Hastelloy B-3 vs B-2 en àcid clorhídric: fabricabilitat millorada i resistència a la corrosió

Què són Hastelloy B-3 i B-2, i com es diferencien les seves composicions?

B-3 i B{-2 són aliatges de níquel-molibdè gairebé purs sense gairebé crom, però B-3 desplaça el contingut de molibdè lleugerament cap amunt i afegeix una petita addició de tungstè estretament controlada i un conjunt d'elements menors (alumini, titani, niobi, vanadi, tàntal simple, que el vanadi, el tàntari, el zi-2-2) no especificar - el mecanisme metal·lúrgic deliberat darrere de la seva estabilitat millorada.

Font: Fitxa de composició nominal de Haynes International, aliatge HASTELLOY B-3; Fullet tècnic del llegat internacional de Haynes H-2006D, aliatge HASTELLOY B-2 (©1997).

Ambdós aliatges són, per disseny, gairebé lliures de crom--, l'estratègia oposada als aliatges de tipus C-i G-coberts en altres parts d'aquesta sèrie. Això és intencionat: la pel·lícula protectora d'òxid de crom no fa res per a la resistència a la corrosió en àcid clorhídric pur i no oxidant, i B-3 i B-2 depenen de níquel i molibdè en solució sòlida. La història real de la taula de composició no són els elements principals, que són gairebé idèntics, sinó els menors: les petites addicions deliberades de B-3 existeixen específicament per canviar quina fase intermetàl·lica es forma quan l'aliatge s'escalfa i amb quina rapidesa.

Per què es va desenvolupar B-3: quin problema resol realment?

B-3 no es va desenvolupar per arreglar una debilitat a la corrosió en àcid clorhídric pur - B{{-2 ja era excel·lent allà; es va desenvolupar per arreglar una inestabilitat metal·lúrgica: B-2 és propens a precipitar una fase fràgil i perjudicial durant la soldadura, el conformat en calent i perllongada a temperatures elevades, i la mateixa resistència a la corrosió confirma l'exposició a la corrosió de la mateixa fase de patent dels EUA.

La pròpia literatura tècnica de Haynes International indica el mecanisme directament: el contingut de molibdè que dóna als aliatges de la família B la seva resistència a l'àcid clorhídric també crea "una forta tendència a que es formin fases diferents de la desitjable fase gamma (-centrada a la cara) a la microestructura, especialment en el rang de temperatura de 500 graus a 900 graus". A B-2, la fase que es forma és Ni4Mo, i es forma ràpidament.

Independentment, la literatura de patents nord-americana que descriu l'historial de desenvolupament de l'aliatge confirma que B-2 "es va trobar que llavors era propens a reaccions d'ordre de llarg-abast durant l'exposició a curt-terme a temperatures del rang de 600-800 graus", i que "a més de degradar-se la força mecànica, també es va trobar com a resultat d'aquestes reaccions adverses de fase (reacció) efectes sobre la resistència a la corrosió". La correcció d'enginyeria de B-3 -, el canvi de molibdè i les addicions d'elements menors a la taula anterior, es va dissenyar específicament per afavorir la fase Ni3Mo de formació més lenta.

Com es comparen B-3 i B-2 en estabilitat tèrmica i estructural?

Les dades de transformació de la-temperatura-hora publicada de Haynes International (TTT) mostrenAliatge B-2formant quantitats perjudicials de Ni4Mo ràpidament al voltant de 750 graus, mentre que B-3 triga diverses hores a uns 650 graus a desenvolupar fases perjudicials - una millora real i reproduïble, tot i que la literatura de patents-de tercers té cura de caracteritzar-la com a "una mica més alta" que l'estabilitat tèrmica aconseguida amb la mateixa cinemàtica "aconseguida" amb la mateixa lleugera " reacció, no una reenginyeria a l'engròs que elimina el risc.

Font: Diagrama i discussió de la transformació de la-temperatura-hora (TTT) de Haynes International, full de dades de l'aliatge HASTELLOY B-3; corroborat per la literatura de patents dels EUA sobre la història del desenvolupament d'aliatges de níquel-molibdè.

El fulletó B-2 de Haynes International afegeix una precaució directament rellevant i expressada amb precisió: l'exposició de B-2 a temperatures d'entre 1.000 graus F i 1.600 graus F (538-870 graus) "s'ha d'evitar a causa d'una reducció de la ductilitat de l'aliatge, un grau{13}} ample de- -zona de prohibició-alta que els fabricants han de dissenyar per a qualsevol operació, no només per a la soldadura. El nas de precipitació de B-3 més estret, d'inici-més tard-i molt més lent-de desenvolupament-ofereix als fabricants materialment més marge: més temps en una soldadura de múltiples passades, més tolerància per a un recuit interromput i una finestra de processament pràctica més àmplia en general, tot i que el B-3 en si mateix requereix un escalfament ràpid i controlat. i recuit de nou després d'un treball en fred que supera al voltant del 7% d'allargament de la fibra exterior.

