Q1: Kāds ir Hastelloy B-2 plāksnes ķīmiskais sastāvs un kas padara to unikālu?
A:Hastelloy B-2 ir ar cietu šķīdumu stiprināts niķeļa-molibdēna sakausējums, kas īpaši izstrādāts izcilai izturībai pret sālsskābi un citām spēcīgi reducējošām vidēm. Tās nominālais ķīmiskais sastāvs ir aptuveni:Niķelis (līdzsvars, parasti ≥68%), molibdēns 26,0–30,0%, dzelzs ≤2,0%, hroms ≤1,0%, mangāns ≤1,0%, silīcijs ≤0,10%, ogleklis ≤0,02%, kobalts ≤10., un neliels daudzums fosfora un sēra (katrs ≤0,025%).
Tas, kas padara Hastelloy B-2 unikālu, ir tasārkārtīgi zems oglekļa un silīcija satursapvienojumā ar ievērojama hroma neesamību. Atšķirībā no C sērijas sakausējumiem (C-276, C-22), kas satur 14–16% hroma, lai nodrošinātu izturību pret oksidētājiem, B-2 praktiski nesatur hromu (≤1,0%). Tas ir tīšām: spēcīgi reducējošās skābēs, piemēram, sālsskābē, hroms faktiski var pasliktināt korozijas īpašības, veidojot mazāk stabilas pasīvās plēves vai veicinot lokalizētu uzbrukumu. Augstais molibdēna saturs (26–30%) nodrošina izcilu izturību pret punktveida un plaisu koroziju pat karstos, koncentrētos HCl šķīdumos.
Tomēr tā pati ķīmija, kas nodrošina B-2 izcilo izturību pret reducējošām skābēm, arī to padarametalurģiski nestabilsnoteiktos apstākļos. B-2 ir ļoti jutīgs pret starpmetālu fāžu (īpaši Ni₄Mo un Ni3Mo) nogulsnēšanos, ja tiek pakļauta temperatūrai diapazonā no 600 līdz 900 °C (1110–1650 °F). Pat īsas novirzes šajā diapazonā{8}}, piemēram, metināšanas vai karstās formēšanas laikā, var izraisīt šo trauslo fāžu veidošanos, ievērojami samazinot elastību un izturību pret koroziju. Šī termiskā jutība ir vienīgais vissvarīgākais B-2 ierobežojums, un tas ir tieši novedis pie termiski stabilāka B-3 sakausējuma izstrādes. Šī iemesla dēļ, lai gan B-2 plāksne joprojām ir pieejama un nodrošina izcilu korozijas veiktspēju tīrās reducējošās skābēs, tai ir nepieciešama daudz rūpīgāka izgatavošana nekā B-3, un tā parasti tiek aizstāta ar B-3 jauniem kritiskiem lietojumiem.
Q2: Kādos rūpnieciskos lietojumos Hastelloy B-2 plāksne joprojām tiek izmantota mūsdienās?
A:Lai gan jaunām iekārtām arvien vairāk tiek aizstāta ar Hastelloy B-3, Hastelloy B-2 plāksne joprojām tiek izmantota un joprojām tiek norādīta noteiktiem lietojumiem, kur ir nepieciešama tās izcilā reducējošā skābes izturība un kur ražošanu var rūpīgi kontrolēt. Galvenie pielietojumi ietver:
Sālsskābes uzglabāšanas tvertnes un tvertnes– B-2 plāksne tiek izmantota atmosfēras vai zema spiediena uzglabāšanas tvertnēm, kas satur koncentrētu (30–37%) sālsskābi apkārtējās vides temperatūrā. Sakausējums nodrošina korozijas ātrumu zem 0,05 mm/gadā tīrā HCl, piedāvājot kalpošanas laiku 20+ gadus. Tomēr tvertnei jābūt konstruētai tā, lai izvairītos no jebkādiem oksidējošiem piesārņotājiem (piem., gaisa iekļūšana, dzelzs joni), kas varētu paātrināt koroziju.
