هاستلوی: راه حل نهایی برای خوردگی شدید در پردازش شیمیایی

یک کارخانه شیمیایی به دلیل قوی بودن اسید از کار نمی‌افتد. این به دلیل تغییر حالت اکسیداسیون فرآیند، ورود چند صد قسمت در میلیون یون فریک به خط، یا باقی ماندن شکاف در واشر که مایع را برای شش هفته نگه داشته است، از کار می‌افتد. آلیاژ انتخاب شده برای کار اغلب هنوز آلیاژ مناسبی است و در محیطی کار می‌کند که مشخصات آن هرگز توصیف نکرده است.

هاستلوی یک خانواده از آلیاژهای نیکل است و نه یک فلز، و گریدها در آن در دو طرف مخالف یک سوال قرار دارند. B-2 و B-3 آلیاژهای نیکل-مولیبدن با حدود 1٪ کروم هستند که برای اسیدهای کاهنده ساخته شده‌اند. C-276 و C-22 به ترتیب 16٪ و 22٪ کروم دارند و وظایف اکسید کننده و کاهنده را به درجات مختلف پوشش می‌دهند. صفحه‌ای که B-2 و C-276 را به عنوان گریدهایی که در برابر کلر مرطوب مقاومت می‌کنند، در کنار هم قرار می‌دهد، دو پاسخ متضاد را در یک جمله ادغام کرده است و خریداری که از آن پیروی می‌کند، آلیاژ مولیبدن را در یک خط اکسید کننده قرار می‌دهد.

این صفحه چهار گرید را که بیشتر کارهای فرآیند شیمیایی را انجام می‌دهند، چهار متغیری که تعیین می‌کنند آیا یک گرید زنده می‌ماند، و داده‌های میدانی که نشان می‌دهد پاسخ‌ها در همان اسید اسمی چقدر می‌توانند از هم دور باشند، ارائه می‌دهد.

ترکیب رفتار را تعیین می‌کند و عدد کروم اولین عددی است که باید خوانده شود. یک آلیاژ نیکل-مولیبدن با 1٪ کروم راهی برای تشکیل یک فیلم اکسید کروم محافظ ندارد، بنابراین در اسیدهای کاهنده کار می‌کند و در برابر اسید اکسید کننده دفاعی ندارد. یک آلیاژ نیکل-کروم-مولیبدن با 16 تا 22٪ کروم آن فیلم را تشکیل می‌دهد و مقدار مولیبدن پشت آن تعیین می‌کند که گرید چقدر خوب در برابر کلریدها و شرایط کاهنده به طور همزمان مقاومت می‌کند.

دو گرید B با هم در پایداری تفاوت دارند و نه در شیمی. هر دو آلیاژ نیکل-مولیبدن هستند و هر دو برای سرویس اکسید کننده نامناسب هستند. B-3 به این دلیل وجود دارد که سطح مولیبدن در خانواده B تمایل به تشکیل فازهایی غیر از فاز گاما مکعبی مرکز پر شده مورد نظر بین 500 تا 900 درجه سانتیگراد دارد و مخرب‌ترین آن فازها Ni4Mo است که به سرعت در دماهای خاص تشکیل می‌شود، بر چقرمگی تأثیر می‌گذارد و مقاومت در برابر ترک خوردگی تنشی را کاهش می‌دهد. B-2 به سرعت Ni4Mo را در حدود 750 درجه سانتیگراد تشکیل می‌دهد، در حالی که B-3 چندین ساعت در حدود 650 درجه سانتیگراد طول می‌کشد تا فازهای ثانویه مضر را ایجاد کند، زیرا عناصر جزئی و سطح مولیبدن برای ترجیح دادن Ni3Mo که به آرامی تشکیل می‌شود، تغییر یافته‌اند.

اولین سوال در مورد یک جریان شیمیایی، pH و غلظت آن نیست. این است که آیا جریان می‌تواند الکترون بپذیرد و پاسخ تعیین می‌کند که کدام نیمه از خانواده واجد شرایط است. جدول رسانه‌های فرآیند رایج را در آن محور قرار می‌دهد.