Com es comparen B-3 i B-2 en resistència a l'àcid clorhídric?

Tots dos aliatges ofereixen una resistència excel·lent i àmpliament comparable a l'àcid clorhídric pur i no contaminat en tot el rang de concentració pràctic fins al punt d'ebullició - B{-3. Les dades completament publicades de - B-3 mostren taxes de corrosió de 0,01 a 0,29 mm/a a través d'1-20% d'ebullició còmode dins de l'ampli document de referència de B-20%. de menys de 20 mpy (0,51 mm/a) a totes les concentracions i temperatures fins a l'ebullició en àcid no airejat i no contaminat.

Font: taula de corrosió de l'àcid clorhídric de Haynes International, full de dades de l'aliatge HASTELLOY B-3; Hastelloy B-2 de referència tal com es documenta a la literatura històrica B-2 de Haynes i es corrobora en patents independents i referències tècniques de la indústria. L'actual biblioteca tècnica en línia de Haynes International ja no publica una taula de corrosió concentració per concentració per a B-2, de manera que les seves xifres s'informen aquí a la resolució que dóna suport a la documentació històrica de Haynes.

La conclusió pràctica és que la resistència a l'àcid clorhídric en si no és el diferenciador entre aquests dos aliatges - tots dos van ser creats específicament-per a aquest entorn exactament i tots dos destaquen. El límit de concentració del 20% en aquestes taules és l'azeòtrop de HCl, més enllà del qual les proves de laboratori de matràs de vidre esdevenen poc fiables a mesura que el gas de clorur d'hidrogen escapa de la solució de prova; no representa un límit en el rendiment real-de cap aliatge en àcid concentrat.

B-3 i B-2 toleren la contaminació oxidant en àcid clorhídric?

No - tots dos aliatges comparteixen la mateixa limitació fonamental, i és la conseqüència directa del seu contingut de crom gairebé-zero: fins i tot traces d'ions fèrrics (Fe{3+) o cúprics (Cu{2+), que es poden formar quan l'àcid clorhídric entra en contacte amb canonades de ferro o coure en altres llocs d'un sistema, poden causar corrosió ràpida i fallada en B-2-3.

Haynes International publica un gràfic que mostra exactament amb quina intensitat augmenta la taxa de corrosió de B{-3 amb l'augment de la contaminació d'ions fèrrics i cúprics en un 2,5% d'HCl en ebullició, i la seva literatura històrica sobre B{-2 diu la mateixa advertència gairebé paraula per paraula: B{{-2 "no es recomana en presència de corrosió ràpida o de sal cúprica". Aquesta no és una distinció B-3-contra-B-2: és un límit compartit de tota la família d'aliatges de níquel-molibdè. Quan el servei d'àcid clorhídric inclou contaminació oxidant, àcids barrejats o aireació intermitent, un aliatge de crom com ara C-276, C-22 o HYBRID-BC1 és l'especificació més adequada; B-3 i B-2 s'haurien de reservar per al servei àcid pur, reductor i no airejat.

Com es comparen B-3 i B-2 en àcids sulfúric, fosfòric i altres àcids no oxidants?

Les dades totalment publicades de B-3 confirmen una excel·lent resistència a l'àcid sulfúric i fosfòric a gairebé totes les concentracions i temperatures, amb taxes de corrosió generalment iguals o inferiors a 0,15 mm/a fora de les condicions més severes, properes a l'ebullició i alta concentració d'àcid sulfúric; B-2 està documentat a la literatura tècnica independent que comparteix aquesta mateixa resistència a l'àcid no-oxidant-, tot i que Haynes ja no publica taules de concentració per concentració coincidents.

Font: Taules de corrosió d'àcid sulfúric, àcid fosfòric i solucions de -grau-de reactius de Haynes International, full de dades d'aliatge HASTELLOY B-3.

El salt brusc al 80% d'àcid sulfúric en ebullició (4,76 mm/a) és un punt de dades útil i honest: B-3, com B{-2, és un aliatge{-àcid reductor, i la seva resistència cau fora de la seva finestra de concentració prevista un cop l'àcid sulfúric s'acosta a les seves condicions més oxidants i més altes.{9}}} Els propis diagrames d'iso-corrosió de B-3 per a l'àcid sulfúric deixen explícitament de predir un comportament fiable per sobre de la corba del punt d'ebullició exactament per aquest motiu.

Com afecta la soldadura a la resistència a la corrosió a la pràctica?

