Устойчивост на корозия Incoloy 825 в сярна киселина: Iso-корозионни криви и граници на концентрация

Въведение

Сярната киселина е един от най-силно използваните промишлени химикали в света и също така е една от по-сложните киселини, срещу които да се избира материал, тъй като корозивният й характер всъщност се променя с концентрацията. Според дистрибутора на сплави Langley Alloys, сплав INCOLOY 825 е въведена на пазара през 1952 г., изградена специално на основата на сплав 800 с медни добавки за подобряване на устойчивостта към редуциращи киселини като сярна киселина - твърдение, което е в съответствие със собственото описание на Special Metals Corporation за металургичната роля на медта в сплавта днес.

Тази статия работи директно от собствените данни за водна корозия на Special Metals Corporation - изо-диаграмата на производителя за корозия за сплав 825 в сярна киселина, публикуваните от нея резултати от тестовете за корозия в инсталациите и нейните сравнителни класации спрямо други никелови сплави -, за да даде ясна, количествено определена картина на това къде точно се запазва устойчивостта на сплав 825 към сярна киселина, където тя се стеснява и когато вместо това трябва да се посочи по--легиран материал.

Какво дава на сплав 825 нейната устойчивост на сярна киселина?

Устойчивостта на сплав 825 на сярна киселина идва от специфична комбинация от легиращи елементи: никелът и молибденът издържат на редуциращата киселина, открита при ниски -до -умерени концентрации, хромът издържа на окислителната киселина, открита при високи концентрации, а медта - определящата добавка на сплавта - е насочена конкретно към намаляване на атаката на сярна и флуороводородна киселина които никелът и молибденът сами по себе си не решават напълно.

Сярната киселина не се държи като единичен, равномерен корозив. Според собствения наръчник за водна корозия на Special Metals, сярната киселина намалява в концентрации до около 25%; над това започва да придобива окислителни характеристики; и концентрирана киселина над 87% тегловни при стайна температура - най-често срещаният търговски клас - е напълно окислителен. Това означава, че една сплав трябва да устои на два различни корозионни механизма в зависимост от това къде в обхвата на концентрация работи, а изборът на сплав трябва да вземе предвид и двата.

Общите насоки на Special Metals относно легиращите елементи са директни относно ролята на всеки елемент. Никелът подобрява устойчивостта на редуциращи киселини и каустик. Молибденът подобрява устойчивостта на редуциращи киселини и на точкова и цепнатина корозия в среди,-съдържащи хлорид. Хромът подобрява устойчивостта на окисляващи корозивни вещества. Медта подобрява устойчивостта към редуциращи киселини - особено не-аерирана сярна и флуороводородна киселина - и добавките на мед специално към сплавите на никел-хром{-молибден-желязо са описани като осигуряващи подобрена устойчивост на солна, фосфорна и сярна киселини. Приблизително 38–46% никел, 19,5–23,5% хром, 2,5–3,5% молибден и 1,5–3,0% мед в сплав 825 са калибрирани, за да покрият редуциращия и окислителния режим на сярна киселина в рамките на една, заваряема, титанова-стабилизирана сплав.

Какво всъщност показва Iso-диаграмата на корозия за сплав 825 в сярна киселина?

Изо{0}}корозионната диаграма на Special Metals за сплав 825 в сярна киселина разделя полето на концентрация-срещу-температурата на три ленти-скорост на корозия - под 5 mpy, 5 до 20 mpy и над 20 mpy - и използваемата зона на сплавта („много добра устойчивост“) обхваща повечето ниски-до-междинни концентрации при умерена температура, рязко стесняване, когато концентрацията и температурата се доближат до кривата на-точка на кипене.

Изо-диаграма на корозия показва скоростта на корозия като функция на две променливи едновременно - концентрация на киселина (хоризонтална ос, 0–100% тегловни) и температура (вертикална ос, от околната среда до точката на кипене на киселината при всяка концентрация). Линиите на диаграмата свързват точки с еднаква скорост на корозия, поради което се наричат ​​линии на изо-корозия (същата-корозия). Четенето на едно е лесно: намерете температурата на процеса на вертикалната ос и концентрацията на киселината на хоризонталната ос; зоната, в която попада вашата точка, ви казва очакваната скорост на корозия за загрята сплав 825 в относително чиста, не-замърсена киселина.