Kodināšanas tvertnes tērauda un titāna apstrādē– Tērauda rūpnīcās izmanto karstu sālsskābi (80–95 °C / 175–205 °F, 10–18% HCl), lai noņemtu nogulsnes no tērauda sloksnes (marinēšana). B-2 plāksne tiek izmantota tvertnes sienām, sildelementiem un vākiem. Sakausējums iztur gan skābi, gan termisko ciklu. Daudzas esošās kodināšanas līnijas, kas uzbūvētas pirms B-3 ieviešanas, joprojām darbojas ar B-2 komponentiem, un rezerves daļas bieži tiek izgatavotas no B-2, lai tās atbilstu esošajam materiālam.
Ķīmisko reaktoru tvertnes hlorētiem starpproduktiem– Ražojot vinilhlorīda monomēru (VCM), hlorētus šķīdinātājus un citas hloru saturošas ķīmiskas vielas, sālsskābe ir blakusprodukts vai reaģents. B-2 plākšņu reaktori apstrādā karstu HCl temperatūrā līdz 120°C (250°F) zem spiediena. Tomēr jebkurš sajukums, kas ievieš oksidējošas vielas (piemēram, hlora gāzi, dzelzs hlorīdu), var izraisīt ātru uzbrukumu.
Dūmgāzu desulfurizācijas (FGD) sastāvdaļas– FGD skruberu reducējošajās zonās (kur ir zems pH un koncentrēti hlorīdi) B-2 plāksne ir izmantota starplikām, izplūdes kanāliem un vircas cauruļvadiem. Tomēr C-276 mūsdienās ir biežāk sastopams, jo tas ir pielaidīgāks pret procesa traucējumiem.
Farmaceitiskā un smalkā ķīmiskā sintēze– Dažās sērijveida reakcijās kā katalizatoru vai reaģentu izmanto koncentrētu sālsskābi. B-2 plākšņu reaktori un uzglabāšanas tvertnes ir atrodamas vecākās farmaceitiskās rūpnīcās, kur tās turpina darboties uzticami, ja process paliek bez oksidējošiem piemaisījumiem.
Svarīga piezīme:Parjauni projekti, lielākā daļa inženieru tagad norāda Hastelloy B-3 plāksni, nevis B-2. B-3 piedāvā būtībā identisku izturību pret koroziju reducējošajās skābēs, bet ar daudz labāku termisko stabilitāti, padarot metināšanu un izgatavošanu daudz uzticamāku. B-2 galvenokārt izmanto rezerves daļām esošajās iekārtās vai lietojumos, kur zemākas izmaksas (B-2 ir nedaudz lētākas nekā B-3) attaisno nepieciešamo ražošanas papildu aprūpi.
Q3: Kādas ir Hastelloy B-2 plāksnes metināšanas un izgatavošanas kritiskās problēmas?
A:Hastelloy B-2 plāksnes metināšana un izgatavošana ir ievērojami sarežģītāka nekā lielākajai daļai citu niķeļa sakausējumu, jo tā ir ļoti jutīga pret starpmetālu fāzes nokrišņiem. Šīs problēmas un prasības ir ļoti svarīgas:
1. Starpmetālu nokrišņi (Ni₄Mo, Ni3Mo):Pakļaušana temperatūras diapazonam no 600 līdz 900°C (1110-1650°F) pat dažas minūtes var izraisīt šo trauslo fāžu nogulsnēšanos. Metināšanas laikā karstuma ietekmes zona (HAZ), kas atrodas blakus metinājumam, var viegli sasniegt šo temperatūru. Nogulsnes izraisa smagu elastības zudumu (pagarinājums var samazināties no 40% līdz mazāk nekā 5%) un var izraisītstresa mazināšanas plaisāšanadzesēšanas laikā vai neilgi pēc komponenta nodošanas ekspluatācijā. Šī plaisāšana bieži notiek HAZ un parasti ir starpgranulāra.