Les dades publicades de B-3-metall-en comparació de-metall forjat{-base-no mostren gairebé cap diferència mesurable en diversos àcids clau -, incloses taxes de corrosió idèntiques per al metall de soldadura i el metall base forjat tant en àcid clorhídric {{1}{1}{1}{1}{1}{1}{1}quivalent com en ebullició al 5% i al 10% és l'evidència més clara disponible que la millora de l'estabilitat tèrmica de B-3 es tradueix realment en un millor rendiment de soldadura.

Font: Haynes International tot-soldat-metal (cruciforme GMAW multi-passada) versus dades de corrosió-de metall base forjat, full de dades d'aliatge HASTELLOY B-3.

Haynes International no publica una taula de soldadura-metall-contra-forjada per a B{-2 a la seva biblioteca tècnica actual. Atesa la susceptibilitat coneguda de B-2 a una formació més ràpida de Ni4Mo en el mateix rang de temperatura que passa la soldadura, els fabricants que treballen amb B-2 haurien de donar més pes al control estricte de la temperatura entre passades i a la pròpia guia històrica de Haynes per a la solució-recuit dels components B-2 treballats en fred abans de soldar quan el treball en fred supera el 7% d'esquerdes en l'aliatge. la regió soldada" si es salta aquest pas: una guia que apareix a la literatura B-3 actual de Haynes gairebé textualment, subratllant que es tracta d'una precaució per a tota la família en lloc d'una única per a qualsevol aliatge.

Com es comparen B-3 i B-2 en la resistència a l'esquerda per tensió-corrosió?

B-3 té un resultat publicat directament: cap esquerdament després de 1.008 hores (sis setmanes) en clorur de magnesi al 45% en ebullició (ASTM G36), col·locant-lo al costat de C-276 i Alloy 625 entre els materials més resistents a SCC-de les proves de Haynes; B-2 està documentat a través de fonts tècniques independents que comparteix una excel·lent resistència al clorur-SCC, coherent amb la immunitat general de la família de níquel-molibdè a aquest mode de fallada, tot i que la literatura actual de Haynes no inclou un número coincident específicament per a B-2.

Font: dades d'esquerdes per corrosió per tensió-de Haynes International (ebullició al 45% de MgCl2, ASTM G36), full de dades d'aliatge HASTELLOY B-3.

Tingueu en compte que Haynes no publica dades crítiques de temperatura de picats o esquerdes ASTM G48 (el punt de referència estàndard utilitzat per als aliatges de tipus C-i G- en altres llocs d'aquesta sèrie) ni per a B-3 ni per a B-2. Això no és un descuit: l'ASTM G48 utilitza clorur fèrric acidificat, una sal de clorur oxidant que entra directament dins de la limitació de contaminació comentada anteriorment. Com que els aliatges de la família B no estan destinats al servei de clorur oxidant en primer lloc, Haynes no els compara amb una prova construïda exactament al voltant d'aquesta condició.

Com es comparen les característiques de fabricació i les-calents Windows de treball?

Tots dos aliatges es recoixen a la mateixa temperatura i requereixen extinció d'aigua, però el rang de forja en calent recomanat per B{-3 es troba completament per sobre de la seva zona de risc de precipitació-, mentre que la guia oficial de B-2 requereix evitar una àmplia banda de 538-870 graus en conjunt;

Font: dades de tracció, duresa i fabricació de Haynes International, full de dades d'aliatge HASTELLOY B-3; Fullet tècnic heretat de Haynes International H-2006D, aliatge HASTELLOY B-2, per guiar el recuit i el treball en calent.

Quan la literatura actual de Haynes no publica una xifra de B-2 directament comparable, aquesta taula ho diu clarament en lloc de substituir una estimació - B-2 ha estat efectivament substituïda per B-3, ja que l'oferta estàndard de níquel-molibdè de Haynes, i les taules detallades de propietats mecàniques de B-2 ja no formen part de la biblioteca tècnica en línia actual de l'empresa.

Quins estàndards ASTM, ASME i AWS regeixen B-3 i B-2?

B-3 inclou un conjunt d'especificacions més complet i que es manté actualment que la documentació heretada de B{-2, inclosa una especificació de forja dedicada (ASTM B564) que el fulletó B-2 de Haynes no inclou, que importa directament per a l'adquisició de qualsevol projecte que requereixi accessoris, brides o cossos de vàlvules forjats.

Font: taula "Especificacions i codis" de Haynes International, full de dades d'aliatge HASTELLOY B-3; Fullet tècnic del llegat de Haynes International H-2006D, aliatge HASTELLOY B-2.

Quin aliatge hauríeu d'especificar per al servei d'àcid clorhídric?

