در سرویس اسید هیدروکلریک خالص، چه نرخ خوردگی را می توان از میله های آلیاژ Hastelloy B-2 انتظار داشت و چه ناخالصی هایی می تواند باعث خرابی سریع شود؟

1. ناپایداری متالورژیکی: پدیده "تردی B-2" چیست و چگونه بر میله های آلیاژ Hastelloy B-2 مورد استفاده در کاربردهای با دمای بالا تأثیر می گذارد؟

س: ما موجودی قابل توجهی از میله های آلیاژ Hastelloy B-2 داریم که برای تولید اجزای راکتور استفاده می کنیم. برنامه ما نیاز به قرار گرفتن در معرض دمای حدود 600 درجه دارد. متالورژیست ما در مورد "تردی B-2" هشدار داد. آیا این یک خطر واقعی است و آیا باید از استفاده از B-2 در این دما اجتناب کنیم؟

پاسخ: هشدار متالورژیست شما کاملاً صحیح است و یکی از بحرانی ترین محدودیت های آلیاژ اصلی Hastelloy B-2 را منعکس می کند. استفاده از میله های آلیاژی B-2 در 600 درجه بدون درک این پدیده می تواند منجر به خرابی فاجعه آمیز قطعه شود.

مکانیسم تردی (ترتیب{0}محدوده کوتاه):

Hastelloy B{6}}2 هنگامی که در معرض دماهایی در محدوده 550 درجه فارنهایت تا 850 درجه فارنهایت (290 درجه تا 455 درجه) قرار می گیرد، دچار دگرگونی متالورژیکی می شود. به این پدیده «ترتیب کوتاه برد» می گویند.

چه اتفاقی می‌افتد: اتم‌های مولیبدن، که تقریباً 30 درصد آلیاژ را تشکیل می‌دهند، خود را به یک ساختار شبکه‌ای منظم در ماتریس نیکل بازآرایی می‌کنند. این ساختار منظم پیکربندی انرژی کمتری دارد اما خواص مکانیکی بسیار متفاوتی دارد.

The Effect: This ordered structure is extremely hard and brittle. The material's ductility drops from >40% کشیدگی تا نزدیک به صفر. قطعه ای که در دمای اتاق انعطاف پذیر و سخت بود در دمای کارکرد{2}}شیشه شکننده می شود.

نتیجه: تحت تنش کششی (ناشی از فشار یا انبساط حرارتی)، قطعه می‌تواند بدون تغییر شکل پلاستیکی-یک حالت شکست شکننده کلاسیک بدون هشدار شکسته شود.

خطر 600 درجه:

دمای کاری پیشنهادی شما 600 درجه (1112 درجه فارنهایت) در واقع استبالامحدوده سفارش اولیه با این حال، این به این معنی نیست که شما ایمن هستید:

چرخه حرارتی: اگر راکتور در حین راه‌اندازی-در بازه 300-450 درجه چرخش کند، میله‌های آلیاژی B-2 با هر چرخه زمانی را در منطقه خطر سپری می‌کنند.

خنک‌سازی آهسته: اگر راکتور در این محدوده بحرانی به آرامی خنک شود، میله‌ها ممکن است حتی اگر دمای حالت پایدار{0}} بالاتر باشد.

گرما-مناطق متاثر: اگر میله‌های شما جوش داده شده یا داغ شده باشند-، مناطق مجاور ممکن است این محدوده دما را در طول پردازش تجربه کنند.

راه حل B-3:

Hastelloy B-3 (UNS N10675) به طور خاص برای به تاخیر انداختن این واکنش سفارشی ساخته شد. میله های آلیاژی B-3 را می توان در این دماها با خطر قابل توجهی کمتر استفاده کرد. تغییرات شیمیایی (اضافه‌های آهن و کروم کنترل‌شده) سینتیک نظم‌دهی را تا حدود 100 کاهش می‌دهد.