Източник: Special Metals Corporation, High{0}}Performance Alloys for Resistance to Aqueous Corrosion (Aqueous Corrosion Handbook), фигура 2 - Iso-диаграма на корозия за INCOLOY сплав 825 в сярна киселина.

Специалните метали посочват практическата работна обвивка на сплавта директно, вместо да изискват от читателя да интерполира диаграмата на око. Въз основа на резултатите от тестовете и сервизния опит, сплав 825 трябва да има много добра устойчивост (под 5 mpy) в разтвори на сярна киселина между 40% и 80% тегловна концентрация при 120 градуса F (50 градуса). Същата публикация отбелязва, че устойчивостта на сплавта се простира в целия диапазон на концентрация при температури до 150 градуса F (65 градуса) и до 78% концентрация при 176 градуса F (80 градуса).

Производителят внимава да добави важно предупреждение непосредствено до тези данни: сериозни отклонения от това поведение могат да възникнат в присъствието на замърсители, които са често срещани в киселина с междинна-сила в реални химични процеси - напомняне, че диаграмите за изо-корозия описват чиста или почти-чиста лабораторна киселина, а не непременно условия в завода.

Източник: Special Metals Corporation, Наръчник за водна корозия, текст на раздела за сярна киселина, придружаващ Фигура 2.

Как се сравняват реалните нива на корозия на растенията с диаграмата за корозия Iso-?

Действителните нива на корозия на полето за сплав 825 в промишлени услуги за сярна киселина и смесени-киселини са, в по-голямата част от документираните случаи, далеч под вече-консервативния праг от 5 mpy на диаграмата - често с един или два порядъка -, тъй като повечето реални процеси протичат при по-ниска ефективна строгост от лабораторните условия за чиста{6}}киселина, използвани за изградете изо-диаграма на корозия.

Special Metals публикува обширна таблица с резултати от-тестове за корозия на полето за сплав 825 в голямо разнообразие от действителни инсталационни среди със сярна киселина и смесена-киселина, някои от които са възпроизведени по-долу. Моделът е последователен: дори киселини в обхвата на концентрация 40–90%+, при температури доста над околната среда, често връщат скорости на корозия под 1 mpy в експлоатация - полезно напомняне, че диаграмата на изо-корозия е консервативен инструмент за скрининг за избор на материал, а не прецизен предсказател за скоростта на корозия на конкретна инсталация.

Източник: Special Metals Corporation, Наръчник за водна корозия, Таблица 4 - Тестове за корозия в растенията на INCOLOY сплав 825 в разтвори на сярна и смесена киселина (съкратен избор).

Два записа си струва да бъдат отбелязани специално, защото илюстрират една наистина полезна, не-очевидна гледна точка: в почистващия разтвор от 20% киселина плюс 4% натриев дихромат скоростта на корозия (19 mpy) се намира точно на ръба на лентата на „полезна устойчивост“ въпреки относително разредената концентрация на киселина, тъй като дихроматът е силно окисляваща сол, реагираща с химически състав на сплавта настроен отчасти за намаляване на-киселинното обслужване. Това е пряка,-демонстрация от реалния свят на-зависимия от концентрацията редуциращ/окисляващ характер, обсъден по-горе - разредената киселина не е автоматично лека киселина, след като се добавят окислителни замърсители.

Как се сравнява сплав 825 с други никелови сплави в сярна киселина?

В разредена сярна киселина (под 50% концентрация), сплав 825 е по същество обвързана за най-добра устойчивост сред линията никелови сплави на Special Metals, заедно с INCONEL сплав 686 и INCONEL сплав G-3; в концентрирана киселина (над 50%), сплав 825 изостава от сплавите с по-високо-молибден, с по-високо съдържание на хром 686, C-276, 622 и 625, в този ред.

Special Metals директно класира устойчивостта на своите сплави към сярна киселина, използвайки линията на изо-корозия от 20 mpy (0,51 mm/a) като база за сравнение, тъй като една-прагова стойност е по-лесна за класиране в множество сплави, отколкото сравняване на пълни диаграми. Класациите се различават значително в зависимост от това от коя страна на прехода редуциране/окисляване на сярната киселина попада приложението -, което само по себе си е полезна, честна констатация: нито една сплав в това семейство не е безусловно „най-добрата“ в целия диапазон на концентрация.