2. Metināšanas procedūras prasības:Lai samazinātu laiku, kas pavadīts jutīgajā temperatūras diapazonā, metinātājiem jāizmanto:
Zema siltuma padeve– parasti ≤1,0 kJ/mm (≤25 kJ/in) GTAW (gāzes volframa loka metināšanai) un ≤1,5 kJ/mm (≤38 kJ/in) GMAW (gāzes loka metināšanai)
Interpass temperatūra stingri ≤150°C (300°F)– starp gājieniem bieži nepieciešama piespiedu gaisa dzesēšana
Stringer pērlīšu tehnika– šauras, pārklājošas krelles, nevis platas aušanas krelles
Nav priekšsildīšanas– priekšsildīšana palielinātu laiku jutīgajā diapazonā
Atbilstošs pildviela metāls– ERNiMo‑7 (AWS A5.14) ir standarta B-2 pildviela; tā sastāvs ir līdzīgs B-2, bet ar nedaudz augstāku dzelzi, lai palīdzētu stabilizēt metināto metālu
3. Pēcmetināšanas termiskā apstrāde (PWHT):Atšķirībā no daudziem sakausējumiem, kur PWHT mazina atlikušos spriegumus,PWHT parasti NAV ieteicams B-2ja vien tā nav pilnīga atkvēlināšana ar šķīdumu (1060–1100 °C / 1940–2010 °F), kam seko ātra ūdens dzēšana. Lokalizēta vai zemas temperatūras PWHT (piemēram, 400–500 °C) faktiski var paātrināt trauslumu. Lielākajai daļai izgatavoto B-2 komponentu metinātā šuve tiek izmantota metinātā stāvoklī, taču saglabājas HAZ plaisāšanas risks.
4. Karstā formēšana:Ja B-2 plāksne ir jāveido karsti (piem., šķīvju galviņas, velmēti cilindri), formēšanas temperatūra ir rūpīgi jākontrolē. Plāksne ātri jāuzsilda līdz 1060–1200 °C (1940–2190 °F), jāveido un pēc tam nekavējoties jādzēš ar ūdeni. Jebkura lēna dzesēšana 600–900°C diapazonā izraisīs trauslumu. Priekšroka tiek dota aukstai formēšanai, bet, ja aukstā reducēšana pārsniedz 15–20%, pēc tam ir nepieciešama pilna šķīduma atkausēšana.
5. Virsmas piesārņojums:Tāpat kā visi B sērijas sakausējumi, B-2 ir jutīgs pret dzelzs piesārņojumu. Dzelzs daļiņas no oglekļa tērauda instrumentiem, darba virsmām vai pat slīpēšanas putekļi var izraisīt galvanisku koroziju HCl darbībā. Visiem instrumentiem, kas saskaras ar B-2 plāksni, jābūt izgatavotiem no nerūsējošā tērauda vai karbīda. Pēc izgatavošanas plāksne ir jāmarinē (slāpekļa-fluorūdeņražskābes maisījums), lai noņemtu visus iegultos dzelzi un virsmas oksīdus.
6. Pārbaude:Pēc metināšanas HAZ jāpārbauda, vai tajā nav plaisu, izmantojot šķidruma caurlaidības testu (PT). HAZ cietības pārbaude (jābūt ≤100 HRB) var norādīt, vai ir izveidojušās trausluma fāzes -cietākas vērtības liecina par nokrišņiem. Kritiskiem lietojumiem ir ieteicama metinājuma kupona parauga metalogrāfiskā pārbaude.
Šo izaicinājumu dēļ daudzi ražotāji atsakās strādāt ar B-2 plāksni, dodot priekšroku B-3, kas ir daudz piedodošāks. Jebkuram jaunam projektam ir ļoti ieteicams izvēlēties B-3, nevis B-2, ja vien nav īpaša iemesla (piemēram, esošā aprīkojuma atbilstība vai ļoti šaurs procesa logs, kurā B-2 ir pierādīta pieredze), lai izmantotu B-2.
Q4: Kādi ir Hastelloy B-2 plāksnes ierobežojumi un atteices režīmi ekspluatācijā?
