nhiệt độ, với tốc độ ăn mòn thường bằng hoặc dưới 0,15 mm/năm bên ngoài các điều kiện axit sulfuric đậm đặc, gần{4}}sôi, khắc nghiệt nhất; B-2 được ghi lại trong các tài liệu kỹ thuật độc lập vì có chung tính kháng axit không-oxy hóa{7}}này, mặc dù Haynes không còn xuất bản các bảng nồng độ theo nồng độ phù hợp cho nó nữa.

Nguồn: Bảng dữ liệu về độ ăn mòn của axit sunfuric, axit photphoric và các dung dịch{0}}cấp độ{1}}thuốc thử của Haynes International, bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3.

Sự tăng vọt ở mức sôi 80% của axit sulfuric (4,76 mm/y) là một điểm dữ liệu trung thực, hữu ích: B-3, giống như B-2, là một hợp kim axit-khử và điện trở của nó giảm ra ngoài cửa sổ nồng độ dự định khi axit sulfuric đạt đến điều kiện điểm sôi-cao nhất, oxy hóa-cao nhất. Sơ đồ ăn mòn đồng vị của B-3 đối với axit sulfuric rõ ràng ngừng dự đoán hành vi đáng tin cậy trên đường cong điểm sôi vì lý do chính xác này.

Hàn ảnh hưởng như thế nào đến khả năng chống ăn mòn trong thực tế?

Dữ liệu kim loại cơ bản-được công bố của B-3 so với kim loại cơ bản-được rèn-cơ sở{6}}cho thấy hầu như không có sự khác biệt có thể đo lường được ở một số axit chính -, bao gồm cả tốc độ ăn mòn giống hệt nhau đối với kim loại mối hàn và kim loại cơ bản rèn ở cả axit clohydric tương đương 5% và 10% sôi-{10}}, đây là bằng chứng rõ ràng nhất hiện có cho thấy B-3 độ ổn định nhiệt được cải thiện thực sự mang lại hiệu suất hàn tốt hơn.

Nguồn: Haynes International tất cả-mối hàn-kim loại (dạng chữ thập GMAW nhiều{2}}vượt qua) so với dữ liệu về ăn mòn kim loại trên đế rèn-, bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3.

Haynes International không xuất bản bảng hàn-kim loại-so với-bàn rèn tương đương cho B-2 trong thư viện kỹ thuật hiện tại của mình. Do B-2 được biết là có khả năng hình thành Ni4Mo nhanh hơn trong cùng phạm vi nhiệt độ mà mối hàn đi qua, các nhà chế tạo làm việc với B-2 nên chú trọng hơn đến việc kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt giữa các lớp và hướng dẫn lịch sử của Haynes về giải pháp-ủ các thành phần B-2 gia công nguội trước khi hàn khi gia công nguội vượt quá độ giãn dài khoảng 7%, vì hợp kim "rất dễ bị nứt ở vùng hàn" nếu bỏ qua bước này - hướng dẫn rằng xuất hiện trong tài liệu về B-3 hiện tại của Haynes gần như nguyên văn, nhấn mạnh rằng đây là biện pháp phòng ngừa cho toàn gia đình chứ không phải là biện pháp duy nhất cho một trong hai hợp kim.

So sánh B{2}}3 và B-2 về khả năng chống nứt do ứng suất-ăn mòn?

B-3 mang lại kết quả được công bố trực tiếp: không bị nứt sau 1.008 giờ (sáu tuần) khi đun sôi 45% magie clorua (ASTM G36), đặt nó cùng với C-276 và Hợp kim 625 là một trong những vật liệu kháng SCC{10}}nhất mà Haynes thử nghiệm; B-2 được ghi nhận trên nhiều nguồn kỹ thuật độc lập vì có khả năng kháng clorua-SCC tuyệt vời, phù hợp với khả năng miễn nhiễm chung của họ niken-molypden đối với dạng hư hỏng này, mặc dù tài liệu hiện tại của Haynes không có con số phù hợp cụ thể cho B-2.

Nguồn: Dữ liệu về vết nứt ăn mòn do ứng suất của Haynes International- (sôi 45% MgCl2, ASTM G36), bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3.