Източник: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Фигура 4 - Сравнително поведение на Ni-Cr-Mo сплави в сярна киселина (20 mpy изо-обобщение на корозията).

The practical takeaway for a buyer: alloy 825 is frequently the most cost-effective adequate choice for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty, since it matches the resistance of considerably more expensive, higher-molybdenum alloys like 686 in that range. Once a process moves into concentrated (>50%), висока-температура, окислителна киселина - или след като е налице значително замърсяване с хлорид - по-високите-легирани, по-високи-разходни класове печелят своята премия.

Какво се случва, когато в потока от сярна киселина има хлориди?

Сплав 825 понася изключително добре периодична или умерена експозиция на хлорид в сярна киселина - включително добавяне на каменна-сол, използвана при операции за ецване - но за непрекъснато, напълно потопено излагане на замърсена с хлорид-сярна киселина, собствената литература на Special Metals препоръчва преминаване към сплав с по-високо-молибден, като напр. C-276, 622, 625 или 686.

Special Metals заявява това разграничение ясно: в приложения, където присъстват хлориди, като добавяне на каменна сол към бани за ецване със сярна киселина, сплавта INCOLOY 825 е предоставила отлична услуга и наличието на окислителни соли, различни от хлорид, всъщност е от полза за устойчивостта на сплавта.

Въпреки това, в приложения, където експозицията е непрекъснато потопена в-замърсени с хлорид условия, се изискват сплавите с по-високо{1}}молибден - INCONEL сплави C-276, 622, 625 или 686 -. Това е в съответствие с общата роля на молибдена в тази фамилия сплави: той специално подобрява устойчивостта на питинг и цепнатина в среда, съдържаща-хлорид, а съдържанието на молибден в сплав 825 от 2,5–3,5%, макар и достатъчно за периодична експозиция, е по-ниско от 9–16%, намерени в Ni-Cr-Mo 'супер сплави, създадени за непрекъсната работа с хлорид.

• Периодичното или ниско{0}}излагане на хлорид при работа със сярна киселина - сплав 825 обикновено е подходящо.
• Каменна сол или подобни добавки на хлорид в ецване-химия за баня - документирано като отлично обслужване за сплав 825.
• Непрекъснато, напълно потопено излагане в замърсена с хлорид-сярна киселина - вместо това посочете сплав с по-високо-молибден (C-276, 622, 625 или 686).

Какъв е пълният химичен състав на Incoloy 825?

Сплав 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) се определя с 38,0–46,0% никел, 19,5–23,5% хром, 22,0% минимум желязо, 2,5–3,5% молибден, 1,5–3,0% мед и 0,6–1,2% титан, с въглерод ограничен до 0,05% за ограничаване на риска от сенсибилизация.

Източник: Special Metals Corporation, технически бюлетин INCOLOY сплав 825 (Таблица 1 - Ограничаващ химичен състав), кръстосано-проверено спрямо публикувания от Elgiloy Specialty Metals лист с данни за лента INCOLOY сплав 825.

Таванът с ниско съдържание на въглерод (0,05% макс.), комбиниран с титанова стабилизация, е това, което позволява сплав 825 да се използва в -заварено състояние без задължително отгряване след-разтвор за заваряване в повечето услуги - титанът свързва въглерода като титанов карбид за предпочитане, защитавайки границите на зърната от хром-карбид-задвижван сенсибилизация, която засяга не-стабилизирани аустенитни неръждаеми стомани. Това е значимо производство и ценово предимство пред неръждаемите стомани от серия 300-в киселинни среди, където термичната обработка след заваряване често е неизбежна.

Кога трябва да посочите сплав 825 срещу опция с по-високо-сплав за обслужване със сярна киселина?

Specify alloy 825 for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty up to roughly 80% concentration at moderate temperatures, or for mixed-acid and pickling environments with intermittent chloride content; move up to a Ni-Cr-Mo alloy (622, 625, C-276, or 686) for concentrated, high-temperature, continuously chloride-contaminated, or otherwise aggressive sulfuric acid duty where alloy 825's iso-corrosion chart shows the 5–20 mpy or >20 mpy ленти.

