Hastelloy B-3 vs B-2 nell'acido cloridrico: migliore fabbricabilità e resistenza alla corrosione

Cosa sono Hastelloy B-3 e B-2 e in cosa differiscono le loro composizioni?

B-3 e B-2 sono entrambe leghe di nichel-molibdeno quasi pure, quasi prive di cromo, ma B-3 sposta il contenuto di molibdeno leggermente verso l'alto e aggiunge una piccola aggiunta di tungsteno strettamente controllata e una serie di elementi minori (alluminio, titanio, niobio, vanadio, tantalio, zirconio) che la chimica più semplice di B-2 non specifica: il meccanismo metallurgico deliberato dietro il suo miglioramento stabilità.

Fonte: scheda tecnica sulla composizione nominale di Haynes International, lega HASTELLOY B-3; Brochure tecnica H-2006D, lega HASTELLOY B-2 di Haynes International (©1997).

Entrambe le leghe sono, per progettazione, quasi prive di cromo- - la strategia opposta rispetto alle leghe di tipo C-e di tipo G- trattate altrove in questa serie. Questo è intenzionale: la pellicola protettiva di ossido di cromo non fa nulla per la resistenza alla corrosione nell'acido cloridrico puro, non{5}}ossidante, e B-3 e B-2 si basano invece su nichel e molibdeno in soluzione solida. La vera storia nella tabella della composizione non riguarda gli elementi maggiori, che sono quasi identici, ma quelli minori: le piccole e deliberate aggiunte di B-3 esistono specificamente per cambiare quale fase intermetallica si forma quando la lega viene riscaldata, e quanto velocemente.

Perché è stato sviluppato B-3: quale problema risolve effettivamente?

B-3 non è stato sviluppato per risolvere un problema di corrosione nell'acido cloridrico puro. - B-2 era già eccellente in quel caso: è stato sviluppato per risolvere un'instabilità metallurgica: B-2 tende a far precipitare una fase fragile e deleteria durante la saldatura, la formatura a caldo e l'esposizione prolungata a temperature elevate, e la letteratura sui brevetti statunitensi conferma che questa stessa fase degrada la resistenza alla corrosione e la duttilità.

La letteratura tecnica di Haynes International afferma direttamente il meccanismo: il contenuto di molibdeno che conferisce alle leghe della famiglia B- la loro resistenza all'acido cloridrico crea anche "una forte tendenza alla formazione di fasi diverse dalla fase gamma desiderabile (cubica sulla faccia-centrata) nella microstruttura, in particolare nell'intervallo di temperature compreso tra 500 gradi e 900 gradi ". In B-2, la fase che si forma è Ni4Mo e si forma rapidamente.

Indipendentemente, la letteratura brevettuale statunitense che descrive la storia dello sviluppo della lega conferma che B-2 "è stato poi scoperto essere incline a reazioni di ordinamento a lungo-intervallo durante l'esposizione a breve-termine a temperature nell'ordine di 600-800 gradi," e che "oltre a degradare la resistenza meccanica, si è scoperto che le fasi risultanti da queste reazioni hanno anche effetti negativi sulla resistenza alla corrosione." La correzione ingegneristica di B-3 - lo spostamento del molibdeno e l'aggiunta di elementi minori nella tabella sopra è stata progettata specificamente per favorire invece la fase Ni3Mo a formazione più lenta.

Come si confrontano B-3 e B-2 in termini di stabilità termica e strutturale?

Lo mostrano i dati di tempo-temperatura-trasformazione (TTT) pubblicati da Haynes InternationalLega B-2formando rapidamente quantità dannose di Ni4Mo a circa 750 gradi, mentre B-3 impiega diverse ore a circa 650 gradi per sviluppare fasi deleterie - un miglioramento reale e riproducibile, sebbene la letteratura brevettuale di terze parti- sia attenta a caratterizzarla come una stabilità termica "leggermente superiore" ottenuta "decelerando leggermente la cinetica" della stessa reazione sottostante, non una riprogettazione totale che elimina il rischio.

