1. ในบรรดาโลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม (ตระกูล Hastelloy B-) อะไรคือความแตกต่างขั้นพื้นฐานทางโลหะวิทยาระหว่าง Hastelloy B-2 (UNS N10665) และ Hastelloy B รุ่นเก่า (UNS N10001) และเหตุใดจึงทำให้ B-2 เป็นตัวเลือกที่โดดเด่นสำหรับแผ่นรีดร้อนสมัยใหม่ในการให้บริการกรดรีดิวซ์ขั้นรุนแรง
ความแตกต่างนี้เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านโลหะวิทยา โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่การควบคุมคาร์บอนและซิลิคอนเพื่อเอาชนะโหมดความล้มเหลวที่สำคัญ ซึ่งได้แก่ การกัดกร่อนตามขอบเกรนใน-เขตที่ได้รับผลกระทบ (HAZ)
Hastelloy B (N10001): โลหะผสมดั้งเดิม มีระดับคาร์บอนและซิลิคอนสูงกว่าที่ไม่สามารถควบคุมได้ เมื่อเชื่อมหรือสัมผัสกับอุณหภูมิสูง (ระหว่าง 600 องศาถึง 1,150 องศา ) ระหว่างการรีดร้อนหรือการผลิต องค์ประกอบเหล่านี้จะรวมตัวกับโมลิบดีนัมได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างเครือข่ายที่เปราะบางและเชื่อมโยงถึงกันของโมลิบดีนัมเข้มข้น-คาร์ไบด์เข้มข้น (เช่น M₆C) และซิลิไซด์ตามแนวขอบเขตของเกรน สิ่งนี้จะทำลายเมทริกซ์ที่อยู่ติดกันของโมลิบดีนัมซึ่งเป็นองค์ประกอบที่ให้ความต้านทานการกัดกร่อน ผลลัพธ์ที่ได้คือพื้นที่แคบๆ ตามแนวขอบเขตของเกรนซึ่งไวต่อการโจมตีอย่างรวดเร็วจากกรดไฮโดรคลอริกและซัลฟิวริก ส่งผลให้เกิดภัยพิบัติ-เส้นมีดในโครงสร้างที่เชื่อม สิ่งนี้จำกัดความสามารถในการผลิตและความน่าเชื่อถือของโลหะผสมอย่างมาก
Hastelloy B-2 (N10665): นี่คือรุ่นคาร์บอนต่ำและซิลิคอนต่ำ ส่วนประกอบของมันถูกควบคุมอย่างพิถีพิถัน:
คาร์บอน: น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.02% (เทียบกับ. 0.05% สูงสุดใน B)
ซิลิคอน: น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.10% (เทียบกับ. 1.0% สูงสุดใน B)
ด้วยการลดองค์ประกอบเหล่านี้ลงอย่างมาก แรงผลักดันในการก่อตัวของระยะขอบเกรนที่เป็นอันตรายจึงถูกกำจัดออกไป ด้วยเหตุนี้ B-2 จึงมีเสถียรภาพทางความร้อนเป็นพิเศษ และต้านทานต่ออาการแพ้ HAZ ภายใต้สภาวะการเชื่อมปกติและ-สภาวะการทำงานที่ร้อน ช่วยให้สามารถผลิตภาชนะ เสา และท่อจากแผ่นรีดร้อนได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยไม่ต้องกลัวความล้มเหลวตามขอบเกรนกะทันหัน
สรุป: แม้ว่าโลหะผสมทั้งสองจะมีความต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยมในกรดรีดิวซ์ที่ไม่-ออกซิไดซ์ที่ร้อน (HCl, H₂SO₄, H₃PO₄) แต่ความสามารถในการขึ้นรูปและการเชื่อมของ Hastelloy B-2 ทำให้เป็นตัวเลือกเดียวที่เป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์เพลทที่ประดิษฐ์ขึ้นสมัยใหม่ เพลต Hastelloy B ดั้งเดิมนั้นล้าสมัยไปแล้วสำหรับการก่อสร้างใหม่
2. สำหรับแผ่น Hastelloy B- รีดร้อน-ที่ถูกกำหนดให้นำไปประดิษฐ์เป็นคอลัมน์นำกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ขนาดใหญ่กลับมาใช้ใหม่ สิ่งที่ต้องพิจารณาเป็นพิเศษในระหว่างการตัด การขึ้นรูป และการเชื่อมเพื่อรักษาความต้านทานการกัดกร่อน และเหตุใดการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) จึงมีความสำคัญและท้าทายเป็นพิเศษสำหรับโลหะผสมนี้