دو ورودی در آن جدول مواردی هستند که هزینه تجهیزات را دارند. اسید نیتریک و کلر مرطوب به شدت اکسید کننده هستند و هر دو گرید B به دلیل همان مکانیسم از آنها مستثنی هستند: با 1٪ کروم، هیچ فیلم غیرفعال برای تشکیل وجود ندارد، بنابراین آلیاژ با سرعتی که توسط اکسید کننده تعیین می‌شود، بدون هیچ اکسیدی برای محافظت از آن، حل می‌شود. ورودی دوم ظریف‌تر است، زیرا یک اسید کاهنده خالص زمانی که ناخالصی ردیابی اشتباهی را حمل می‌کند به یک اسید اکسید کننده تبدیل می‌شود و این موضوع بخش بعدی است.

یک تست خوردگی در اسید درجه معرف، محیطی را توصیف می‌کند که به ندرت در یک کارخانه وجود دارد. جریان‌های فرآیند حاوی اکسیژن محلول، یون‌های فریک از تجهیزات بالادست، یون‌های کوپریک از کاتالیزورها و کلرید از آب خنک کننده هستند. این گونه‌ها پتانسیل اکسیداسیون جریان را تغییر می‌دهند و تغییر در پتانسیل، آلیاژ را بدون هیچ تغییری در غلظت اسید، از یک طرف خانواده به طرف دیگر منتقل می‌کند.

داده‌های میدانی منتشر شده اندازه اثر را نشان می‌دهد. در یک مخزن راکتور که 10 تا 15٪ اسید سولفوریک با جامدات و ناخالصی‌ها در دمای 100 درجه سانتیگراد به مدت دوازده ماه را مدیریت می‌کند، چهار ماده به طور کامل حل شدند: فولاد ضد زنگ نوع 316L، کارپنتر 20Cb-3، آلیاژ 825 و هاستلوی B-2، هر کدام با سرعتی بیش از 57 mpy. آلیاژ 625 و C-276 با حمله شدید در 29 و 28 mpy زنده ماندند. C-22 4.7 mpy از دست داد و حمله جزئی نشان داد. اسید در هر مورد همان اسید اسمی بود و رتبه‌بندی مواد بیش از یک مرتبه بزرگی را پوشش می‌دهد.

همین اثر در یک مجموعه جوش داده شده ظاهر می‌شود. در محلول 11٪ اسید سولفوریک با 3.9٪ سولفات فریک و سایر مواد شیمیایی در دمای 150 درجه سانتیگراد تحت فشار اکسیژن، C-276 حمله به شدت غیرعادی در فلز پایه، فلز جوش و منطقه تحت تأثیر حرارت داشت و تنها یک سوم ضخامت نمونه در منطقه تحت تأثیر حرارت زنده ماند. C-22 تحت همان شرایط حمله جزئی نشان داد. یون فریک پتانسیل اکسید کننده را تامین کرد و سطح کروم گرید نتیجه را تعیین کرد.

دستورالعمل عملی که در ادامه می‌آید این است که تست نمونه در اسید درجه معرف یک نقطه شروع است و نه یک تأیید. تولید کننده خانواده C همین موضع را بیان می‌کند و توصیه می‌کند که نمونه‌ها تحت شرایط واقعی کارخانه آزمایش شوند. انتخاب آلیاژی که جریان واقعی را با اکسیژن و یون‌های فلزی آن ندیده است، در برابر محیطی که وجود نخواهد داشت، واجد شرایط شده است.

نرخ خوردگی یکنواخت عددی است که برگه داده گزارش می‌دهد و حمله موضعی مکانیزمی است که یک مخزن را سوراخ می‌کند. معیار استاندارد دمای بحرانی حفره‌ای و دمای بحرانی شکاف در کلرید فریک 6٪ اسیدی شده طبق ASTM G48 است و فاصله بین دو عدد برای یک آلیاژ واحد، فاصله بین یک سطح تخلیه شده و یک خط واشر است.

ردیف C-276 را در مقابل ردیف C-22 بخوانید. هر دو گرید در این تست در دمای بالای 150 درجه سانتیگراد در برابر حفره‌زایی مقاومت می‌کنند، بنابراین مشخصاتی که فقط بر اساس حفره‌زایی نوشته شده باشد، آنها را معادل می‌داند. دماهای شکاف 55 درجه سانتیگراد و 102 درجه سانتیگراد هستند و یک اتصال فلنجی در دمای 70 درجه سانتیگراد در این فاصله قرار می‌گیرد. گریدی که تست حفره‌زایی را پاس می‌کند، همچنان می‌تواند در واشر شکست بخورد و عددی که آن را پیش‌بینی می‌کند، عددی است که یک برگه داده به ندرت نقل می‌کند.