Fonte: diagramma e discussione della trasformazione del tempo-temperatura-(TTT) di Haynes International, scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3; corroborato dalla letteratura brevettuale statunitense sulla storia dello sviluppo delle leghe di nichel-molibdeno.

La brochure B-2 di Haynes International aggiunge un avvertimento direttamente rilevante e precisato: l'esposizione di B-2 a temperature da 1.000 gradi F a 1.600 gradi F (538-870 gradi ) "dovrebbe essere evitata a causa di una riduzione della duttilità della lega" - un'ampia zona vietata di 332 gradi -altezza- zona attorno alla quale i produttori devono progettare qualsiasi operazione, non solo la saldatura. Il naso di precipitazione del B-3 più stretto, con inizio più tardivo e con sviluppo molto più lento offre ai produttori un margine sostanzialmente maggiore: più tempo in una saldatura a più passaggi, più tolleranza per una ricottura interrotta e una finestra di lavorazione pratica più ampia in generale, anche se il B-3 stesso richiede ancora una ricottura in forno controllata (riscaldamento rapido, controllo preciso della temperatura, raffreddamento rapido) e una ricottura dopo la lavorazione a freddo superiore a circa il 7% allungamento della fibra esterna.

Come si confrontano B-3 e B-2 nella resistenza all'acido cloridrico?

Entrambe le leghe offrono una resistenza eccezionale e ampiamente paragonabile all'acido cloridrico puro e non contaminato nell'intero intervallo di concentrazione pratica fino al punto di ebollizione. I dati completamente pubblicati di - B-3 mostrano tassi di corrosione da 0,01 a 0,29 mm/anno su 1-20% di HCl bollente, comodamente all'interno del benchmark di lunga data e ampiamente documentato di B-2 di meno di 20 mpy (0,51 mm/anno) a tutte le concentrazioni e temperature fino all'ebollizione in acido non aerato e non contaminato.

Fonte: tabella sulla corrosione dell'acido cloridrico Haynes International, scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3; Benchmark Hastelloy B-2 documentato nella letteratura storica B-2 di Haynes e confermato da brevetti indipendenti e riferimenti tecnici di settore. L'attuale biblioteca tecnica online di Haynes International non pubblica più una tabella di corrosione concentrazione per concentrazione per il B-2, quindi i suoi dati sono riportati qui nella risoluzione supportata dalla documentazione storica di Haynes.

Il punto pratico è che la resistenza all'acido cloridrico in sé non è l'elemento di differenziazione tra queste due leghe - entrambe sono state-costruite appositamente per questo ambiente ed entrambe eccellono in questo. Il limite di concentrazione del 20% in queste tabelle è l'azeotropo HCl, oltre il quale i test di laboratorio in fiaschetta di vetro- diventano inaffidabili poiché il gas di acido cloridrico fuoriesce dalla soluzione di prova; non rappresenta un limite alle prestazioni reali-delle leghe in acido concentrato.

B-3 e B-2 tollerano la contaminazione ossidante nell'acido cloridrico?

No - entrambe le leghe condividono la stessa limitazione fondamentale, ed è la conseguenza diretta del loro contenuto di cromo vicino-zero: anche tracce di ioni ferrici (Fe3+) o rameici (Cu2+), che possono formarsi quando l'acido cloridrico entra in contatto con tubazioni di ferro o rame altrove in un sistema, possono causare rapidi guasti per corrosione sia in B-3 che in B-2.

Haynes International pubblica un grafico che mostra esattamente quanto aumenta la velocità di corrosione del B-3 con l'aumento della contaminazione da ioni ferrici e rameici in HCl bollente al 2,5%, e la sua letteratura storica sul B-2 riporta lo stesso avvertimento quasi parola per parola: B-2 "non è raccomandato in presenza di sali ferrici o rameici poiché questi sali possono causare una rapida rottura della corrosione." Questa non è una distinzione tra B-3-rispetto a-B-2: è un confine condiviso dell'intera famiglia delle leghe di nichel-molibdeno. Laddove il servizio con acido cloridrico comprende contaminazione ossidante, acidi misti o aerazione intermittente, una lega contenente cromo come C-276, C-22 o HYBRID-BC1 è la specifica più appropriata; B-3 e B-2 dovrebbero essere riservati al servizio acido puro, riducente e non aerato.