การผลิต B-2 จะต้องเคารพโลหะวิทยาเฉพาะของมัน ซึ่งได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อลดสภาพแวดล้อมแต่ไวต่อการปนเปื้อนและวงจรความร้อนที่ไม่เหมาะสม
1. การตัดและการขึ้นรูป:
การตัด: แนะนำให้ใช้การตัดพลาสมาอาร์กหรือวอเตอร์เจ็ท การตัดเชื้อเพลิงด้วยออกซิเจน-เป็นไปไม่ได้เนื่องจากโลหะผสมมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน ต้องหลีกเลี่ยงการใช้การตัดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างเคร่งครัด เนื่องจากจะทำให้เกิดการปนเปื้อนของเหล็กจากล้อตัดเข้าไปในขอบตัด ทำให้เกิดการกัดกร่อนของกัลวานิกอย่างรุนแรงในการให้บริการของกรด
การขึ้นรูป: การรีดร้อนจะสร้างแผ่นในสารละลาย-สภาวะอบอ่อน (อ่อน) ทำให้สามารถขึ้นรูปได้ดี อย่างไรก็ตาม มันใช้งานได้-แข็งตัวปานกลาง สำหรับการขึ้นรูปเย็น แนะนำให้ใช้รัศมีโค้งงอกว้าง การขึ้นรูปร้อนควรทำที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 องศาเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดการเปราะที่อุณหภูมิปานกลางที่เป็นอันตราย
2. การเชื่อม:
กระบวนการ: การเชื่อมทังสเตนด้วยแก๊ส (GTAW/TIG) เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผ่านรูตและการผ่านร้อน เนื่องจากมีการควบคุมความร้อนและการปนเปื้อนที่แม่นยำ
ความสะอาด: ความสะอาดโดยสมบูรณ์ของการผ่าตัดไม่สามารถ-ต่อรองได้ สิ่งปนเปื้อน เช่น ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส ตะกั่ว และโลหะจุด-จุดหลอมเหลว-ต่ำจากหมึกพิมพ์ จาระบี หรือเศษชิ้นส่วนอาจทำให้รอยร้าวจากการแข็งตัวของรอยเชื่อมและการสูญเสียความต้านทานการกัดกร่อนอย่างรุนแรง
โลหะตัวเติม: ต้องใช้ ERNiMo-7 (AWS A5.14) เป็นสารตัวเติมที่มีธาตุเหล็กและคาร์บอนต่ำ-เข้ากันซึ่งออกแบบมาสำหรับ B-2
อุณหภูมิระหว่างทาง: ต้องเก็บไว้ต่ำกว่า 100 องศา (212 องศา F) การป้อนความร้อนที่มากเกินไปส่งเสริมการเจริญเติบโตของเกรนและมีโอกาสเกิดการตกตะกอนของเฟส Ni₄Mo ตามลำดับ ซึ่งสามารถทำให้โลหะเชื่อมเปราะได้
3. ความวิพากษ์วิจารณ์และความท้าทายของ PWHT:
เหตุใดจึงสำคัญ: แม้ว่าจะมี-คาร์บอน B-2 ต่ำ โลหะเชื่อมจะแข็งตัวเมื่อ-หล่อและสามารถมีโครงสร้างจุลภาคที่แยกจากกัน ที่สำคัญกว่านั้น รอยเชื่อมและ HAZ สามารถพบกับช่วงอุณหภูมิ (~350 องศา - 550 องศา ) ซึ่งเกิดปฏิกิริยาการเรียงลำดับระยะไกล ทำให้เกิดเฟสอินเตอร์เมทัลลิก Ni₄Mo ขั้นตอนนี้จะช่วยลดความเหนียวและความเหนียวลงอย่างมาก (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การแตกตัวของ B-2") และสามารถลดความต้านทานการกัดกร่อนในตัวกลางบางชนิดได้เล็กน้อย PWHT จำเป็นต้องทำให้การเชื่อมเป็นเนื้อเดียวกันและละลายขั้นตอนที่เป็นอันตราย
เหตุใดจึงท้าทาย: PWHT สำหรับ B-2 เป็นการอบอ่อนสารละลายเต็มรูปแบบที่ 1,065-1121 องศา ตามด้วยการดับน้ำอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเรื่องยากในเชิงลอจิคัลสำหรับคอลัมน์ที่สร้างจากสนามขนาดใหญ่:
ต้องใช้เตาเผาที่มีอุณหภูมิสูงมาก-
การดับอย่างรวดเร็วจะต้องสม่ำเสมอเพื่อป้องกันการบิดเบี้ยวและ-การนำความเครียดจากความร้อนเข้ามาใหม่
ส่วนประกอบทั้งหมดจะถูกออกซิไดซ์อย่างรุนแรง ("ความร้อน-ย้อมสี") และจำเป็นต้องทำการดองอย่างกว้างขวางในกรด HF/HNO₃- ซึ่งเป็นอันตรายและมีค่าใช้จ่ายสูง
