Odolnosť proti korózii Incoloy 825 v kyseline sírovej: Iso-korózne krivky a limity koncentrácie

Úvod

Kyselina sírová je jednou z najpoužívanejších priemyselných chemikálií na svete a je to tiež jedna z komplexnejších kyselín na výber materiálu, pretože jej korozívny charakter sa v skutočnosti mení s koncentráciou. Podľa distribútora zliatin Langley Alloys bola zliatina INCOLOY 825 uvedená na trh v roku 1952, postavená špeciálne na báze zliatiny 800 s prísadami medi na zlepšenie odolnosti voči redukčným kyselinám, ako je kyselina sírová -, čo je tvrdenie v súlade s vlastným popisom metalurgickej úlohy medi v zliatine, ktorú dnes spoločnosť Special Metals Corporation.

Tento článok vychádza priamo z vlastných údajov o vodnej korózii spoločnosti Special Metals Corporation - z tabuľky izo{1}}korózie výrobcu pre zliatinu 825 v kyseline sírovej, z jej publikovaných výsledkov koróznych testov v závode a z jej porovnávacieho hodnotenia s inými zliatinami niklu -, aby poskytol jasný a kvantifikovaný obraz o tom, kde presne zliatina 825, kde je znížená odolnosť voči kyseline sírovej a kyseline sírovej}, drží vyššiu odolnosť voči kyseline sírovej a kyseline sírovej}. namiesto toho by sa mal špecifikovať materiál.

Čo dodáva zliatine 825 jej odolnosť voči kyseline sírovej?

Odolnosť zliatiny 825 voči kyseline sírovej pochádza zo špecifickej kombinácie legujúcich prvkov: nikel a molybdén odolávajú redukujúcej kyseline, ktorá sa nachádza v nízkych-až{2}}stredných koncentráciách, chróm odoláva oxidačnej kyseline vyskytujúcej sa vo vysokých koncentráciách a meď - určujúci prídavok zliatiny - a samotný nikel a fluorovodík neútočia v plnej miere na síru. adresu.

Kyselina sírová sa nespráva ako jediná, rovnomerná žieravina. Podľa vlastnej príručky spoločnosti Special Metals na vodnú koróziu sa koncentrácia kyseliny sírovej znižuje až na približne 25 %; nad tým začína nadobúdať oxidačné vlastnosti; a koncentrovaná kyselina nad 87 % hmotnosti pri izbovej teplote - najbežnejšia komerčná kvalita - je plne oxidujúca. To znamená, že jedna zliatina musí odolávať dvom rôznym koróznym mechanizmom v závislosti od toho, kde v koncentračnom rozsahu pôsobí, a výber zliatiny musí brať do úvahy oba.

Všeobecné pokyny spoločnosti Special Metals týkajúce sa legujúcich prvkov sa priamo týkajú úlohy každého prvku. Nikel zlepšuje odolnosť voči redukčným kyselinám a žieravinám. Molybdén zlepšuje odolnosť voči redukujúcim kyselinám a voči jamkovej a štrbinovej korózii v prostrediach obsahujúcich chlorid-. Chróm zlepšuje odolnosť voči oxidačným korozívnym látkam. Meď zlepšuje odolnosť voči redukujúcim kyselinám -, najmä -prevzdušňovanej kyseline sírovej a fluorovodíkovej -, a prísady medi špecificky k zliatinám niklu-chrómu-molybdénu{10}}, ktoré poskytujú zlepšenú odolnosť voči kyseline chlorovodíkovej, fosforečnej a sírovej. Zliatina 825 obsahuje približne 38 – 46 % niklu, 19,5 – 23,5 % chrómu, 2,5 – 3,5 % molybdénu a 1,5 – 3,0 % medi sú kalibrované tak, aby pokryli redukčný aj oxidačný režim kyseliny sírovej v rámci jedinej, zvárateľnej, titánom stabilizovanej zliatiny{21}.

Čo vlastne ukazuje tabuľka korózie Iso{0}}pre zliatinu 825 v kyseline sírovej?

Tabuľka izo{0}}korózie Special Metals pre zliatinu 825 v kyseline sírovej rozdeľuje koncentráciu-proti-teplotnému poľu do troch koróznych-pásmov rýchlosti - pod 5 mpy, 5 až 20 mpy a nad 20 mpy - pokrýva najvýhodnejšiu zónu ("very" zliatiny) nízke-až{12}}stredné koncentrácie pri strednej teplote, ktoré sa prudko zužujú, keď sa koncentrácia aj teplota blížia ku krivke bodu varu-.