A:Neskatoties uz izcilo veiktspēju tīrās reducējošās skābēs, Hastelloy B-2 plāksnei ir vairāki būtiski ierobežojumi, kas var izraisīt priekšlaicīgu atteici, ja tā netiek pienācīgi novērsta:
1. Oksidējošās skābes uzbrukums (ātra vispārēja korozija)– B-2 irpilnīgi nepiemērotsoksidējošai videi. Ja procesa plūsmā ir pat neliels daudzums (daļiņas uz miljonu) oksidētāju,{1}}piemēram, slāpekļskābe, hromskābe, dzelzs joni (Fe³⁺), vara joni (Cu²⁺), izšķīdušais skābeklis vai hlors, sakausējuma pasīvā plēve kļūst nestabila un var izraisīt korozijas ātrumu.<0.05 mm/year to >5 mm/gadā. Tas ir visizplatītākais B-2 aprīkojuma priekšlaicīgas atteices cēlonis. Piemēram, B-2 plākšņu reaktors, kas apstrādā sālsskābi, kas nejauši tiek piesārņots ar nelielu slāpekļskābes daudzumu iepriekšējā procesā, var sabojāties dažu nedēļu laikā.
2. Intermetālu fāzes trauslums (Ni₄Mo, Ni3Mo)– Kā minēts 3. ceturksnī, 600–900 °C (1110–1650 °F) iedarbība ražošanas vai apkopes laikā izraisa šo trauslo fāžu nogulsnēšanos. Iegūtais elastības zudums padara plāksni jutīgu prettrausls lūzumsstiepes spriedzes ietekmē (piemēram, no spiediena, termiskās izplešanās vai mehāniskām slodzēm). Plaisas parasti rodas pie metināšanas HAZ un izplatās starpgranulāri. Šis atteices režīms bieži tiek aizkavēts,-komponents var izturēt sākotnējo spiediena pārbaudi, taču pirmajā termiskā cikla laikā vai pēc dažiem ekspluatācijas mēnešiem ieplaisāt.
3. Ūdeņraža trauslums– Reducējošajās skābēs ūdeņraža atomi rodas kā korozijas blakusprodukts (pat zemais B-2 korozijas ātrums rada nedaudz ūdeņraža). Stiepes spriedzes ietekmē ūdeņradis var izkliedēties niķeļa režģī un izraisīt trauslumu. Tas ir smagāks temperatūrā, kas zemāka par 80°C (175°F) un sērūdeņraža (H2S) klātbūtnē. B-2 parasti nav ieteicams lietot skābai (H₂S) lietošanai, ja vien netiek ievērota stingra cietības kontrole (≤100 HRB) un sprieguma ierobežojumi (≤80% no iznākuma). NACE MR0175 ir īpaši ierobežojumi attiecībā uz B-2.
4. Punktu un plaisu korozija netīrās skābēs– Lai gan B-2 ir izturīgs pret tīru HCl, oksidējošo metālu jonu (Fe³⁺, Cu²⁺) klātbūtne var izraisīt bedrīšu veidošanos, īpaši stāvošās zonās (piem., zem blīvēm, pie atbalsta paliktņiem vai metināto šuvju iegriezumos). Tiklīdz bedre ir sākusies, tā var ātri izplatīties, jo lielais molibdēna saturs, kas nodrošina pretestību tīrā HCl, kļūst neefektīvs oksidējošu vielu klātbūtnē.
5. Termiskais nogurums– B-2 termiskās izplešanās koeficients ir līdzīgs austenīta nerūsējošajiem tēraudiem (~13,5 μm/m·K). Iekārtās, kas pakļautas biežai termiskai cikliskai darbībai (piem., sērijveida reaktori, kas tiek uzkarsēti un atdzesēti katru dienu), diferenciālā izplešanās starp komponentiem (piemēram, caurulēm un cauruļu loksnēm) var izraisīt termisko noguruma plaisāšanu. B-2 zemā elastība, īpaši, ja ir izveidojušās intermetāliskas fāzes, padara to jutīgāku pret šo atteices režīmu nekā B-3.
6. Izmaksas un pieejamība– B-2 plāksne ir dārgāka nekā nerūsējošais tērauds (parasti 6–10 reizes pārsniedz 316 l) un kļūst mazāk pieejama, jo rūpnīcas pārceļ ražošanu uz B-3. B-2 plāksnes izpildes laiks var būt ilgs (12–20 nedēļas), un var būt nepieciešams minimālais pasūtījuma daudzums.