ดังนั้น การออกแบบมักจะมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดรอยเชื่อม และเน้นการควบคุมอย่างพิถีพิถันระหว่างการเชื่อมเพื่อลดความรุนแรงของ-โครงสร้างจุลภาคขณะเชื่อม
3. ในงานอุตสาหกรรมเฉพาะเจาะจงใดที่นักออกแบบจะระบุเพลต Hastelloy B-2 แบบรีดร้อน-ไว้เหนือเพลต Hastelloy C-276 ที่มีความอเนกประสงค์และใช้กันทั่วไปมากกว่า และข้อจำกัดสำคัญที่ต้องปฏิบัติตามคืออะไร
ตัวเลือกจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางเคมีของกระแสกระบวนการ โดยเฉพาะการมีหรือไม่มีสารออกซิไดซ์ B-2 และ C-276 ครอบครองโดเมนเสริมไม่ทับซ้อนกัน
ระบุเพลต Hastelloy B-2 เมื่อ:
สภาพแวดล้อมการบริการเป็นแบบลดขนาดลงอย่างแท้จริงและไม่-ออกซิไดซ์: นี่คือความสามารถหลักของ B-2
ตัวอย่างการใช้งาน:
บริการกรดไฮโดรคลอริก (HCl): เครื่องปฏิกรณ์ คอลัมน์การกลั่น และถังดองสำหรับความเข้มข้นและอุณหภูมิทั้งหมดจนถึงจุดเดือด B-2 นั้นเหนือกว่า C-276 อย่างมากที่นี่
Sulfuric Acid (H₂SO₄) Service: Concentrated (>70%) และกรดซัลฟิวริกร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริเวณ "รีดิวซ์" ของแผนภูมิไอโซการกัดกร่อน ใช้ในหัวกรด หน่วยอัลคิเลชัน และการผลิตโอเลียม
การผลิตกรดฟอสฟอริก (H₃PO₄): ใน "กระบวนการเปียก" ซึ่งกรดประกอบด้วยฟลูออไรด์และคลอไรด์ B-2 ให้ความต้านทานที่ดีเยี่ยมในกรดเข้มข้นที่ร้อน
กระบวนการกรดอะซิติกและแอนไฮไดรด์: สำหรับส่วนประกอบสำคัญที่สัมผัสกับโซนที่ร้อนที่สุดและรุนแรงที่สุด
การนำตัวเร่งปฏิกิริยากลับคืนมาและวิทยาโลหะวิทยา: การจัดการเฮไลด์-ที่มีสารละลายการชะล้างแบบรีดิวซ์
ข้อจำกัดที่สำคัญของ B-2 ที่ต้องได้รับการเคารพ:
Zero Tolerance สำหรับสารออกซิไดซ์: นี่คือกฎสำคัญ แม้แต่ปริมาณการติดตาม (ระดับ ppm) ของเฟอร์ริก (Fe³⁺), คิวริก (Cu²⁺), โครเมต (Cr⁶⁺), ออกซิเจนละลายน้ำ, คลอรีน หรือกรดไนตริก จะทำให้เกิดภัยพิบัติและการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วของ B-2 โดยอาศัยฟิล์มพาสซีฟที่มีความเสถียรและอุดมด้วยโมลิบดีนัม ซึ่งจะก่อตัวเฉพาะในสภาวะรีดิวซ์เท่านั้น
ความต้านทานต่ำต่อกรดออกซิไดซ์: ทำงานได้ไม่ดีนักในกรดไนตริก กรดฟอสฟอริกที่มีสิ่งเจือปนออกซิไดซ์ และสารละลายเติมอากาศ
ไม่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทั่วไป: เป็นวัสดุ "เฉพาะ" เฉพาะทาง C-276 ซึ่งมีปริมาณโครเมียม จัดการทั้งกรดรีดิวซ์และสารปนเปื้อนออกซิไดซ์ ทำให้เป็นตัวเลือกเริ่มต้นที่ปลอดภัยกว่าสำหรับกระแสเคมีที่แปรผันหรือไม่ทราบ
4. การทดสอบและการรับรองของโรงงานโดยทั่วไปสำหรับความร้อนของเพลต Hastelloy B-2 รีดร้อน- (ตาม ASTM B333) เกี่ยวข้องกับอะไรบ้าง และการทดสอบเฉพาะใดที่สำคัญในการตรวจสอบความเหมาะสมของเพลต Hastelloy B-2 แบบเชื่อมในการให้บริการที่เป็นกรด
การรับรองทำให้มั่นใจได้ว่าเพลตมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดทางเคมี เครื่องกล และโครงสร้างจุลภาคเพื่อประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้
การทดสอบโรงงานมาตรฐาน (ASTM B333):
การวิเคราะห์ทางเคมี: การตรวจสอบว่าเคมีความร้อนอยู่ภายในขีดจำกัด UNS N10665 โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับค่า C ต่ำ (<0.02%), low Si (<0.10%), and high Mo (~28%).
