1. NS312 (Hastelloy B-2/S) ķīmiskajā sastāvā dominē niķelis un molibdēns, apzināti neizmantojot hromu. Kāds ir šī unikālā sastāva metalurģiskais pamatojums, un kādās īpašās vidēs tas padara to par neaizstājamu?
NS312 sastāvs ir tiešs un mērķtiecīgs standarta "nerūsējošā tērauda" filozofijas noraidīšana. Lai gan hroms ir būtisks izturībai pret oksidējošām vidēm, tas ir kaitīgs specifiskajā reducējošā vidē, kurai ir paredzēts NS312.
Niķeļa{0}}molibdēna sinerģija: bāze ir niķelis, kas pēc savas būtības ir izturīgs pret kodīgām vielām un sālsskābi. Galvenais ir augsts molibdēna saturs (~28%). Molibdēns nodrošina izcilu izturību pret reducējošajām skābēm{4}}, kurām ir tendence pieņemt, nevis nodot elektronus. Primārais piemērs ir sālsskābe (HCl). Molibdēns stiprina sakausējuma pasīvo plēvi šajās vidēs, bet vēl svarīgāk ir tas, ka tas krasi samazina korozijas ātrumu, veicinot stabilu, zemu{7}}enerģijas virsmas stāvokli.
Apzināta hroma trūkums: hroms skābekļa klātbūtnē veido aizsargājošu Cr2O3 skalu. Tomēr karstās, ne-oksidējošās reducējošās skābēs šis oksīds ir nestabils un var pat izšķīdināt. Turklāt metināšanas laikā hroms var veidot kaitīgas molibdēna -hroma sekundārās fāzes, kas ļoti noārda molibdēnu no matricas un rada vietas katastrofālai korozijai. Samazinot hroma daudzumu (<1% in modern B-2), the alloy avoids these issues and maintains its homogeneity.
Neaizstājami pielietojumi:
Šis sastāvs padara NS312 par vienīgo izvēli, lai apstrādātu:
Sālsskābe (HCl) visās koncentrācijās un temperatūrās, ieskaitot viršanas temperatūru.
Sērskābe (H₂SO4)
Fosforskābe (H3PO4)
Etiķskābe (CH₃COOH)
Citas halogēna skābes, piemēram, ūdeņraža bromīds (HBr).
Tas ir darba materiāls reaktoriem, destilācijas kolonnām un cauruļvadu sistēmām ķīmiskās apstrādes rūpniecībā, kur šīs skābes ir izplatītas.
2. Galvenais agrīno Hastelloy B sakausējumu vēsturiskais ierobežojums bija "termiskā nestabilitāte", kas izraisīja metināšanas šuves sabrukšanu. Kāds bija šīs parādības galvenais cēlonis sakausējumos, piemēram, B, un kā tas tika atrisināts mūsdienu iterācijās, piemēram, Hastelloy B-2 un B-3?
Tas bija kritisks atteices režīms, kas skāra oriģinālo Hastelloy B sakausējumu. Galvenais iemesls bija intermetālisku nogulšņu veidošanās metināšanas karstuma ietekmētajā zonā (HAZ).
Galvenais cēlonis: molibdēna karbīdi un borīdi
Pirmie sakausējumi saturēja lielāku oglekļa un silīcija līmeni. Metināšanas laikā HAZ tiek uzkarsēts līdz noteiktam temperatūras diapazonam (~600-1200 grādi). Šajā diapazonā sakausējuma ogleklis ātri apvienotos ar molibdēnu, veidojot cietus, trauslus karbīdus (piemēram, M₆C, M₆₂C). Šie karbīdi galvenokārt izgulsnējās gar graudu robežām.
Postošās sekas bija divējādas-:
Lokanības zudums: graudu robežas karbīdi padarīja HAZ trauslu.