Come si confrontano B-3 e B-2 negli acidi solforico, fosforico e in altri acidi non ossidanti?

I dati completamente pubblicati di B-3 confermano un'eccellente resistenza all'acido solforico e fosforico a quasi tutte le concentrazioni e temperature, con tassi di corrosione generalmente pari o inferiori a 0,15 mm/anno al di fuori delle condizioni più severe, quasi ebollinti e altamente concentrate dell'acido solforico; È documentato nella letteratura tecnica indipendente che il B-2 condivide la stessa ampia resistenza agli acidi non-ossidanti-, sebbene Haynes non pubblichi più tabelle concentrazione per concentrazione corrispondenti.

Fonte: tabelle di corrosione delle soluzioni di -grado-di Haynes International, acido solforico, acido fosforico e reagenti, scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3.

Il brusco salto all'80% di acido solforico bollente (4,76 mm/a) è un dato utile e onesto: B-3, come B-2, è una lega di acido riducente-e la sua resistenza diminuisce al di fuori della finestra di concentrazione prevista una volta che l'acido solforico si avvicina alle condizioni di punto di massimo-ebollizione-più ossidante. I diagrammi di isocorrosione di B-3 per l'acido solforico smettono esplicitamente di prevedere un comportamento affidabile al di sopra della curva del punto di ebollizione proprio per questo motivo.

In che modo la saldatura influisce sulla resistenza alla corrosione nella pratica?

I dati pubblicati da B-3 sulla saldatura-metallo-rispetto a-metallo di base-lavorato-non mostrano quasi alcuna differenza misurabile in diversi acidi chiave - compresi tassi di corrosione identici per il metallo di saldatura e il metallo di base lavorato sia in acido cloridrico equivalente al 5% che al 10% bollente-- che è la prova più chiara disponibile che La migliore stabilità termica del B-3 si traduce realmente in migliori prestazioni come saldato.

Fonte: Haynes International dati sulla corrosione di tutti i metalli-saldati- (multi-passaggio GMAW cruciforme) rispetto a quelli sulla corrosione dei metalli di base lavorati-, scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3.

Haynes International non pubblica una tabella equivalente di saldatura-metallo-rispetto a-lavorato per B-2 nella sua attuale libreria tecnica. Data la nota suscettibilità del B-2 alla formazione più rapida di Ni4Mo nello stesso intervallo di temperature attraversato dalla saldatura, i produttori che lavorano con B-2 dovrebbero attribuire maggiore importanza al rigoroso controllo della temperatura di interpassaggio e alla guida storica di Haynes per la solubilizzazione-ricottura dei componenti B-2 lavorati a freddo prima della saldatura quando la lavorazione a freddo supera il 7% circa di allungamento, poiché la lega "è molto suscettibile a fessurazioni nella regione saldata" se questa fase viene saltato - la guida che appare nell'attuale letteratura B-3 di Haynes quasi alla lettera, sottolineando che si tratta di una precauzione a livello familiare piuttosto che unica per entrambe le leghe.

Come si confrontano B-3 e B-2 in termini di resistenza alla fessurazione da stress-corrosione?

B-3 riporta un risultato pubblicato direttamente: nessuna fessurazione dopo 1.008 ore (sei settimane) in cloruro di magnesio bollente al 45% (ASTM G36), posizionandolo insieme al C-276 e alla lega 625 come tra i materiali più resistenti all'SCC-test Haynes; È documentato da fonti tecniche indipendenti che B-2 condivide un'eccellente resistenza al cloruro-SCC, coerente con l'immunità generale della famiglia del nichel-molibdeno a questa modalità di guasto, sebbene la letteratura attuale di Haynes non contenga un numero corrispondente specifico per B-2.