یک صلاحیت در همان پاراگراف قرار می‌گیرد. بولتن C-276 دمای بحرانی شکاف 55 درجه سانتیگراد را برای آن آلیاژ و بولتن C-22 دمای 80 درجه سانتیگراد را برای همان آلیاژ در همان تست ارائه می‌دهد. هر دو توسط همان تولید کننده منتشر شده‌اند. پروژه‌ای که به حاشیه شکاف نزدیک هر یک از این اعداد متکی است، باید هندسه اتصال خود را آزمایش کند به جای اینکه یک عدد را از یک بروشور بپذیرد.

آب دریا همان مکانیسم را به کارخانه‌های شیمیایی که از آن به عنوان خنک کننده استفاده می‌کنند، وارد می‌کند. در مطالعه نیروی دریایی ایالات متحده در دمای 29 درجه سانتیگراد، C-276 در آب دریا ساکن و جاری به مدت 180 روز با دو محل شکاف در هر نمونه آزمایش شد. داده‌ها در همان بولتن در کنار نوع 316L و 254 SMO قرار می‌گیرند و الگو همان الگویی است که جدول دما پیش‌بینی می‌کند: فولادهای ضد زنگ در هر دو شرایط حمله می‌کنند و آلیاژهای نیکل به جریان و هندسه محل بستگی دارند.

آلیاژی که در دمای 40 درجه سانتیگراد کافی است، می‌تواند در دمای 80 درجه سانتیگراد در همان اسید ناکافی باشد و نمودار ایزو-خوردگی ابزاری است که نشان می‌دهد حد در کجا قرار دارد. ارقام زیر غلظت‌ها و دماهایی هستند که در آنها نرخ خوردگی 0.1 میلی‌متر در سال در اسید درجه معرف انتظار می‌رود، که از نمودارهای تولید کننده برای C-276 و B-3 گرفته شده است.

ستون اسید هیدروکلریک واضح‌ترین بیان از آنچه یک گرید B می‌خرد، است. در اسید 10٪، C-276 فقط تا 30 درجه سانتیگراد 0.1 میلی‌متر در سال را حفظ می‌کند، در حالی که B-3 تا نقطه جوش زیر این نرخ باقی می‌ماند. مقایسه مشابه در اسید سولفوریک بسیار نزدیک‌تر است، زیرا C-276 کروم و مولیبدن کافی برای مدیریت بیشتر آن اسید زیر 90٪ را دارد.

موقعیت اسید نیتریک دوباره متفاوت است و ارزش بیان صریح را دارد، زیرا با یک فرض رایج در مورد گریدهای C در تضاد است. در بولتن C-276، خط 0.5 میلی‌متر در سال در اسید نیتریک در دمای 208 درجه سانتیگراد برای 10٪ اسید، 216 درجه سانتیگراد برای 20٪ و 224 درجه سانتیگراد برای 30٪ قرار دارد. بنابراین C-276 اسید نیتریک رقیق را در دمای متوسط مدیریت می‌کند و گریدی که از اسید نیتریک مستثنی است، B-2 یا B-3 است، نه C-276. آنچه C-276 مدیریت نمی‌کند، جریانی از نیتریک است که همچنین حاوی کلریدها یا اکسید کننده‌های قوی در دما است، جایی که کروم بالاتر C-22 دلیل وجود آن است.

خرابی‌های خوردگی در جوش‌ها متمرکز می‌شوند و چهار گرید در اینکه جوش چقدر پاسخ را تغییر می‌دهد، تفاوت دارند. C-22 در برابر تشکیل رسوبات مرز دانه‌ای در منطقه تحت تأثیر حرارت جوش مقاومت می‌کند و برای بیشتر کارهای فرآیند شیمیایی در وضعیت جوش خورده مناسب است. C-276 تحمل کمتری برای همین وضعیت در محیط‌های به شدت اکسید کننده دارد، همانطور که مورد سولفات فریک در بالا نشان می‌دهد. گریدهای B یک قانون ساخت دارند که سختگیرانه‌تر از هر دو است.