การทดสอบทางกล: การทดสอบแรงดึง (Yield Strength, UTS, Elongation) และการทดสอบความแข็ง (Rockwell หรือ Brinell) ดำเนินการกับตัวอย่างจากเพลต คุณสมบัติอบอ่อนทั่วไป: YS ~50 ksi, UTS ~120 ksi, การยืดตัว > 40%
การตรวจสอบการอบอ่อนของสารละลาย: แผ่นจะจ่ายมาในสารละลาย-ในสภาวะอบอ่อนและขจัดตะกรัน โรงสีรับรองว่าได้ดำเนินการบำบัดความร้อนแล้ว (โดยทั่วไปจะอยู่ที่ ~1,065 องศาและดับด้วยน้ำ)
การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT): แนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับเพลตคือการทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง{0}}ของเพลตแบบเต็มตามการยอมรับของ ASTM A578 ระดับ 2 หรือที่คล้ายกันเพื่อตรวจจับการเคลือบหรือการรวมตัวภายใน
การทดสอบเสริมที่สำคัญ: การทดสอบฮิวอี้ (ASTM A262, แบบฝึกหัด C)
วัตถุประสงค์: เป็นการทดสอบการกัดกร่อนตามขอบเกรนแบบเร่งที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อตรวจจับความไวต่อการโจมตีด้วยมีด-ใน HAZ ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับ B-2 แม้ว่าจะเป็นเกรดคาร์บอนต่ำก็ตาม ที่จะมอบการรับประกันในระดับสูงสุด
ขั้นตอน: ตัวอย่างของเพลตจะถูกทำให้ไวโดยการให้ความร้อนที่ 675 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมง (จำลองวงจรความร้อน HAZ กรณีที่แย่ที่สุด-) จากนั้นนำไปสัมผัสกับกรดไนตริกเข้มข้น 65% ที่เดือดเป็นเวลา 48 ชั่วโมงห้าครั้ง
เกณฑ์การยอมรับ: วัดอัตราการกัดกร่อนสำหรับแต่ละช่วงเวลา เพื่อให้ B-2 เป็นที่ยอมรับสำหรับการผลิตแบบเชื่อมในการให้บริการที่เป็นกรดรุนแรง อัตราการกัดกร่อนจะต้องต่ำและมีเสถียรภาพ (โดยทั่วไปจะมีค่าเฉลี่ยสูงสุดที่ระบุ เช่น<0.5 mm/month or 20 mpy), demonstrating that no continuous, corrosive grain boundary network formed during sensitization. A failing Huey test indicates a problematic heat that could lead to premature failure in welded fabrications.
