1. ترکیب شیمیایی تعیین کننده و ویژگی های کلیدی Hastelloy B2 (UNS N10665) چیست و چرا برای عملکرد آن حیاتی است؟
Hastelloy B2 یک آلیاژ نیکل{1}}مولیبدن است که به طور خاص برای مقاومت استثنایی در برابر اسیدهای کاهنده طراحی شده است. ترکیب آن به دقت متعادل است: تقریباً 65-70٪ نیکل (Ni) به عنوان عنصر پایه، 26{13}}30٪ مولیبدن (Mo) و 2-4٪ آهن (Fe). یکی از ویژگی های تعیین کننده مشخصات مدرن آن، محتوای کربن بسیار کم (0.02٪ حداکثر) و عدم کنترل کروم (Cr) است. این طراحی شیمیایی بسیار مهم است. محتوای بالای مولیبدن مقاومت فوق العاده ای در برابر اسید هیدروکلریک (HCl) در تمام غلظت ها و دماها از جمله نقطه جوش ایجاد می کند. همچنین عملکرد عالی در اسیدهای سولفوریک، استیک، فسفریک، و هیدروفلوریک در شرایط غیر اکسید کننده ارائه میکند. فقدان تقریباً-کربن و کروم عمدی است. کروم، در حالی که برای مقاومت در برابر محیط های اکسید کننده عالی است، می تواند فازهای مضری را در آلیاژهای با مولیبدن بالا تحت قرار گرفتن در معرض حرارتی خاص تشکیل دهد. کربن پایین تشکیل کاربیدهای مرز دانه را در حین جوشکاری یا سرویس در دمای بالا به حداقل می رساند، که محدودیت قابل توجهی برای سلف خود، Hastelloy B بود. این امر باعث می شود Hastelloy B2 در شرایط جوشکاری کمتر مستعد خوردگی بین دانه ای باشد که یک پیشرفت بزرگ است. بنابراین، ویژگیهای کلیدی آن، مقاومت عالی در برابر اسیدهای کاهنده، پایداری حرارتی عالی و جوشپذیری بهبود یافته است که آن را به مادهای سنگ بنای محیطهای پردازش شیمیایی تهاجمی که در آن عوامل اکسید کننده وجود ندارند، تبدیل میکند.
2. Hastelloy B2 در کدام کاربردهای صنعتی اولیه بیشتر مشخص می شود و محدودیت های عملیاتی استفاده از آن چیست؟
Hastelloy B2 کاربرد اصلی خود را در صنایع فرآوری شیمیایی (CPI) و بخشهای مرتبط که در آن شرایط خورنده شدید کاهنده یا غیر اکسیدکننده حاکم است، پیدا میکند. مهمترین کاربرد آن در مدیریت اسید هیدروکلریک است. تجهیزاتی مانند راکتورها، ستونهای تقطیر، مبدلهای حرارتی، سیستمهای لولهکشی و پمپهای تولید هیدروکلراید، ترشی و بازیافت اسید اغلب از Hastelloy B2 ساخته میشوند. همچنین به طور گسترده در خدمات اسید سولفوریک، به ویژه در محدوده دما و غلظت که در آن اسید به عنوان یک عامل کاهنده عمل می کند، استفاده می شود. سایر کاربردهای کلیدی عبارتند از تولید اسید استیک، فرآیندهای آلکیلاسیون و جابجایی کاتالیزورهای حاوی کلرید.