B-3 باید قبل از جوشکاری در صورتی که کار سرد بیش از حدود 7٪ کشیدگی فیبر خارجی داشته باشد، آنیل شود. بدون آنیل، آلیاژ در منطقه جوش خورده در طول ساخت بعدی بسیار مستعد ترک خوردگی است و تولید کننده خاطرنشان می‌کند که ترک خوردگی ممکن است تا زمانی که قطعه وارد سرویس شود، آشکار نشود. دمای آنیل 1066 درجه سانتیگراد با کوئنچ آب و نگهداری 10 تا 30 دقیقه بسته به ضخامت است. سرهای شکل داده شده پس از شکل‌دهی بدون توجه به سطح کرنش، آنیل می‌شوند و این قانون زمانی که سر بعداً جوش داده می‌شود، بیشترین اهمیت را دارد.

C-276 دستورالعمل مشابهی را با عدد متفاوتی دارد: پس از هر عملیات شکل‌دهی سرد که 7٪ یا بیشتر کشیدگی فیبر خارجی ایجاد می‌کند، مجدداً آنیل کنید و پس از تمام شکل‌دهی‌های گرم، مجدداً آنیل کنید. دمای آنیل 1121 درجه سانتیگراد با کوئنچ آب است و خنک‌کاری سریع هوا در ضخامت کمتر از 10 میلی‌متر امکان‌پذیر است. این دو دما 55 درجه سانتیگراد تفاوت دارند و کارگاهی که آلیاژهای نیکل را به عنوان یک خانواده در نظر می‌گیرد، از دمای اشتباه استفاده خواهد کرد.

جوشکاری زیر پودری برای C-22 توصیه نمی‌شود، زیرا این فرآیند ورودی حرارت بالایی به فلز پایه اعمال می‌کند و جوش را به آرامی خنک می‌کند. این یک محدودیت فرآیند است و نه یک مشکل فلز پرکننده، و قبل از اینکه سازنده قیمت کار را ارائه دهد، باید در مشخصات رویه جوشکاری قرار گیرد.

هر گرید بر اساس مشخصات محصولی که فرم را حاکم می‌کند، سفارش داده می‌شود و چهار گرید یک شماره مشخصات واحد را به اشتراک نمی‌گذارند.

ستون فلز پرکننده یک حالت خرابی را توضیح می‌دهد که خریداران پس از واقعیت با آن روبرو می‌شوند. یک ساخت C-22 که با پرکننده C-276 جوش داده شده است، دارای رسوب جوش با 16٪ کروم در قطعه‌ای است که بر اساس 22٪ طراحی شده است و جوش به ضعیف‌ترین نقطه در یک جریان اکسید کننده تبدیل می‌شود. C-22 همچنین به طور عمدی به عنوان یک پرکننده آلیاژ بر روی فلزات پایه دیگر استفاده می‌شود و تست‌های جوش منتشر شده نشان می‌دهند که این انتخاب نرخ خوردگی جوش 625 را از 100 mpy به 94 mpy در یک محلول اسکرابر کلرید و فلوراید، و جوش AL-6XN را از 112 به 72 mpy کاهش می‌دهد. فلز پرکننده بخشی از طراحی خوردگی است.

هشت مورد زیر تفاوت بین قیمت یک فلز و قیمت یک قطعه است که در خط زنده می‌ماند.

DLX خانواده‌های B و C را از چانگژو، جیانگ سو عرضه می‌کند: B-2، B-3، C-276 و C-22 در سیم از 0.025 میلی‌متر، میله گرد تا 50 میلی‌متر، نوار از 0.50 میلی‌متر تا 2.5 میلی‌متر ضخامت، و تیوب و ورق در اندازه‌های استاندارد آسیاب. هر گرید بر اساس مشخصات ASTM که فرم را حاکم می‌کند، با گواهی EN 10204 3.1 در صورت درخواست و شماره حرارت قابل ردیابی به نتایج تست عرضه می‌شود.

گفتگوی مفید در مورد جریان است و نه نام گرید. یک خط که سالی یک بار هوادهی می‌شود، یک واشر که پس از خاموشی مایع را نگه می‌دارد، و یک سر شکل داده شده سرد که بدون آنیل جوش داده شده است، سه شرطی هستند که هیچ گریدی نمی‌تواند جذب کند و اصلاح هر کدام قبل از سفارش خرید ارزان‌تر از پس از اولین بازرسی است.

خیر. B-2 یک آلیاژ نیکل-مولیبدن با حداکثر 1٪ کروم است و تولید کننده بیان می‌کند که نباید در محیط‌هایی با عوامل اکسید کننده یا در محیط‌های کاهنده آلوده به نمک‌های اکسید کننده مانند اکسید فریک استفاده شود، زیرا این مواد شیمیایی خوردگی آن را به طور قابل توجهی تسریع می‌کنند. کلر مرطوب به شدت اکسید کننده است. گرید برای آن وظیفه C-22 است که تولید کننده آن را دارای مقاومت عالی در برابر محیط‌های آبی اکسید کننده از جمله کلر مرطوب توصیف می‌کند.