Fonte: dati Haynes International sulla fessurazione da stress-corrosione (ebollizione 45% MgCl2, ASTM G36), scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3.

Tieni presente che Haynes non pubblica i dati relativi alla vaiolatura critica o alla temperatura interstiziale ASTM G48 (il parametro di riferimento standard utilizzato per le leghe di tipo C-e di tipo G- altrove in questa serie) né per B-3 né per B-2. Questa non è una svista: ASTM G48 utilizza cloruro ferrico acidificato, un sale cloruro ossidante che rientra esattamente nei limiti di contaminazione discussi sopra. Poiché le leghe della famiglia B non sono destinate in primo luogo al servizio ossidativo del cloruro, Haynes non le confronta con un test costruito esattamente attorno a quella condizione.

Come si confrontano le caratteristiche di fabbricazione e le finestre-funzionanti a caldo?

Entrambe le leghe si ricottono alla stessa temperatura e richiedono tempra in acqua, ma l'intervallo di forgiatura a caldo-consigliato da B-3 è completamente al di sopra della zona di rischio di precipitazioni-, mentre le linee guida ufficiali di B-2 richiedono di evitare del tutto un'ampia banda di 538-870 gradi: un vincolo più rigido e onnicomprensivo che fonti industriali indipendenti descrivono costantemente come rendere B-2 più problematico da fabbricare.

Fonte: dati Haynes International su trazione, durezza e fabbricazione, scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3; Brochure tecnica legacy Haynes International H-2006D, lega HASTELLOY B-2, per indicazioni sulla ricottura e sulla lavorazione a caldo.

Laddove l'attuale letteratura Haynes non pubblica una cifra B-2 direttamente comparabile, questa tabella lo dice chiaramente piuttosto che sostituire una stima. - B-2 è stato effettivamente sostituito da B-3 come offerta standard di nichel-molibdeno di Haynes, e le tabelle dettagliate delle proprietà meccaniche per B-2 non fanno più parte dell'attuale libreria tecnica online dell'azienda.

Quali standard ASTM, ASME e AWS regolano B-3 e B-2?

B-3 contiene una serie di specifiche più completa e attualmente mantenuta rispetto alla documentazione precedente di B-2, inclusa una specifica dedicata sui forgiati (ASTM B564) che la brochure B-2 di Haynes non elenca, che è importante direttamente per l'approvvigionamento su qualsiasi progetto che richieda raccordi, flange o corpi valvola forgiati.

Fonte: tabella "Specifiche e codici" di Haynes International, scheda tecnica della lega HASTELLOY B-3; Brochure tecnica legacy Haynes International H-2006D, lega HASTELLOY B-2.

Quale lega dovresti specificare per il servizio di acido cloridrico?

Specificare B-3 per nuove costruzioni, fabbricazione di-sezioni spesse, saldatura-a passaggio multiplo e qualsiasi applicazione che richieda componenti forgiati; B-2 rimane una scelta tecnicamente valida per i sistemi esistenti già qualificati su di esso, a condizione che le procedure di saldatura e trattamento termico rispettino i suoi limiti di lavorazione più ristretti e meglio documentati.

• Scegli B-3 per:Nuovi recipienti di reazione, colonne e sistemi di tubazioni per acido cloridrico o solforico puro, dove il margine di lavorazione più ampio riduce il rischio di fabbricazione e rilavorazione.
• Scegli B-3 per:Recipienti a sezione spessa-e saldature sul campo a-passaggi multipli, dove l'esposizione cumulativa al calore nell'intervallo di 500-900 gradi è più difficile da limitare.
• Scegli B-3 per:Componenti forgiati - flange, raccordi, corpi valvola - poiché B-3 riporta una specifica ASTM B564 di forgiatura attuale e la documentazione precedente di B-2 no.
• Scegli B-3 per:Progetti che necessitano di dati meccanici e di corrosione completamente documentati e attualmente aggiornati per la progettazione e la conformità alle norme.
• Scegli B-2 per:Impianti esistenti e programmi di ricambi già qualificati, saldati e immagazzinati su B-2, dove il cambiamento delle leghe aggiunge complessità all'approvvigionamento senza necessità legate alla corrosione.
• Scegli B-2 per:Parti di ricambio per apparecchiature preesistenti per le quali la storia pluridecennale e ben consolidata di B-2 è di per sé una forma di qualificazione.