5. สำหรับวิศวกรซ่อมบำรุงที่ดูแลโรงงานด้วยอุปกรณ์ที่มีอยู่ซึ่งทำจากเพลต Hastelloy B รุ่นเก่า การตรวจสอบที่สำคัญ การวิเคราะห์ความล้มเหลว และข้อควรพิจารณาในการเปลี่ยนทดแทนคืออะไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาการอัพเกรดเป็น B-2 หรือโลหะผสมอื่น
การจัดการอุปกรณ์ B รุ่นเก่าต้องใช้ความระมัดระวัง เนื่องจากแสดงถึงความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่ทราบอยู่แล้ว
1. จุดเน้นในการตรวจสอบ:
จัดลำดับความสำคัญของรอยเชื่อมและ HAZ: ใช้การตรวจสอบด้วยภาพโดยละเอียด (VT) และการทดสอบการแทรกซึมของของเหลว (PT) เพื่อค้นหารอยแตกร้าวหรือรอยแยกเล็กๆ น้อยๆ โดยเฉพาะบริเวณที่อยู่ติดกับรอยเชื่อม สิ่งเหล่านี้น่าจะเป็นสัญญาณของการกัดกร่อนตามขอบเกรน
การตรวจสอบความหนาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง: ตรวจสอบความหนาของผนังเป็นประจำ แต่โปรดทราบว่าการทำให้ผนังบางลงโดยทั่วไปอาจมีปัญหาน้อยกว่าการโจมตีเฉพาะจุด ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับบริเวณที่มีความเครียดหรือความร้อนสูง
ตรวจสอบประวัติการบริการ: กระแสกระบวนการทำให้เกิดสภาวะที่ไม่สบายใจจากการออกซิไดซ์หรือไม่ แม้แต่การทัศนศึกษาช่วงสั้น ๆ ก็สามารถเร่งการโจมตี B ได้
2. การวิเคราะห์ความล้มเหลว:
คาดว่าจะมีการโจมตีตามขอบเกรน: ความล้มเหลวส่วนใหญ่จะเกิดจากการกัดกร่อนตามขอบเกรนหรือการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนตามขอบเกรน (IGSCC) ที่เกิดขึ้นใน HAZ ที่มีความไวของรอยเชื่อม
โลหะวิทยาคือกุญแจสำคัญ: ภาพตัดขวางที่ขัดเงาและแกะสลัก-ตลอดจนความล้มเหลวจะเผยให้เห็นโครงสร้าง "ร่อง" ที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งขอบเขตของเกรนถูกโจมตีเป็นพิเศษ ซึ่งมักจะเชื่อมโยงกันจนเกิดรอยแตก
3. ข้อควรพิจารณาในการเปลี่ยนและอัปเกรด:
การแทนที่โดยตรงด้วยเพลต B-2: นี่เป็นวิธีที่ตรงไปตรงมาที่สุดเช่น-สำหรับ-การอัปเกรดสำหรับการจัดการอุปกรณ์ที่ทราบกันว่าลดกรดอย่างเคร่งครัด ให้ประสิทธิภาพการกัดกร่อนที่เหมือนกันพร้อมความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีขึ้นอย่างมากและความน่าเชื่อถือในการให้บริการ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าการผลิตใหม่เป็นไปตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดของ B-2 (การเชื่อมที่สะอาด PWHT หากระบุไว้)
อัปเกรดเป็นโลหะผสมที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น (เช่น C-276): โปรดพิจารณาสิ่งนี้อย่างยิ่งหาก:
เคมีในกระบวนการมีความแปรผันหรือไม่ได้รับการควบคุมอย่างสมบูรณ์
มีความเป็นไปได้ที่จะมีสารปนเปื้อนออกซิไดซ์เข้าไป (อากาศ สารทำความสะอาด ตัวเร่งปฏิกิริยาต้นน้ำ)
อุปกรณ์มองเห็นการสัมผัสกับทั้งโซนรีดิวซ์และออกซิไดซ์
แม้ว่า C-276 จะมีต้นทุนเริ่มต้นที่สูงกว่า แต่ความสามารถรอบด้านและการชดเชยของมันสามารถป้องกันความล้มเหลวจากภัยพิบัติได้ โดยเสนอต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่าและความเสี่ยงที่ลดลง
การผลิตและการเชื่อมการซ่อมแซม: ห้ามเชื่อมเพลต Hastelloy B เก่ากับโลหะเติม B-2 หรือในทางกลับกัน องค์ประกอบที่แตกต่างกันสามารถนำไปสู่ความไม่เข้ากันทางโลหะวิทยาอย่างรุนแรงและการแตกร้าว แยกและซ่อมแซมส่วนต่างๆ ด้วยวัสดุที่เข้ากันและได้รับการรับรอง จำเป็นต้องมีการประเมินทางวิศวกรรมอย่างเต็มรูปแบบสำหรับโครงการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนทดแทนที่สำคัญใดๆ