توصیه:

برای سرویس 600 درجه، از میله های آلیاژی B-2 استفاده نکنید، مگر اینکه کاملاً تضمین کنید که قطعه در هیچ بخشی از تاریخچه حرارتی خود هرگز در محدوده 290-455 درجه قرار نخواهد گرفت. برای این برنامه به B-3 (UNS N10675) ارتقا دهید. اگر باید از موجودی B-2 موجود استفاده کنید، آن را به برنامه هایی محدود کنید که دمای سرویس به طور مداوم زیر 250 درجه یا بالاتر از 550 درجه با انتقال حرارتی سریع در منطقه خطر است.

---

2. عملکرد خوردگی: در سرویس اسید هیدروکلریک خالص، چه نرخ خوردگی را می توان از میله های آلیاژ Hastelloy B-2 انتظار داشت و چه ناخالصی هایی می تواند باعث خرابی سریع شود؟

س: ما در حال طراحی یک ستون تقطیر برای اسید کلریدریک{0} با خلوص بالا (32%) در 80 درجه با استفاده از میله‌های آلیاژ Hastelloy B-2 برای تکیه‌گاه‌های ساختاری و سینی‌ها هستیم. از چه نرخ خوردگی برای محاسبات طول عمر خود استفاده کنیم، و چه ناخالصی های خاصی نیاز به ارتقاء مواد دارد؟

پاسخ: در اسید هیدروکلریک بدون اکسیژن خالص، -2 میله آلیاژ Hastelloy B- عملکرد استثنایی را ارائه می‌کند - در میان بهترین مواد موجود در بازار. با این حال، پاشنه آشیل آلیاژ حساسیت آن به ناخالصی های اکسید کننده است.

نرخ های خوردگی پایه:

در اسید هیدروکلریک خالص بدون هوادهی در دمای 80 درجه، Hastelloy B-2 معمولاً نشان می دهد:

0.1 تا 0.5 میلی متر در سال (4-20 mpy) بسته به غلظت اسید و دما.

در 32% HCl و 80 درجه، اگر اسید واقعاً خالص و بدون اکسیژن باشد، می‌توانید نرخ‌هایی را در انتهای پایین این محدوده (0.1{3}}0.2 میلی‌متر در سال) انتظار داشته باشید.

این اجازه می دهد تا حد مجاز خوردگی در طول عمر طراحی 20 ساله (به عنوان مثال، 3-5 میلی متر ضخامت اضافی).

تهدید ناخالصی اکسید کننده:

این تنها مهمترین ملاحظات عملیاتی برای تجهیزات B-2 است. وجود گونه های اکسید کننده مکانیسم خوردگی را به طور کامل تغییر می دهد:

مکانیسم:

در HCl خالص (اسید احیا کننده)، B-2 با تشکیل یک لایه غنی از مولیبدن- از خود محافظت می‌کند. گونه های اکسید کننده این فیلم را به مولیبدات های محلول تبدیل می کنند و محافظ را از بین می برند. نتیجه اغلب به عنوان "خط چاقو" یا نازک شدن سریع عمومی توصیف می شود.

طراحی و پادمان های عملیاتی:

میزان خوردگی: در حالی که 0.2 میلی متر در سال خط پایه است، 3 میلی متر "ضریب ناآگاهی" اضافی برای اختلالات احتمالی فرآیند اضافه کنید.

کنترل فرآیند: روش های دقیق را برای جلوگیری از آلودگی آهن و ورود هوا اجرا کنید. پوشش نیتروژن روی مخازن ذخیره سازی را در نظر بگیرید.

انتخاب مواد برای اجزای بالادست: اطمینان حاصل کنید که تمام تجهیزات بالادست (پمپ ها، شیرها، لوله کشی) همچنین در برابر خوردگی مقاوم هستند تا از تولید یون Fe+3 جلوگیری شود.

نظارت: پروب های خوردگی یا کوپن های خوردگی را در سیستم نصب کنید تا هرگونه افزایش ناگهانی در نرخ خوردگی را که نشان دهنده ورود گونه های اکسید کننده باشد، شناسایی کنید.