In entrambi i casi, ricorda che nessuna delle due leghe è adatta per acido cloridrico contaminato con sali ossidanti, flussi di acidi misti ossidanti/riduttori o sistemi aerati in modo intermittente - tale confine si applica ugualmente a B-3 e B-2, e attraversarlo richiede invece una lega contenente cromo come C-276, C-22 o HYBRID-BC1.

Domande frequenti

D: Qual è la differenza principale tra Hastelloy B-3 e B-2?

A: B-3 (UNS N10675) sposta leggermente il contenuto di molibdeno e aggiunge piccole quantità di tungsteno e altri elementi minori che B-2 (UNS N10665) non specifica, favorendo la fase Ni3Mo-a formazione più lenta invece della fase Ni4Mo a formazione più rapida di B-2. Ciò conferisce al B-3 una finestra di trattamento termico più ampia e più tollerante senza modificare la resistenza fondamentale di nessuna delle leghe all'acido cloridrico puro.

D: Il B-3 è più resistente alla corrosione del B-2 nell'acido cloridrico?

A: Non in modo drammatico - entrambe le leghe offrono una resistenza eccezionale all'acido cloridrico puro e non contaminato a tutte le concentrazioni fino al punto di ebollizione. Il vero vantaggio del B-3 è la stabilità termica e strutturale, che protegge indirettamente la resistenza alla corrosione riducendo il rischio della trasformazione della fase infragilente che, secondo la letteratura brevettuale, degrada la resistenza alla corrosione del B-2 così come la duttilità.

D: È possibile utilizzare Hastelloy B-3 o B-2 con acido cloridrico contaminato da ferro o rame?

A: No. Entrambe le leghe possono subire un rapido cedimento per corrosione in presenza di ioni ferrici o rameici, che possono formarsi quando l'acido cloridrico entra in contatto con tubazioni di ferro o rame in altre parti del sistema. Questa è una limitazione condivisa dell'intera famiglia di leghe di nichel-molibdeno prive di cromo-e non una distinzione B-3-contro-B-2.

D: B-3 e B-2 richiedono un trattamento termico post-saldatura?

A: Nessuno dei due richiede il PWHT per la resistenza alla corrosione in condizioni normali, ma entrambi sono sensibili all'esposizione prolungata nell'intervallo di 500-900 gradi. La cinetica di precipitazione più lenta di B-3 offre ai produttori più margine durante la saldatura e la ricottura a passaggi multipli; B-2 richiede un controllo più rigoroso della temperatura di interpass e, secondo la guida storica di Haynes, la solubilizzazione prima della saldatura di componenti lavorati a freddo con un allungamento superiore al 7% circa.

D: L'Hastelloy B-2 è ancora disponibile o è stato sostituito dal B-3?

A: B-2 rimane una lega UNS riconosciuta (N10665) ed è ancora prodotta e immagazzinata dai fornitori, ma Haynes International ha posizionato B-3 come offerta standard di nichel-molibdeno dal 1994 e non mantiene più B-2 nel suo attuale portafoglio online di leghe resistenti alla corrosione, pubblicando solo la letteratura tecnica storica/precedente per essa.

D: B-3 e B-2 sono adatti per componenti forgiati?

A: B-3 porta una specifica di forgiatura ASTM/ASME B564/SB564 attuale. La brochure B-2 legacy di Haynes non elenca le specifiche di forgiatura, quindi B-3 è la scelta delle specifiche più semplice per flange, raccordi o corpi valvola forgiati.