Izo-graf korózie zobrazuje rýchlosť korózie ako funkciu dvoch premenných súčasne - koncentrácie kyseliny (horizontálna os, 0–100 % hmotnosti) a teploty (vertikálna os, od okolia až po bod varu kyseliny pri každej koncentrácii). Čiary na grafe spájajú body s rovnakou rýchlosťou korózie, a preto sa nazývajú izo{5}}korózne (rovnaká-korózia) čiary. Čítanie prvého je jednoduché: nájdite svoju procesnú teplotu na zvislej osi a koncentráciu kyseliny na vodorovnej osi; zóna, do ktorej spadá váš bod, vám hovorí o očakávanom pásme rýchlosti korózie pre žíhanú zliatinu 825 v relatívne čistej, -nekontaminovanej kyseline.

Zdroj: Special Metals Corporation, vysoko{0}}výkonné zliatiny na odolnosť voči vodnej korózii (Príručka vodnej korózie), obrázok 2 - Iso-korózna tabuľka pre zliatinu INCOLOY 825 v kyseline sírovej.

Špeciálne kovy uvádzajú praktickú prevádzkovú obálku zliatiny priamo, namiesto toho, aby čitateľ musel interpolovať graf očami. Na základe výsledkov testov a servisných skúseností by zliatina 825 mala mať veľmi dobrú odolnosť (pod 5 mpy) v roztokoch kyseliny sírovej s koncentráciou 40 % až 80 % hmotnosti pri teplote 120 stupňov F (50 stupňov). Tá istá publikácia uvádza, že odolnosť zliatiny sa rozširuje v celom koncentračnom rozsahu pri teplotách do 150 stupňov F (65 stupňov) a až do 78 % koncentrácie pri 176 stupňoch F (80 stupňov).

Výrobca dbal na to, aby k týmto údajom pridal dôležité upozornenie: v prítomnosti kontaminantov sa môžu vyskytnúť vážne odchýlky od tohto správania, ktoré sú bežné u stredne silných -kyselín v skutočných chemických procesoch -, čo pripomína, že tabuľky izo{2}}korózie opisujú čistú alebo takmer{3}}čistú laboratórnu kyselinu, nie nevyhnutne podmienky závodu.

Zdroj: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, text časti o kyseline sírovej priložený k obrázku 2.

Ako sa porovnávajú skutočné miery korózie rastlín s tabuľkou korózie Iso-?

Skutočné rýchlosti korózie v teréne pre zliatinu 825 v priemyselnej kyseline sírovej a zmiešaných-kyselinách sú vo veľkej väčšine zdokumentovaných prípadov hlboko pod už aj tak -konzervatívnym prahom 5 mpy - v grafe často o jeden alebo dva rády -, pretože väčšina skutočných procesov prebieha pri nižšej efektívnej náročnosti ako pri čistých{} laboratórnych podmienkach, ktoré sa používajú na vytvorenie{6}{6}}aciu.

Special Metals publikuje rozsiahlu tabuľku výsledkov koróznych-testov zliatiny 825 v širokom spektre skutočných prostredí výroby kyseliny sírovej a zmiešaných-kyselín, z ktorých niektoré sú uvedené nižšie. Vzor je konzistentný: dokonca aj kyseliny v rozsahu koncentrácií 40 – 90 %+, pri teplotách výrazne vyšších ako je teplota okolia, často vracajú rýchlosť korózie pod 1 mpy v prevádzke - užitočná pripomienka, že izo{9}}korózna tabuľka je konzervatívny skríningový nástroj na výber materiálu, nie je presným prediktorom rýchlosti korózie konkrétneho zariadenia.

Zdroj: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, tabuľka 4 - Korózne testy INCOLOY zliatiny 825 v závodoch v roztokoch kyseliny sírovej a zmesných kyselín (skrátený výber).

Dve položky sa oplatí označiť konkrétne, pretože ilustrujú skutočne užitočný, -zjavný bod: v čistiacom roztoku 20 % kyseliny plus 4 % dvojchrómanu sodného je rýchlosť korózie (19 mpy) presne na okraji pásma „užitočného odporu“ napriek relatívne zriedenej koncentrácii kyseliny, pretože dvojchróman je silná oxidujúca soľ, ktorá reaguje s čiastočne redukujúcou chémiou {4} redukujúcej zliatiny} Toto je priama, skutočná ukážka-reálneho sveta koncentračného-závislého redukčného/oxidačného charakteru diskutovaného vyššie - zriedená kyselina nie je automaticky mierna kyselina, keď sú pridané oxidačné kontaminanty.

Ako sa zliatina 825 porovnáva s inými zliatinami niklu v kyseline sírovej?

V zriedenej kyseline sírovej (pod 50 % koncentráciou) má zliatina 825 v podstate najlepšiu odolnosť spomedzi niklových zliatin Special Metals, spolu so zliatinou INCONEL 686 a zliatinou INCONEL G-3; v koncentrovanej kyseline (nad 50 %) zaostáva zliatina 825 za vyšším-molybdénom a zliatinami s vyšším obsahom chrómu 686, C-276, 622 a 625 v uvedenom poradí.