Lokalizēta korozija: Reģionos, kas atrodas blakus šiem karbīdiem, molibdēns bija ļoti noplicināts. Tādējādi gar graudu robežām tika izveidota "molibdēna{1}}attīrīta" zona, kurai bija ievērojami zemāka izturība pret koroziju nekā lielapjoma sakausējumam. Ekspluatācijas laikā kodīgie materiāli ātri uzbrūk šiem vājajiem, zemajiem-molibdēna ceļiem, izraisot starpkristālu koroziju un atteici-, kas ir klasisks "metināšanas sabrukšanas" gadījums.
Risinājums: īpaši-zema oglekļa satura un kontrolēta ķīmija
Izrāviens notika ar Hastelloy B-2. Tās galvenais jauninājums bija krasa oglekļa samazināšana (<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 bija papildu uzlabojums ar rūpīgi līdzsvarotu ķīmisko sastāvu, kas ietver nelielu volframa un vanādija piedevu. Tas nodrošina vēl lielāku toleranci pret kaitīgu fāžu veidošanos ilgstošas vidējas temperatūras iedarbības laikā, piedāvājot lielāku piedošanu metināšanas laikā un lēnu dzesēšanu.
3. Kādos īpašos siltummaiņu lietojumos NS312 (Hastelloy B-2/B-3) bezšuvju caurules būtu nepārprotami izvēlētais materiāls, un kāda galvenā īpašība padara bezšuvju ražošanas procesu īpaši svarīgu šim pakalpojumam?
NS312 bezšuvju caurules ir nepārprotama izvēle apvalka-un-cauruļu siltummaiņiem, kas apstrādā visagresīvākās reducējošās skābes caurules pusē.
Īpašas lietojumprogrammas:
Sālsskābes dzesētāji/sildītāji: kur tiek uzkarsēts vai atdzesēts jebkuras koncentrācijas HCl.
Sērskābes kodināšanas līnijas siltummaiņi: tērauda rūpnīcās, kur tērauda atkaļķošanai izmanto karstu sērskābi.
Reaktora spoles: kur caurules ir iegremdētas ķīmiskā reaktorā, kas satur korozīvu reducējošo vidi.
Koncentrētas fosforskābes iztvaicētāji.
Bezšuvju ražošanas kritiskums:
Galvenā īpašība, kas nosaka bezšuvju cauruli, ir integritāte ārkārtēja spiediena un korozijas apstākļos. Metinātai caurulei ir gareniskā metinājuma šuve. Šī šuve ir potenciāla ievainojamība, jo:
Mikrostruktūras neviendabīgums: metināšanas zonai un HAZ ir atšķirīga mikrostruktūra (lietas struktūra pret kaltu) un graudu izmērs, salīdzinot ar pamatcauruli. Pat ar perfektu metināšanu šī var būt ieteicama vieta korozijas izraisīšanai.
Defektu iespējamība: metinātā šuve var saturēt ieslēgumus, porainību vai saplūšanas trūkumu, kas darbojas kā sprieguma koncentratori un sākumpunkti, lai radītu bedru vai plaisāšanu.
Viendabīgums: bezšuvju caurulei, kas izgatavota ar ekstrūzijas vai pīlinga palīdzību, visā tās apkārtmērā ir pilnīgi viendabīga, vienmērīga graudu struktūra. Tas nodrošina konsekventu izturību pret koroziju un mehānisko izturību visos virzienos, kas nav apspriežama, ja satur augsta- spiediena, bīstamus šķidrumus, piemēram, karstu sālsskābi. Metināšanas šuves noplūdes risks ir pilnībā novērsts.
4. Lai gan NS312 izceļas ar vides samazināšanu, tai ir kritiska ievainojamība. Kas ir šis Ahileja papēdis, un kāds minimālais piesārņojuma līmenis var izraisīt ātru un katastrofālu uzbrukumu?
NS312 Ahileja papēdis ir tā ļoti vājā izturība pret oksidētājiem. Tas ir tiešas sekas tā zemajam hroma saturam.
Mehānisms: NS312 aizsargplēve reducējošās skābēs ir stabila tikai tad, ja nav spēcīgu oksidētāju. Kad oksidējošs jons tiek ievadīts-pat nelielos daudzumos-, tas izjauc šo plēvi un virza korozijas potenciālu reģionā, kur metāls aktīvi izšķīst ārkārtīgi lielā ātrumā.