C-22، زمانی که جریان حاوی یک اکسید کننده باشد، و داده‌های میدانی منتشر شده مستقیماً در مورد آن صحبت می‌کنند. در 10 تا 15٪ اسید سولفوریک با جامدات و ناخالصی‌ها در دمای 100 درجه سانتیگراد، C-276 با حمله شدید 28 mpy از دست داد در حالی که C-22 با حمله جزئی 4.7 mpy از دست داد. در اسید سولفوریک حاوی سولفات فریک در دمای 150 درجه سانتیگراد تحت اکسیژن، C-276 در دو سوم منطقه تحت تأثیر حرارت مورد حمله قرار گرفت و C-22 به سختی تحت تأثیر قرار گرفت. C-276 در اسیدهای به شدت کاهنده، جایی که مولیبدن بالاتر آن بیشتر از کروم اهمیت دارد، مزیت خود را حفظ می‌کند.

زیرا دو کارخانه یک محیط را اجرا نمی‌کنند. یک اسید کاهنده خالص برای B-2 مناسب است و همان اسید با اکسیژن محلول، یون فریک یا یون کوپریک اکسید کننده می‌شود و آلیاژ را حل می‌کند. مورد راکتور بالا یک نمونه B-2 را به طور کامل در 10 تا 15٪ اسید سولفوریک که حاوی جامدات و ناخالصی‌ها بود، با سرعتی بیش از 57 mpy از دست داد، در حالی که همان اسید اسمی در یک جریان تمیز یک وظیفه استاندارد B-2 است.

بله در غلظت کم و دمای متوسط، و نمودار ایزو-خوردگی مرجع است. در بولتن C-276 خط 0.5 میلی‌متر در سال در دمای 208 درجه سانتیگراد برای 10٪ اسید نیتریک، 216 درجه سانتیگراد برای 20٪ و 224 درجه سانتیگراد برای 30٪ قرار دارد. گریدهایی که از اسید نیتریک مستثنی هستند، B-2 و B-3 هستند، زیرا یک آلیاژ نیکل-مولیبدن کرومی برای تشکیل فیلم غیرفعال که اسید نیتریک نیاز دارد، ندارد. یک جریان نیتریک با کلریدها یا اکسید کننده‌های قوی در دما جایی است که C-22 انتخاب بهتری می‌شود.

پایداری ساختاری، و شماره قطعه آن را نشان نمی‌دهد. هر دو آلیاژ نیکل-مولیبدن با حدود 1.5٪ کروم هستند. B-2 فاز مضر Ni4Mo را به سرعت در حدود 750 درجه سانتیگراد تشکیل می‌دهد، در حالی که B-3 چندین ساعت در حدود 650 درجه سانتیگراد طول می‌کشد تا فازهای ثانویه مضر را ایجاد کند، زیرا عناصر جزئی و سطح مولیبدن آن برای ترجیح دادن Ni3Mo که به آرامی تشکیل می‌شود، تنظیم شده‌اند. پیامد عملی این است که B-3 انحرافات ساخت و سرویس را که B-2 را شکننده می‌کند، تحمل می‌کند.

می‌توان آن را جوش داد و جوش نقطه ضعف می‌شود. C-22 حاوی 22٪ کروم و C-276 حاوی 16٪ است، بنابراین یک رسوب C-276 در یک ساخت C-22، کروم موجود در اتصال را دقیقاً در سرویس اکسید کننده که کروم بالاتر دلیل گرید بود، کاهش می‌دهد. پرکننده مطابق با C-22 برای جوشکاری قوس تنگستن گازی و قوس فلز گازی ERNiCrMo-10 و برای جوشکاری قوس فلز پوشش‌دار ENiCrMo-10 است.

گریدهای هاستلوی ابتدا بر اساس محتوای کروم و سپس بر اساس مولیبدن و پایداری جدا می‌شوند. B-2 و B-3 حدود 1.5٪ کروم دارند و در اسیدهای کاهنده کار می‌کنند، بدون دفاع در برابر اکسید کننده. C-276 حاوی 16٪، C-22 حاوی 22٪ است و تفاوت بین این دو عدد، تفاوت بین