Lưu ý rằng Haynes không công bố dữ liệu nhiệt độ rỗ hoặc kẽ hở quan trọng của ASTM G48 (điểm chuẩn tiêu chuẩn được sử dụng cho hợp kim loại C- và loại G- ở những nơi khác trong loạt bài này) cho B-3 hoặc B-2. Đó không phải là sự giám sát: ASTM G48 sử dụng clorua sắt đã axit hóa, một loại muối clorua oxy hóa nằm trong giới hạn ô nhiễm đã thảo luận ở trên. Vì các hợp kim họ B ngay từ đầu không nhằm mục đích oxy hóa clorua nên Haynes không đánh giá chúng dựa trên thử nghiệm được xây dựng xung quanh chính xác điều kiện đó.

So sánh đặc điểm chế tạo và Windows{0}}đang hoạt động nóng?

Cả hai hợp kim đều được ủ ở cùng nhiệt độ và yêu cầu làm nguội bằng nước, nhưng phạm vi rèn nóng-được khuyến nghị của B-3 nằm hoàn toàn trên vùng rủi ro-kết tủa của nó, trong khi hướng dẫn chính thức của B-2 yêu cầu tránh hoàn toàn phạm vi rộng 538-870 độ - một hạn chế chặt chẽ hơn, toàn diện hơn mà các nguồn công nghiệp độc lập luôn mô tả là khiến B-2 khó chế tạo hơn.

Nguồn: Dữ liệu về độ bền, độ cứng và chế tạo của Haynes International, bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3; Tài liệu kỹ thuật kế thừa của Haynes International H-2006D, hợp kim HASTELLOY B-2, để hướng dẫn ủ và gia công nóng.

Khi tài liệu hiện tại của Haynes không công bố con số B-2 có thể so sánh trực tiếp thì bảng này nói rõ ràng như vậy thay vì thay thế ước tính - B-2 trên thực tế đã bị B-3 thay thế vì sản phẩm niken-molypden tiêu chuẩn của Haynes và các bảng thuộc tính cơ học chi tiết cho B-2 không còn là một phần của thư viện kỹ thuật trực tuyến hiện tại của công ty.

Tiêu chuẩn ASTM, ASME và AWS nào quản lý B-3 và B-2?

B-3 chứa bộ thông số kỹ thuật hoàn chỉnh hơn, hiện được duy trì so với tài liệu kế thừa của B-2 - bao gồm thông số kỹ thuật rèn chuyên dụng (ASTM B564) mà tài liệu B-2 của Haynes không liệt kê - điều này quan trọng trực tiếp đối với việc mua sắm cho bất kỳ dự án nào yêu cầu các phụ kiện, mặt bích hoặc thân van giả mạo.

Nguồn: Bảng "Thông số kỹ thuật và mã" của Haynes International, bảng dữ liệu hợp kim HASTELLOY B-3; Tài liệu kỹ thuật kế thừa của Haynes International H-2006D, hợp kim HASTELLOY B-2.

Bạn nên chỉ định hợp kim nào cho dịch vụ axit clohydric?

Chỉ định B-3 cho kết cấu mới, chế tạo phần{2}}dày, hàn nhiều-đường hàn và bất kỳ ứng dụng nào yêu cầu các bộ phận rèn; B-2 vẫn là lựa chọn phù hợp về mặt kỹ thuật cho các hệ thống hiện có đã đủ tiêu chuẩn về nó, miễn là quy trình hàn và xử lý nhiệt tôn trọng các giới hạn xử lý được ghi chép tốt hơn và hẹp hơn của nó.

• Chọn B-3 cho:Các bình, cột và hệ thống đường ống phản ứng mới dành cho axit clohydric hoặc sulfuric tinh khiết, trong đó biên độ xử lý rộng hơn giúp giảm rủi ro chế tạo và làm lại.
• Chọn B-3 cho:Các mạch-dày và các mối hàn trường nhiều-đi qua, trong đó việc tiếp xúc với nhiệt tích lũy trong phạm vi 500-900 độ khó bị ràng buộc hơn.
• Chọn B-3 cho:Các bộ phận rèn - mặt bích, phụ kiện, thân van - vì B-3 mang thông số kỹ thuật rèn ASTM B564 hiện tại còn tài liệu kế thừa của B-2 thì không.
• Chọn B-3 cho:Các dự án cần dữ liệu cơ học và ăn mòn được ghi lại đầy đủ, hiện đang được duy trì để tuân thủ thiết kế và quy tắc.
• Chọn B-2 vì:Các chương trình nhà máy và phụ tùng hiện tại đã đủ tiêu chuẩn, được hàn và dự trữ trên B-2, trong đó việc chuyển đổi hợp kim sẽ làm tăng thêm độ phức tạp trong việc mua sắm mà không cần đến sự ăn mòn.
• Chọn B-2 vì:Các bộ phận thay thế cho thiết bị cũ mà lịch sử lĩnh vực lâu đời hàng thập kỷ của B-22 đã được thiết lập tốt, bản thân nó đã là một dạng chứng nhận.