Galvenie oksidējošie piesārņotāji:
Dzelzs joni (Fe³⁺) un vara joni (Cu²⁺): bieži sastopami piemaisījumi procesa plūsmās.
Izšķīdināts skābeklis: visizplatītākais piesārņotājs.
Hlors (Cl₂), balinātājs (NaOCl), slāpekļskābe (HNO₃) un ūdeņraža peroksīds (H2O2).
Katastrofāla uzbrukuma izraisītājs:
Piesārņojuma līmenis, kas nepieciešams, lai izraisītu uzbrukumu, ir pārsteidzoši zems. Piemēram, dzelzs jonu daļu -uz -miljoniem (ppm) klātbūtne karstā sālsskābē var palielināt NS312 korozijas ātrumu par lielumu, salīdzinot ar vieglu, pieņemamu ātrumu (<0.1 mm/year) to a catastrophic one (>10 mm/gadā), izraisot neveiksmi ļoti īsā laikā. Pat neliela gaisa (skābekļa) daudzuma ievadīšana sistēmā var radīt tādu pašu postošu efektu.
Šīs ievainojamības dēļ ir nepieciešama ārkārtīgi rūpīga procesa kontrole un sistēmas projektēšana, lai novērstu oksidētāju iekļūšanu sistēmā, kas aprīkota ar NS312.
5. Jaunam projektam, kas ietver karstu, koncentrētu sālsskābi ar oksidētājiem, NS312 būtu slikta izvēle. Kāda niķeļa sakausējuma klase būtu jāapsver šādam pakalpojumam, un kā tā pamata sakausēšanas stratēģija atšķiras no NS312 sakausējuma stratēģijas?
Šim pakalpojumam, ja ir oksidējošs piesārņotājs, izvēlētais materiāls no niķeļa-molibdēna sakausējuma (piemēram, NS312) tiks mainīts uz niķeļa-hroma-molibdēna sakausējumu.
Sakausējumu klase: tajā ietilpst pasaulē{0}}slaveni sakausējumi, piemēram, Hastelloy C-276 (UNS N10276), C-22 (UNS N06022) un C-2000 (UNS N06200).
Galvenās sakausēšanas stratēģijas atšķirības:
Stratēģija ir daudzpusība un pasivitāte. Atšķirībā no NS312 specializētā fokusa, šie sakausējumi ir izstrādāti tā, lai tie būtu izturīgiganoksidējošā un reducējošā vide.
Hroms izturībai pret oksidēšanu: tie satur ievērojamu daudzumu hroma (~16-23%). Tas ļauj tiem veidot stabilu, aizsargājošu Cr₂O3 skalu, kuras NS312 trūkst, padarot tos ļoti izturīgus pret oksidētājiem, piemēram, Fe³⁺, Cu²⁺, izšķīdušo skābekli un pat mitru hloru.
Molibdēns pretestības samazināšanai: Tie satur arī daudz molibdēna (~13-16%), lai nodrošinātu spēcīgu izturību pret reducējošajām skābēm, piemēram, HCl un H₂SO₄.
Volframs uzlabošanai: volframa pievienošana vēl vairāk uzlabo izturību pret reducējošām skābēm un bedrēm.
Šī "labākā no abām pasaulēm" ķīmija, kas ir arī stabilizēta ar zemu oglekļa saturu, lai izvairītos no metināšanas sabrukšanas, rada patiesi daudzpusīgu, pret koroziju izturīgu- sakausējumu. Kompromiss-ir tāds, ka tie nav tik izturīgi kā NS312 pret karstāko, koncentrētāko sālsskābi ideāli reducējošā stāvoklī, taču tie nodrošina būtisku drošības rezervi reālajiem-rūpnieciskajiem procesiem, kur nevar garantēt nevainojamu tīrību. Atlase kļūst par rūpīgu primārās kodīgās vielas un piesārņotāju izslēgšanas pārliecības līdzsvaru.