Especifiqueu B-3 per a construcció nova, fabricació de-seccions gruixudes, soldadura de múltiples-passes i qualsevol aplicació que requereixi components forjats; B-2 segueix sent una opció tècnicament sòlida per als sistemes existents ja qualificats, sempre que els procediments de soldadura i tractament tèrmic respectin els seus límits de processament més estrets i millor documentats.

• Trieu B-3 per a:Nous recipients de reacció, columnes i sistemes de canonades per a àcid clorhídric o sulfúric pur, on el marge de processament més ampli redueix el risc de fabricació i reelaboració.
• Trieu B-3 per a:Vaixells de secció-gruixuda i soldadures de camp-multipassades, on l'exposició a la calor acumulada en el rang de 500-900 graus és més difícil de limitar.
• Trieu B-3 per a:Components forjats - brides, accessoris, cossos de vàlvules - ja que B-3 inclou una especificació actual de forjada ASTM B564 i la documentació heretada de B-2 no.
• Trieu B-3 per a:Projectes que necessiten dades mecàniques i de corrosió totalment documentades i mantingudes actualment per al disseny i el compliment del codi.
• Trieu B-2 per a:Plantes existents i programes de recanvis ja qualificats, soldats i emmagatzemats a B-2, on canviar els aliatges afegeix complexitat a l'adquisició sense necessitat de corrosió.
• Trieu B-2 per a:Les peces de recanvi per a equips heretats on la història de camp de dècades de B{-2, ben establerta-és en si mateixa una forma de qualificació.

En ambdós casos, recordeu que cap aliatge és adequat per a àcid clorhídric contaminat amb sals oxidants, corrents d'àcid oxidant/reductor mixt o sistemes airejats de manera intermitent - aquest límit s'aplica per igual a B-3 i B{-2, i creuar-lo requereix un aliatge com C-276 o C-276. HYBRID-BC1 en canvi.

Preguntes freqüents

P: Quina és la diferència principal entre Hastelloy B-3 i B-2?

A: B-3 (UNS N10675) desplaça lleugerament el contingut de molibdè i afegeix petites quantitats de tungstè i altres elements menors que B{-2 (UNS N10665) no especifica, afavorint la fase de formació-Ni3Mo més lenta en lloc de la fase de formació de Ni4Mo de B-2 més ràpida. Això dóna a B-3 una finestra de processament tèrmica més àmplia i tolerant sense canviar la resistència fonamental de cap aliatge a l'àcid clorhídric pur.

P: El B-3 és més resistent a la corrosió que el B-2 en àcid clorhídric?

A: No - tots dos aliatges ofereixen una resistència excepcional a l'àcid clorhídric pur i no contaminat a totes les concentracions fins al punt d'ebullició. L'avantatge real de B-3 és l'estabilitat tèrmica i estructural, que protegeix indirectament la resistència a la corrosió reduint el risc de la transformació de la fase fràgil que, segons la literatura de patents, degrada la resistència a la corrosió en B-2 així com la ductilitat.

P: Es pot utilitzar Hastelloy B-3 o B-2 amb àcid clorhídric contaminat amb ferro o coure?

A: No. Tots dos aliatges poden patir una fallada ràpida per corrosió en presència d'ions fèrrics o cúprics, que es poden formar quan l'àcid clorhídric entra en contacte amb canonades de ferro o coure en altres llocs del sistema. Aquesta és una limitació compartida de tota la família d'aliatges de níquel-molibdè lliure de crom-, no una distinció B{-3 versus B-2.

P: B-3 i B-2 requereixen un tractament tèrmic posterior a la soldadura?

A: Cap dels dos requereix PWHT per a la resistència a la corrosió en condicions normals, però tots dos són sensibles a l'exposició prolongada en el rang de 500-900 graus. La cinètica de precipitació més lenta de B-3 ofereix als fabricants més marge durant la soldadura i el recuit de múltiples passades; B-2 requereix un control de temperatura entre passades més estricte i, segons la guia històrica de Haynes, un recuit de la solució abans de soldar components treballats en fred amb més d'un 7% d'allargament.

P: Encara està disponible Hastelloy B-2 o s'ha substituït per B-3?

A: B-2 segueix sent un aliatge UNS reconegut (N10665) i encara és produït i emmagatzemat pels proveïdors, però Haynes International ha posicionat B{-3 com la seva oferta estàndard de níquel-molibdè des de 1994 i ja no manté B-2 a la seva cartera actual d'aliatges resistents a la corrosió en línia, publicant només literatura tècnica històrica/llegada.

P: B-3 i B-2 són adequats per a components forjats?

A: B-3 porta una especificació actual de forja ASTM/ASME B564/SB564. El fulletó B-2 heretat de Haynes no inclou una especificació de forja, de manera que B-3 és l'opció d'especificació més senzilla per a brides, accessoris o cossos de vàlvules forjats.