Special Metals priamo hodnotí odolnosť svojich zliatin voči kyseline sírovej pomocou izo{2}}koróznej čiary 20 mpy (0,51 mm/a) ako porovnávacieho základu, pretože jedinú-hodnotovú hranicu možno ľahšie hodnotiť medzi viacerými zliatinami ako porovnávať úplné tabuľky. Hodnotenia sa výrazne líšia v závislosti od toho, na ktorú stranu redukčného/oxidačného prechodu kyseliny sírovej pripadá aplikácia -, čo je samo osebe užitočné a čestné zistenie: žiadna jednotlivá zliatina v tejto skupine nie je bezpodmienečne „najlepšia“ v celom rozsahu koncentrácií.

Zdroj: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, obrázok 4 - Porovnávacie správanie zliatin Ni-Cr-Mo v kyseline sírovej (súhrn izo{4}}korózie 20 mpy).

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 %), vysoká-teplota, oxidujúca kyselina - alebo keď je prítomná významná kontaminácia chloridmi -, tým vyššie-legované a vyššie{5}}nákladové triedy získajú svoju prémiu.

Čo sa stane, keď sú v prúde kyseliny sírovej prítomné chloridy?

Zliatina 825 pozoruhodne dobre toleruje občasné alebo mierne vystavenie chloridom v kyseline sírovej - vrátane kamennej{2}}soli používanej pri morení -, ale pri nepretržitom, úplne ponorenom vystavení chloridom-kontaminovanej kyseline sírovej odporúča vlastná literatúra Special Metals použiť vyššiu{{25}}molybdén-6, 6dén-6 625 alebo 686.

Special Metals jasne uvádza tento rozdiel: v aplikáciách, kde sú prítomné chloridy, ako je pridávanie kamennej soli do sírových moriacich kúpeľov, INCOLOY zliatina 825 poskytuje vynikajúce služby a prítomnosť oxidačných solí iných ako chlorid je v skutočnosti prospešná pre odolnosť zliatiny.

Avšak v aplikáciách, kde je expozícia nepretržite ponorená do podmienok kontaminovaných chloridmi-, sa vyžadujú vyššie-zliatiny molybdénu - INCONEL zliatiny C-276, 622, 625 alebo 686 -. To je v súlade so všeobecnou úlohou molybdénu v tejto skupine zliatin: špecificky zlepšuje odolnosť proti jamkovej a štrbinovej korózii v prostrediach obsahujúcich chloridy a obsah molybdénu v zliatine 825 je 2,5 – 3,5 %, hoci je dostatočný na prerušované vystavenie, je nižší ako 9 – 16 % na zliatinu C, ktorá sa nachádza v nepretržitej prevádzke chloridov Ni{15}.

• Prerušované alebo nízke{0}}vystavenie chloridom v prevádzkovej - zliatine 825 kyseliny sírovej je vo všeobecnosti primerané.
• Kamenná soľ alebo podobné chloridové prísady do morenia-chémie do kúpeľa - dokumentované ako vynikajúca služba pre zliatinu 825.
• Nepretržité, úplne ponorené vystavenie chloridom-kontaminovanej kyseline sírovej - špecifikujte namiesto toho vyššiu-zliatinu molybdénu (C-276, 622, 625 alebo 686).

Aké je úplné chemické zloženie Incoloy 825?

Zliatina 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) je špecifikovaná s 38,0 – 46,0 % niklu, 19,5 – 23,5 % chrómu, 22,0 % minimálneho železa, 2,5 – 3,5 % molybdénu, 1,5 – 3,0 % uhlíka, 2 % titánu a 0,0 % 0,05 % na obmedzenie rizika senzibilizácie.

Zdroj: Special Metals Corporation, technický bulletin INCOLOY zliatiny 825 (tabuľka 1 - Limiting Chemical Composition), krížovo-overené podľa údajov o pásoch INCOLOY zliatiny 825 spoločnosti Elgiloy Specialty Metals.

Nízkokarbónový strop (0,05 % max.) v kombinácii so stabilizáciou titánu umožňuje použitie zliatiny 825 v -zvarenom stave bez povinného následného-žíhania po zváraní vo väčšine služieb - titán viaže uhlík prednostne ako karbid titánu, čím chráni hranice zŕn pred chrómovým{7}}karbidovým{7}}}karbidom nestabilizované austenitické nehrdzavejúce ocele. Ide o zmysluplnú výrobu a cenovú výhodu oproti nehrdzavejúcim oceliam série 300{11}}v kyslom prostredí, kde je často nevyhnutné tepelné spracovanie po zváraní.