زمان ارتقاء:

اگر نمی توانید خلوص جریان HCl خود را تضمین کنید، یا اگر ذاتاً ناخالصی های اکسید کننده وجود دارند، دو گزینه دارید:

Hastelloy B-3 (UNS N10675): تحمل بهتری نسبت به آلاینده های اکسید کننده جزئی ارائه می دهد.

زیرکونیوم: برای محیط های هیدروکلراید با اکسیداسیون شدید، زیرکونیوم ممکن است مورد نیاز باشد.

توصیه:

برای ستون تقطیر شما، میله‌های آلیاژی B-2 قابل قبول هستند، اگر کنترل دقیق فرآیند را حفظ کنید. حداقل 3 میلی متر مجاز خوردگی را در نظر بگیرید و برای تشخیص ناراحتی ها مانیتورینگ نصب کنید. کل سیستم را برای منابع احتمالی آلودگی آهن بررسی کنید.

---

3. فرآیند تولید: ملاحظات حیاتی برای تولید{1}میله‌های آلیاژی Hastelloy B-2 با کیفیت بالا چیست و چرا آسیاب بدون مرکز اغلب بر کشش سرد ترجیح داده می‌شود؟

س: ما باید Hastelloy B-۲ میله آلیاژی را برای اجزای ماشینکاری دقیق- تهیه کنیم. برخی از تامین کنندگان میله های سرد-کشیده شده را ارائه می دهند، در حالی که برخی دیگر میله های بدون مرکز را از ذخایر آنیل شده ارائه می دهند. کدام روش تولید محصول قابل اطمینان تری را برای کاربردهای حیاتی تولید می کند؟

A: برای Hastelloy B-2، روش تولید فقط به هزینه یا تحمل بستگی ندارد، بلکه مستقیماً بر یکپارچگی متالورژی و عملکرد خدمات محصول نهایی تأثیر می‌گذارد. میله‌های زمین بدون مرکز از استوک آنیل شده برای کاربردهای حیاتی ترجیح داده می‌شوند.

چرا طراحی سرد برای B-2 مشکل ساز است:

حساسیت به سخت شدن کار: B-2 دارای سرعت کار- بسیار بالایی است. در طول کشش سرد، سطح و نزدیک{4}}سطح به شدت سخت می شود. این لایه سخت شده می تواند 0.5-1.0 میلی متر عمق داشته باشد.

تنش پسماند: کشش سرد تنش های پسماند کششی قابل توجهی را در میله ایجاد می کند. برای آلیاژی که از قبل مستعد ترک خوردگی تنشی در محیط های خاص است، این یک خطر بزرگ است.

اتصال سفارشی: B-2 سرد-زمانی که در معرض دماهای متوسط ​​قرار می‌گیرد حتی بیشتر مستعد ترد شدن است. ساختار تغییر شکل یافته، مکان های هسته سازی را برای فاز مرتب شده فراهم می کند.

کیفیت سطح:-کشش سرد B-2 می‌تواند دارای ریزگردها یا درزهایی روی سطح باشد، به خصوص اگر قالب‌ها فرسوده شده باشند. اینها به عنوان افزایش دهنده استرس در اجزای نهایی عمل می کنند.

ویژگی‌های غیر یکنواخت: مرکز یک میله- سرد ممکن است ویژگی‌های متفاوتی نسبت به سطح داشته باشد که منجر به رفتار ماشین‌کاری غیرقابل پیش‌بینی می‌شود.

مزیت زمین بدون مرکز:

مواد اولیه: فرآیند با محلول{0}}نوار گرد آنیل شده شروع می شود. میله در نرم ترین و مقاوم ترین{2}}وضعیت خوردگی خود با خواص یکنواخت در سرتاسر است.

حذف مواد، نه تغییر شکل: سنگ زنی مواد را حذف می کند. فلز باقی مانده را تغییر شکل نمی دهد. ریزساختار هسته کاملاً بازپخت و بدون تنش- باقی می ماند.