Seku mazināšanas stratēģijas:
Stingri kontrolējiet procesu, lai izslēgtu oksidējošās vielas (uzglabāšanas tvertnēm izmantojiet slāpekļa pārklājumu, uzraugiet Fe³⁺/Cu²⁺, izvairieties no gaisa iekļūšanas).
Ievērojiet stingras metināšanas procedūras (zema siltuma padeve, zema starpplūsmas temperatūra, bez PWHT, izņemot pilna šķīduma atkvēlināšanu).
Regulāri veiciet biezuma uzraudzību (ultraskaņas testu), lai noteiktu vispārēju vai punktveida koroziju.
Plānotu apkopes pārtraukumu laikā apsveriet B-2 komponentu nomaiņu ar B-3, jo B-3 piedāvā identisku izturību pret koroziju un daudz labāku termisko stabilitāti.
Q5: Kādi standarti un testēšanas prasības attiecas uz Hastelloy B-2 plāksni?
A:Hastelloy B-2 plāksne tiek ražota un pārbaudīta saskaņā ar vairākiem nozares standartiem, lai gan ir svarīgi atzīmēt, ka daudzās specifikācijās B-2 tiek pakāpeniski izņemts par labu B-3. Galvenie standarti ir:
Materiālu standarti:
ASTM B333– Standarta specifikācija niķeļa-molibdēna sakausējuma plāksnēm, loksnēm un sloksnēm (tas ir galvenais B-2 plāksnes standarts; tas attiecas uz sastāviem, mehāniskajām īpašībām un izmēru pielaidēm)
ASME SB-333– ASME spiedtvertnes koda versija ASTM B333 (izmantošanai ASME VIII sadaļas 1. nodaļas tvertnēs)
ASTM B575– Standarta specifikācija zema oglekļa satura niķeļa-molibdēna-hroma sakausējuma plāksnei (šis standarts sākotnēji aptvēra B-2, bet ir pārskatīts; B-2 var iekļaut noteiktās kategorijās)
NACE MR0175 / ISO 15156– Skābās gāzes pakalpojumam (H₂S saturoša vide); B-2 saskaņā ar šo standartu ir noteiktas īpašas cietības un termiskās apstrādes prasības
Izmēru standarti:
ASTM B333ietver biezuma pielaides (piemēram, ±0,25 mm 5–10 mm plāksnei), līdzenumu (piem., ≤3 mm uz metru) un malas apstākļus.
Plākšņu izmēri parasti tiek pasūtīti kā metriski (piemēram, 1500 × 6000 mm) vai britu (piemēram, 48 × 120 collas).
Obligātā B-2 plāksnes pārbaude:
Ķīmiskā analīze (atbilstoši ASTM E1473)– Pārbauda Ni ≥68%, Mo 26–30%, Fe ≤2,0%, Cr ≤1,0%, C ≤0,02%, Si ≤0,10%, Mn ≤1,0%. Zems oglekļa saturs un silīcijs ir ļoti svarīgi termiskai stabilitātei.
Stiepes īpašības (atbilstoši ASTM E8/E8M) – At room temperature: yield strength (0.2% offset) ≥350 MPa (50 ksi), ultimate tensile strength ≥750 MPa (109 ksi), elongation ≥40% in 50 mm (2 in). For plate thickness >50 mm (2 collas), pagarinājums ≥35% var būt pieņemams.
Cietība– Rockwell B ≤100 (vai ≤220 HV), lai apstiprinātu pareizu šķīduma atkvēlināšanu un starpmetālu fāžu neesamību. Cietāks materiāls norāda uz nokrišņiem vai pārmērīgu aukstu darbu.