با این حال، درک محدودیت های عملیاتی آن برای کاربرد ایمن و موثر بسیار مهم است. بحرانی ترین محدودیت مقاومت ضعیف آن در برابر محیط های اکسید کننده است. فقدان کروم آن را به شدت در برابر خوردگی در محیط های حاوی مقادیر کمی اکسید کننده، مانند یون های آهن (Fe3+) یا مس (Cu2+)، اکسیژن محلول یا اسید نیتریک آزاد (HNO3) آسیب پذیر می کند. به عنوان مثال، اسید کلریدریک آلوده به کلرید آهن می تواند باعث حمله سریع شود. محدوده دمایی مفید آن در کاهش اتمسفر تا حدود 400 درجه (750 درجه فارنهایت) است. قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در محدوده دمایی 550 درجه تا 850 درجه (1020 درجه فارنهایت تا 1560 درجه فارنهایت) می تواند منجر به تشکیل فازهای بین فلزی شود که آلیاژ را ترد می کند. بنابراین، Hastelloy B2 به طور دقیق برای کاهش صرف خدمات مشخص شده است، و خلوص سیال فرآیند (آزادی از اکسیدان ها) به طور مداوم نظارت می شود.
3. ملاحظات اصلی جوشکاری و ساخت Hastelloy B2 برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی آن چیست؟
ساخت Hastelloy B2 به اقدامات خاصی نیاز دارد تا ریزساختار کم کربن آن حفظ شود و از بارش فازهای مضر جلوگیری شود. در حالی که جوش پذیری آن نسبت به Hastelloy B اصلی برتر است، اما همچنان مورد توجه است.
ورودی حرارتی: جوشکاری باید با تکنیکهای ورودی حرارت کم انجام شود (مثلاً جوشکاری قوس تنگستن گاز - GTAW) تا زمان صرف مواد در محدوده دمای بحرانی که در آن فازهای مضر میتوانند ایجاد شوند به حداقل برسد. کنترل دقیق دمای بین گذر، معمولاً زیر 125 درجه (257 درجه فارنهایت)، اجباری است.
فلز پرکننده: برای حفظ همگنی شیمیایی و مقاومت در برابر خوردگی در درز جوش، جوشها با استفاده از{0}}فلز پرکننده ترکیبی منطبق (مانند ERNiMo-7) ساخته میشوند.
آماده سازی مشترک و تمیزی: تمیزی بی عیب و نقص قابل مذاکره نیست. همه آلایندههای-روغن، گریس، رنگ، جوهرهای مارکدار، و بهویژه ترکیبات حاوی گوگرد{3} و فلزات با نقطه ذوب پایین{5} مانند سرب، روی و قلع-باید از ناحیه اتصال و سطوح مجاور حذف شوند. اینها می توانند باعث ترک خوردگی شدید بین دانه ای یا خوردگی موضعی در هنگام گرم شدن شوند.
عملیات حرارتی جوش (PWHT): Hastelloy B2 عموماً در حالت جوشکاری برای اکثر برنامههای مقاوم در برابر خوردگی-استفاده میشود. بازپخت محلول (خاموشی سریع از دمای بالا) ممکن است بر روی تولیدات تمام شده انجام شود تا هر فاز رسوبی را حل کند و مقاومت خوردگی مطلوب را بازیابی کند، به ویژه اگر جزء در طول ساخت، خنک شدن آهسته را در محدوده حساس شدن تجربه کرده باشد.
4. Hastelloy B2 چه تفاوتی با جانشین خود Hastelloy B3 (UNS N10675) دارد و چه زمانی ممکن است یکی از آنها بر دیگری انتخاب شود؟
Hastelloy B3 به عنوان یک نسخه پیشرفته برای رفع نقاط ضعف خاص B2 توسعه یافته است. تفاوت اصلی در بهبود پایداری حرارتی و تحمل ساخت نهفته است. در حالی که محتوای کلی نیکل و مولیبدن مشابه است، Hastelloy B3 دارای تعادل دقیق تنظیم شده عناصر جزئی (مانند کروم، آهن و تنگستن) و محتوای سیلیکون بسیار کم است.
مزیت کلیدی Hastelloy B3 مقاومت بسیار بالاتر آن در برابر تشکیل فازهای بین فلزی مضر در هنگام قرار گرفتن در معرض دماهای بالا (مثلاً در حین جوشکاری، تنش زدایی، یا سرویس در دمای بالا) است. این ترجمه به:
مقاومت بیشتر در برابر حرارت جوش{0}}ترک خوردگی ناحیه تحت تأثیر (HAZ).