یکپارچگی سطح: سطوح زمین دارای تنش های پسماند فشاری هستند (مفید برای خستگی) و عاری از لبه ها و درزهای رایج در محصولات کشیده شده هستند.

دقت ابعادی: سنگ زنی بدون مرکز سخت ترین تلرانس ها (معمولاً h8 یا h9) را ایجاد می کند که برای اجزای دقیق ضروری است.

پایان سطح: به 16 میکرو اینچ Ra یا بهتر می رسد و نیاز به ماشینکاری اضافی را کاهش می دهد.

سازش "کشیده و آنیل":

برخی از تولیدکنندگان B-2 را به اندازه سرد می‌کشند و سپس میله را مجدداً بازپخت می‌کنند. این کار سرد و تنش های پسماند را از بین می برد. با این حال:

بازپخت باید در یک فضای محافظ برای جلوگیری از اکسیداسیون انجام شود.

میله ممکن است همچنان دارای ایرادات جزئی سطحی در فرآیند ترسیم باشد.

این محصول قابل قبول است اما اغلب گرانتر از آسیاب ساده از گرد آنیل شده است.

توصیه:

برای کاربردهای حیاتی، مشخص کنید:

*"هستلوی B-2 میله آلیاژی باید بدون مرکز از محلول- استوک آنیل شده باشد. مواد باید در شرایط بازپخت با محلول به ازای استاندارد ASTM B335 عرضه شوند. سطح پرداخت باید حداکثر 16 Ra، تحمل قطر h8 باشد. میلگردها باید عاری از عیوب سطحی، لپ*ها و درز باشند."

درخواست تأیید کنید که میله‌ها بدون بازپخت مجدد کامل-سرد کار نشده‌اند.

---

4. پاسخ عملیات حرارتی: برای میله‌های آلیاژی Hastelloy B-2 با قطر بزرگ، دمای بازپخت محلول و روش کوئنچ برای دستیابی به خواص یکنواخت چیست؟

س: ما در حال تولید-قطر (8 اینچ) Hastelloy B-2 میله آلیاژی بزرگ از شمش های آهنگری هستیم. پس از کار گرم، باید آنیل محلول نهایی را انجام دهیم. چه درجه حرارت و سرعت خنک کننده تضمین می کند که ساختاری کاملاً نرم و مقاوم در برابر خوردگی در سراسر بخش ضخیم بدست آوریم؟

A: عملیات حرارتی-میله‌های Hastelloy B-2 با قطر بزرگ یک عملیات حیاتی است. هدف دستیابی به ساختار آستنیتی کاملاً متبلور شده و همگن و عاری از فازهای ترد کننده است، به ویژه در مرکز میله که در آن خنک‌سازی کندترین است.

چالش با قطرهای بزرگ:

مرکز یک میله 8 اینچی به طور قابل توجهی کندتر از سطح خنک می شود. برای B-2، که در طول خنک سازی آهسته در محدوده 550-850 درجه مستعد بارش منظم و فاز است، این خطر واقعی شکنندگی خط مرکزی را به همراه دارد.

پارامترهای بازپخت راه حل:

محدوده دما:

هدف: 1065 درجه تا 1120 درجه (1950 درجه فارنهایت تا 2050 درجه فارنهایت).

حداقل: 1040 درجه (1900 درجه فارنهایت) برای اطمینان از انحلال کامل هر گونه رسوب.

حداکثر: 1140 درجه (2085 درجه فارنهایت) برای جلوگیری از رشد بیش از حد دانه.

زمان خیساندن:

زمان کافی برای مرکز نوار 8 اینچی برای رسیدن به دمای مورد نظر.

قانون کلی: 1 ساعت در هر اینچ ضخامت (حداقل 8 ساعت) به اضافه 1-2 ساعت در دما.

بهترین روش: برای بررسی یکنواختی دما، ترموکوپل ها را به سطح میله و به نمونه معرف حفاری شده در عمق مرکز وصل کنید.

جو:

جو محافظ ترجیح داده شده: خلاء، هیدروژن یا آرگون برای به حداقل رساندن اکسیداسیون و تبخیر مولیبدن.