Kedy by ste mali špecifikovať zliatinu 825 v porovnaní s vyššou-možnosťou zliatiny pre službu kyseliny sírovej?

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 >pásma 20 mpy.

Zliatina 825 - potrubia a nádoby so zriedenou a strednou kyselinou sírovou; moriace kúpele s kyselinou sírovou vrátane kúpeľov s kamennou- soľou alebo podobnými občasnými chloridovými prísadami; zmiešané prúdy kyseliny sírovej/fosforečnej; zariadenia na všeobecnú výrobu kyselín a{2}}kontrolu znečistenia; prepracovanie jadrového paliva a nakladanie s rádioaktívnym odpadom, kde je história 825 v procese rozpúšťania typu Sulfex-dobre zdokumentovaná.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), horká kyselina sírová; nepretržité ponorenie do chloridom-kontaminovanej kyseliny sírovej; služby, kde izo{3}}korózna tabuľka 825 ukazuje kombináciu kyseliny a teploty nad čiarou 5 mpy.

INCOLOY zliatina 25-6MO - super-austenitická nerezová alternatíva, ktorá sa oplatí hodnotiť špeciálne pre zriedené (<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.

Poznámka k obstarávaniu, ktorú treba jasne uviesť: izo{0}}korózna tabuľka popisuje správanie v relatívne čistej alebo mierne zmiešanej kyseline v laboratórnych podmienkach. Samotná spoločnosť Special Metals varuje, že v prítomnosti kontaminantov bežných pre skutočné chemické procesy sa môžu vyskytnúť vážne odchýlky. Pred dokončením výberu materiálu pre konkrétny procesný tok si vyžiadajte alebo spustite testovanie korózneho kupónu v skutočnej procesnej kvapaline, namiesto toho, aby ste sa pri hraničnej aplikácii spoliehali len na izo{3}}koróznu tabuľku.

Často kladené otázky

Q: Akú maximálnu koncentráciu kyseliny sírovej dokáže zliatina 825 zvládnuť?

A: Úplne závisí od teploty. Pri teplotách do 150 stupňov F (65 stupňov) si zliatina 825 zachováva veľmi dobrú odolnosť (<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: Prečo meď konkrétne pomáha pri odolnosti voči kyseline sírovej?

A: Špeciálne kovy dokumentujú prísady medi do zliatin niklu-chrómu-molybdénového{2}}železa na zlepšenie odolnosti špecificky voči redukčným kyselinám - sírovej, fosforečnej a chlorovodíkovej -, čo je mechanizmus odlišný od úlohy chrómu pri odolávaní oxidačným kyselinám. Pretože kyselina sírová redukuje koncentráciu pod približne 25 % a oxiduje približne nad 50 %, meď a chróm medzi sebou účinne rozdeľujú rozsah koncentrácie v rámci zloženia zliatiny 825.

Q: Potrebuje zliatina 825 po-zvarení tepelné spracovanie pred použitím v prevádzke s kyselinou sírovou?

A: Vo všeobecnosti nie. Zliatina 825 je stabilizovaná proti senzibilizácii pridaním titánu, čo umožňuje jej použitie v -zvarenom stave vo väčšine služieb bez povinného následného-žíhania po zváraní -, čo je výhoda oproti -stabilizovaným austenitickým nehrdzavejúcim oceliam, ktoré zvyčajne vyžadujú tepelné spracovanie na obnovenie medzikryštalickej korózie po zváraní.

Q: Je lepšou ekonomickou voľbou pre kyselinu sírovú zliatina 825 alebo zliatina Ni-Cr-Mo ako 625?

A: Pre zriedenú kyselinu sírovú s koncentráciou pod približne 50 % ponúka zliatina 825 odolnosť v podstate rovnajúcu sa podstatne drahším zliatinám, ako je INCONEL 686, čo z nej robí nákladovo-efektívnejšiu voľbu v tomto rozsahu. Pri koncentrácii vyššej ako 50 % alebo pri kontinuálnej kontaminácii chloridmi vyššie-zliatiny molybdénu prekonávajú zliatinu 825 dostatočne zmysluplne, že dodatočné náklady sú zvyčajne opodstatnené.

Q: Môže sa zliatina 825 použiť tam, kde je prítomná kyselina sírová aj chloridy?

A: Áno, v mnohých prípadoch - Special Metals dokumentuje vynikajúce služby pre zliatinu 825 v sírových moriacich kúpeľoch s prísadami kamennej-soli (chloridu). Upozornenie sa vzťahuje konkrétne na nepretržité, úplne ponorené vystavenie chloridom-kontaminovanej kyseline sírovej, kde sa namiesto toho odporúča použiť vyššiu-zliatinu molybdénu.