Сплав 825 - тръбопроводи и съдове за разредена и междинна сярна киселина; вани за декапиране със сярна киселина, включително такива с каменна-сол или подобни периодични добавки на хлорид; смесени потоци от сярна/фосфорна киселина; общо производство на киселини и оборудване-за контрол на замърсяването; преработка на ядрено гориво и обработка на радиоактивни отпадъци, където историята на 825 в процесите на разтваряне тип Sulfex-е добре документирана.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), гореща сярна киселина; непрекъснато потапяне в замърсена с хлорид-сярна киселина; услуги, където диаграмата за изо-корозия на 825 показва комбинацията киселина/температура над линията от 5 mpy.

INCOLOY сплав 25-6MO - супер-аустенитна неръждаема алтернатива, която си струва да се оцени специално за разредени (<10% at boiling, up to 50% at 140°F/60°C) sulfuric acid contaminated with chlorides, where its 6% molybdenum content gives it an edge over alloy 825 under crevice conditions.

Бележка за поръчката, която си струва ясно да се посочи: диаграмата на изо-корозия описва поведението на относително чиста или леко смесена киселина при лабораторни условия. Самият Special Metals предупреждава, че могат да възникнат сериозни отклонения в присъствието на замърсители, обичайни за реалните химични процеси. Преди да финализирате избора на материал за конкретен технологичен поток, заявете или изпълнете изпитване на корозионен купон в действителния технологичен флуид, вместо да разчитате само на диаграмата за изо-корозия за гранично приложение.

Често задавани въпроси

Q: С каква максимална концентрация на сярна киселина може да се справи сплавта 825?

A: Зависи изцяло от температурата. При температури до 150 градуса F (65 градуса), сплав 825 поддържа много добра устойчивост (<5 mpy) across the full concentration range, 0–100%. As temperature rises toward the boiling point, the safe concentration window narrows - at 176°F (80°C) it extends to about 78% concentration, and at boiling temperature it is generally limited to lower concentrations, below roughly 40%.

Q: Защо конкретно медта помага при резистентност към сярна киселина?

A: Добавките на мед към сплави на никел-хром-молибден-желязо са документирани от Special Metals за подобряване на устойчивостта конкретно към редуциращи киселини - сярна, фосфорна и солна - механизъм, различен от ролята на хрома в устойчивостта на окислителни киселини. Тъй като сярната киселина се редуцира под около 25% концентрация и се окислява над приблизително 50%, медта и хромът ефективно разделят диапазона на концентрация между тях в състава на сплав 825.

Q: Нуждае ли се сплав 825 от термична обработка след-заваряване преди употреба в сервиз със сярна киселина?

A: Общо взето не. Сплав 825 е стабилизирана срещу сенсибилизация чрез добавянето на титан, което й позволява да се използва в -заварено състояние в повечето услуги без задължително след-отгряване на разтвора за заваряване - предимство пред не-стабилизирани аустенитни неръждаеми стомани, които обикновено изискват термична обработка за възстановяване на устойчивостта на междукристална корозия след заваряване.

Q: Дали сплав 825 или Ni-Cr-Mo сплав като 625 са по-добрият икономически избор за сярна киселина?

A: За разредена сярна киселина под около 50% концентрация, сплав 825 предлага устойчивост, по същество равна на значително по-скъпите сплави като INCONEL 686, което я прави по-рентабилен{3}}избор в този диапазон. Над 50% концентрация или с непрекъснато замърсяване с хлорид, сплавите с по-високо-молибден превъзхождат сплав 825 достатъчно значимо, така че добавената цена обикновено е оправдана.

Q: Може ли да се използва сплав 825, където има както сярна киселина, така и хлориди?

A: Да, в много случаи - Special Metals документира отлично обслужване за сплав 825 във вани за ецване със сярна киселина с добавки на каменна-сол (хлорид). Предпазливостта се отнася конкретно за продължително, напълно потопено излагане на замърсена с хлорид-сярна киселина, където вместо това се препоръчва сплав с по-високо-молибден.