کوره هوا قابل قبول (با احتیاط): در صورت استفاده از هوا، تشکیل رسوب سنگین و کاهش احتمالی مولیبدن در سطح را پیش بینی کنید. پس از{1}}حذف سطح بازپخت (ماشینکاری) مورد نیاز است.

مرحله بحرانی: خاموش کردن سریع:

این مهمترین بخش فرآیند است. پس از خیساندن در دما، نوار باید به سرعت در محدوده دمایی 550 درجه تا 850 درجه (1020 درجه فارنهایت تا 1560 درجه فارنهایت) خنک شود.

خطر: در این محدوده، B-2 تحت مرتب سازی کوتاه برد قرار می گیرد و می تواند کاربیدها و فازهای بین فلزی را رسوب دهد.

نتیجه: خنک شدن آهسته مواد را شکننده می کند و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد. مرکز یک میله ضخیم بیشتر در معرض خطر است.

روش: کوئنچ آب برای میلگردهای با قطر 8 اینچ الزامی است. میله باید به سرعت از کوره به مخزن کوئنچ منتقل شود (حداکثر ظرف 30 تا 60 ثانیه) تا از افت دما قبل از کوئنچ جلوگیری شود.

تانک کوئنچ: باید حجم آب و همزن کافی برای حفظ محیط کوئنچ سرد در طول غوطه وری داشته باشد. آب گرم و راکد به اندازه کافی مرکز را خنک نمی کند.

تأیید بازپخت موفقیت آمیز:

تراورس سختی: یک برش عرضی را از انتهای نوار نماینده برش دهید. تست های سختی (راکول B) را از سطح به مرکز در فواصل 1 اینچی انجام دهید.

قابل قبول: سختی یکنواخت در سراسر بخش (به عنوان مثال، 88-95 HRB).

Unacceptable: Hardness increase toward the center (>5 امتیاز اختلاف HRB) نشان دهنده خاموشی ناقص است.

ریزساختار: پولیش و حکاکی یک نمونه از مرکز. به دنبال دانه های هم محور با دوقلوهای در حال بازپخت باشید. عدم وجود رسوبات مرز دانه ای تیره-موفقیت را تأیید می کند.

تست خوردگی (ASTM G28): برای کاربردهای حیاتی، آزمایش G28 را روی یک نمونه مرکزی انجام دهید. نرخ خوردگی کم (<0.5 mm/year) confirms proper heat treatment.

توصیه:

برای میله‌های آلیاژی 8 اینچی Hastelloy B-2، «محلول بازپخت شده در حداقل 1080 درجه و به دنبال آن خاموش کردن سریع آب» را مشخص کنید.

---

5. ملاحظات جوشکاری: چالش های خاص جوشکاری میله های آلیاژ Hastelloy B-2 چیست و چرا B-3 اغلب برای مجموعه های جوش داده شده ترجیح داده می شود؟

س: ما در حال ساخت یک مجموعه پیچیده هستیم که نیاز به جوشکاری Hastelloy B-2 میله آلیاژی به صفحه B-2 دارد. مهندس جوش ما نگران ترک خوردگی ناحیه تحت تأثیر حرارت است. آیا B-2 قابل جوش است و چه اقدامات احتیاطی برای جلوگیری از خرابی لازم است؟

پاسخ: نگرانی مهندس جوش شما به خوبی-بنیاد است. Hastelloy B-2 قابل جوش در نظر گرفته می شود، اما مستلزم رعایت دقیق رویه ها و خطرات قابل توجهی است که باعث شده بسیاری از سازندگان B-3 را برای مجموعه های جوش داده شده ترجیح دهند.

چالش جوشکاری با B-2:

همان پدیده متالورژیکی که باعث شکنندگی در سرویس (-ترتیب برد کوتاه) می‌شود، می‌تواند در ناحیه تحت تأثیر گرما-در حین جوشکاری رخ دهد.

گرما-تردی منطقه تحت تأثیر:

در طول جوشکاری، HAZ تا دمایی از نزدیک-ذوب شدن تا محیط گرم می شود.