شکل پذیری و چقرمگی بهتر در حالت جوش-.
پایداری حرارتی عالی برای برنامههایی که شامل دوچرخهسواری حرارتی یا سفرهای{0}}در دمای بالا هستند.
Hastelloy B2 و B3 مقاومت در برابر خوردگی قابل مقایسه ای را در اکثر محیط های اسیدی کاهش دهنده ارائه می دهند. انتخاب اغلب به چالش های خاص ساخت و شرایط خدمات بستگی دارد. برای ساختهای پیچیده با جوشکاری گسترده یا اجزایی که انتظار میرود در معرض حرارت غیرقابل پیشبینی قرار بگیرند، Hastelloy B3 اغلب به دلیل تحمل بیشتر، علیرغم هزینههای مواد بالاتر، انتخاب ارجح است. برای ساختهای سادهتر یا خدمات کنترلشده و کاملاً خورنده که در آن تاریخچه حرارتی بهشدت مدیریت میشود، Hastelloy B2 یک راهحل اثباتشده و مقرونبهصرفه باقی میماند.
5. حالت های خرابی رایج Hastelloy B2 در سرویس چیست و چگونه می توان از آنها جلوگیری کرد؟
خرابی اجزای Hastelloy B2 معمولاً ناشی از اشتباهات نادرست کاربرد یا ساخت است، نه نقص ذاتی مواد.
خوردگی عمومی یا موضعی سریع از آلاینده های اکسید کننده: این رایج ترین حالت خرابی است. وارد کردن حتی سطوح ppm اکسیدان (اکسیژن، یونهای آهن، کلر، اسید نیتریک) به یک جریان اسیدی کاهنده میتواند باعث نرخهای خوردگی فاجعهبار شود. پیشگیری: کنترل دقیق فرآیند برای اطمینان از عدم وجود اکسید کننده ها. در صورت وجود اکسیدان، انتخاب آلیاژی مانند Hastelloy C-276 ضروری است.
خوردگی بین دانه ای در جوش HAZ: اگر آلیاژ به طور نامناسب با حرارت ورودی بالا جوش داده شود یا اجازه داده شود به آرامی خنک شود، بارش کاربید می تواند مرزهای دانه را حساس کند. پیشگیری: پیروی از روشهای دقیق جوشکاری کم-حرارت-، کنترل دمای بینگذر، و در نظر گرفتن بازپخت محلول پس از ساخت.
ترک خوردگی ناشی از تنش (SCC): در حالی که در برابر SCC ناشی از کلرید در مقایسه با فولادهای زنگ نزن بسیار مقاوم است، Hastelloy B2 میتواند تحت شرایط شدید حساس باشد، به ویژه در محیطهای اسیدی کلرید در دماهای بالا در شرایط تنش کششی (باقیمانده از جوشکاری یا اعمال). پیشگیری: طراحی مناسب برای به حداقل رساندن غلظت استرس، استفاده از تکنیکهای کاهش استرس (با احتیاط در مورد قرار گرفتن در معرض حرارت)، و حفظ شرایط فرآیند در محدودههای توصیه شده.
تردی ناشی از بارش فاز: عملکرد طولانی مدت- یا قرار گرفتن در معرض تصادفی در محدوده 550-850 درجه می تواند منجر به تشکیل فازهای بین فلزی شکننده شود (به عنوان مثال، Ni₄Mo)، که منجر به از دست دادن چقرمگی و احتمال خرابی مکانیکی شود. پیشگیری: از سرویس دهی در سرد شدن یا کندی در این محدوده دما اجتناب کنید. اختلالات فرآیند نظارت که می تواند منجر به دمای بالای ناخواسته شود.