Trong cả hai trường hợp, hãy nhớ rằng không hợp kim nào phù hợp với axit clohydric bị nhiễm muối oxy hóa, dòng axit oxy hóa/khử hỗn hợp hoặc hệ thống thông khí ngắt quãng - ranh giới đó áp dụng như nhau cho B-3 và B-2, và để vượt qua nó cần phải có hợp kim mang crom như C-276, C-22 hoặc HYBRID-BC1 thay thế.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Sự khác biệt chính giữa Hastelloy B-3 và B-2 là gì?

A: B-3 (UNS N10675) thay đổi hàm lượng molypden một chút và thêm một lượng nhỏ vonfram và các nguyên tố nhỏ khác mà B-2 (UNS N10665) không chỉ định, ưu tiên pha Ni3Mo hình thành chậm hơn thay vì Ni4Mo hình thành nhanh hơn của B-2. Điều này mang lại cho B-3 một khoảng thời gian xử lý nhiệt rộng hơn, ổn định hơn mà không làm thay đổi điện trở cơ bản của hợp kim đối với axit clohydric nguyên chất.

Hỏi: B-3 có chống ăn mòn tốt hơn B-2 trong axit clohydric không?

A: Không đáng kể - cả hai hợp kim đều mang lại khả năng kháng axit clohydric tinh khiết, không bị ô nhiễm vượt trội ở mọi nồng độ cho đến điểm sôi. Ưu điểm thực sự của B-3 là độ ổn định về nhiệt và cấu trúc, gián tiếp bảo vệ khả năng chống ăn mòn bằng cách giảm nguy cơ biến đổi pha tạo giòn mà theo tài liệu bằng sáng chế, làm giảm khả năng chống ăn mòn ở B-2 cũng như độ dẻo.

Hỏi: Hastelloy B-3 hoặc B-2 có thể được sử dụng với axit clohydric bị nhiễm sắt hoặc đồng không?

A: Không. Cả hai hợp kim đều có thể bị ăn mòn nhanh khi có ion sắt hoặc đồng, ion này có thể hình thành khi axit clohydric tiếp xúc với đường ống sắt hoặc đồng ở nơi khác trong hệ thống. Đây là giới hạn chung của toàn bộ họ hợp kim molypden-không chứa crom, niken{3}}, chứ không phải là sự phân biệt B-3-so với-B-2.

Hỏi: B-3 và B-2 có cần xử lý nhiệt sau hàn không?

A: Cả hai đều không yêu cầu PWHT để chống ăn mòn trong điều kiện bình thường, nhưng cả hai đều nhạy cảm với sự tiếp xúc kéo dài trong phạm vi 500-900 độ. Động học kết tủa chậm hơn của B-3 mang lại cho các nhà chế tạo nhiều lợi nhuận hơn trong quá trình hàn và ủ nhiều bước; B-2 yêu cầu kiểm soát nhiệt độ giữa các lớp chặt chẽ hơn và theo hướng dẫn lịch sử của Haynes, ủ dung dịch trước khi hàn các bộ phận gia công nguội với độ giãn dài hơn khoảng 7%.

Hỏi: Hastelloy B-2 vẫn còn tồn tại hay đã được thay thế bằng B-3?

A: B-2 vẫn là hợp kim UNS được công nhận (N10665) và vẫn được các nhà cung cấp sản xuất và dự trữ, nhưng Haynes International đã định vị B-3 là sản phẩm niken-molypden tiêu chuẩn của mình kể từ năm 1994 và không còn duy trì B-2 trong danh mục hợp kim chống ăn mòn trực tuyến hiện tại của mình nữa, chỉ xuất bản tài liệu kỹ thuật lịch sử/cũ về nó.

Hỏi: B-3 và B-2 có phù hợp với các bộ phận rèn không?

A: B-3 mang thông số kỹ thuật rèn ASTM/ASME B564/SB564 hiện tại. Tài liệu quảng cáo B-2 kế thừa của Haynes không liệt kê thông số kỹ thuật rèn, vì vậy B-3 là lựa chọn thông số kỹ thuật đơn giản hơn cho mặt bích, phụ kiện hoặc thân van được rèn.