ناحیه ای که در محدوده 550-850 درجه فارنهایت (290-455 درجه) با سرعت متوسط ​​(معمولاً جوشکاری چند پاسی در مقاطع ضخیم) خنک می شود، می تواند تحت سفارش قرار گیرد.

نتیجه یک HAZ شکننده با انعطاف پذیری به شدت کاهش یافته است.

ترک خوردگی سن کرنش:

با سرد شدن و انقباض فلز جوش، HAZ را می کشد.

اگر HAZ ترد شده باشد، نمی تواند این فشار را تحمل کند و ممکن است-اغلب به صورت نامرئی در زیر سطح ترک بخورد.

چاقو-حمله خط:

حتی اگر جوش از ساخت جان سالم به در ببرد، HAZ سفارش داده شده ممکن است ترجیحاً در حین سرویس خورده شود (به ویژه در محیط های HCl) که منجر به شکست "خط{0}} چاقو در امتداد لبه جوش می شود.

اقدامات احتیاطی جوشکاری برای B-2 (اگر باید از آن استفاده کنید):

ورودی حرارت کم: از کمترین ورودی گرمای ممکن مطابق با همجوشی خوب استفاده کنید. این امر عرض HAZ و زمان صرف شده در محدوده دمای بحرانی را به حداقل می رساند.

کنترل دمای بین گذر: دمای بین پاسی را به شدت کنترل کنید. آن را زیر 100 درجه (212 درجه فارنهایت) نگه دارید. اجازه دهید مجموعه بین پاس ها کاملا خنک شود.

انتخاب فلز پرکننده: از فلز پرکننده B-2 همسان (ERNiMo-7) استفاده کنید. از پرکننده C-276 استفاده نکنید، زیرا کروم یک جفت گالوانیکی در سرویس HCl ایجاد می کند.

عملیات حرارتی پس از جوش: در حالت ایده‌آل، کل مجموعه جوش داده شده باید پس از جوشکاری مجدداً-محلول آنیل شود (1060-1120 درجه و سپس خاموش کردن سریع) تا شکل‌پذیری و مقاومت در برابر خوردگی به HAZ بازیابی شود. این اغلب برای مجامع بزرگ غیر عملی است.

جایگزین: بدون PWHT: اگر PWHT غیرممکن است، بپذیرید که HAZ دارای انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی کمتری خواهد بود. طراحی با تنش کمتر بر روی جوش و در نظر گرفتن افزایش مجاز خوردگی.

مزیت B-3:

Hastelloy B-3 (UNS N10675) به طور خاص برای رفع محدودیت‌های جوشکاری B-2 توسعه یافته است:

سینتیک مرتب سازی کندتر: HAZ در طول خنک شدن انعطاف پذیر باقی می ماند.

بدون PWHT اجباری: B-3 را می توان در شرایط جوش داده شده برای بسیاری از برنامه ها استفاده کرد.

مقاومت در برابر چاقو-حمله خط: شیمی تثبیت شده در برابر خوردگی ترجیحی در HAZ مقاومت می کند.

توصیه برای پروژه شما:

اگر مونتاژ شما پیچیده و جوش- فشرده است، به شدت به ارتقاء به B{3}}3 میله آلیاژی و صفحه فکر کنید. هزینه مواد اضافی با کاهش عوارض جوشکاری، حذف الزامات عملیات حرارتی پس از جوش-و افزایش قابلیت اطمینان طولانی مدت جبران می شود.

اگر باید از B-2 استفاده کنید:

روش‌های جوشکاری را با آزمایش‌های گسترده (آزمایش‌های خمشی، آزمون‌های خوردگی روی HAZ) واجد شرایط کنید.

اجرای کنترل دقیق فرآیند

اصلاحات طراحی را برای به حداقل رساندن تنش روی جوش در نظر بگیرید.

در صورت بروز ترک HAZ، برای تعمیرات احتمالی آینده برنامه ریزی کنید.