Starpgranulārās korozijas tests (atbilstoši ASTM G28 A metodei)– Dzelzs sulfāta un sērskābes tests 120 stundas. Korozijas ātrumam jābūt ≤12 mm/gadā (0,5 ipy), un metalogrāfiskā pārbaude nedrīkst uzrādīt starpgranulu uzbrukumu. Šis tests irbūtiskiB-2, jo intermetāliskās fāzes izraisītu strauju uzbrukumu gar graudu robežām. Dažām specifikācijām noteiktai videi ir nepieciešama arī B metode (slāpekļskābe).
Metalogrāfiskā pārbaude– 200–500x palielinājumā, lai pārbaudītu nogulsnes, ieslēgumus un graudu struktūru. Mikrostruktūrai jābūt pilnībā austenītai, līdzsvarotai, ar graudu izmēru, kas parasti ir ASTM 5 vai smalkāks (vidējais diametrs 45–64 mikroni). Nav pieļaujami nepārtraukti graudu robežu karbīdi vai starpmetālu fāzes (Ni₄Mo, Ni3Mo).
Ultraskaņas izmeklēšana (UT) atbilstoši ASTM A435 vai A578 – For plate thickness >6 mm (0,25 collas), UT ir nepieciešams, lai atklātu iekšējos tukšumus, segregācijas vai laminējumus no sākotnējā lietņa.
Virsmas pārbaude– Vizuāls un šķidrs caurlaidības līdzeklis (PT) atbilstoši ASTM E165, lai noteiktu apļus, šuves, plaisas vai mērogu. Plākšņu malas bieži pārbauda ar magnētisko daļiņu vai virpuļstrāvas testu.
Izvēles, bet ieteicami testi kritiskām lietojumprogrammām:
Simulēta pēcmetināšanas termiskās apstrādes (SPWHT) pārbaude– Plāksnes paraugu pakļauj termiskam ciklam, kas atdarina metināšanu (piemēram, 700°C 1 stundu, pēc tam atdzesē ar gaisu), un pēc tam testē pēc ASTM G28 A metodes. Tas pārbauda, vai plāksne pēc izgatavošanas saglabā izturību pret koroziju. Daudzi lietotāji tagad pieprasa šo B-2 testu tā termiskās jutības dēļ.
Feroksila tests– Nosaka virsmas dzelzs piesārņojumu (zils krāsojums norāda uz brīvu dzelzi). Jebkurš atklāts dzelzs prasa kodināšanu vai noraidīšanu.
Zemas temperatūras triecientests (atbilstoši ASTM E23)– B-2 plāksnei, ko izmanto aukstā klimatā vai kriogēnos apstākļos (lai gan B-2 tiek reti izmantots zem –50°C).
Trešās puses pārbaude– Svarīgiem lietojumiem (piemēram, spiedientvertnēm HCl pakalpojumam) neatkarīga aģentūra (piemēram, TÜV, DNV, Bureau Veritas) ir visu testu lieciniece un MTR pārskata.
Dokumentācija:Ražotājam ir jāiesniedz sertificēts materiāla pārbaudes ziņojums (MTR), tostarp siltuma numurs, partijas numurs, visi testa rezultāti un paziņojums par atbilstību ASTM B333 (vai citam noteiktam standartam). MTR jāiekļauj arī šķīduma atkausēšanas temperatūra (parasti 1060–1100 °C) un dzēšanas metode (lai sasniegtu nepieciešamo dzesēšanas ātrumu, B-2 ir nepieciešama dzēšana ar ūdeni).
Svarīga piezīme par specifikāciju atjauninājumiem:Daudzi nozares standarti ir pārskatīti, dodot priekšroku B-3, nevis B-2. Piemēram, ASTM B333 joprojām norāda B-2 kā pieļaujamo pakāpi, taču daudzi galalietotāji ir izņēmuši B-2 no saviem apstiprināto materiālu sarakstiem. Pirms B-2 plāksnes norādīšanas inženieriem ir jāpārbauda, vai paredzētais standarts joprojām ietver B-2 un vai ražotājam ir pieredze B-2 unikālo prasību izpildē. Vairumā gadījumu jaunināšana uz B-3 plāksni (kas atbilst tam pašam ASTM B333 standartam, bet ar citu klases apzīmējumu) ir ieteicamā pieeja jauniem projektiem.
