Hastelloy C2000 или C276: универсальный коррозионно--стойкий сплав для смешанных кислотных сред

Хастеллой C2000(UNS N10200, 23Cr-16Mo-1,6Cu) был специально разработан для преодоления ограничения C276 (UNS N10276, 15Cr-16Mo-4W) в смешанных окислительно-восстановительных кислотных средах. C2000 обеспечивает превосходную стойкость к серной кислоте (особенно 10–60 процентов при 50–100 градусах C), азотной кислоте, влажному хлору и потокам смешанных кислот, тогда как C276 остается предпочтительным выбором в чистых восстановительных кислотах (HCl любой концентрации, разбавленная H2SO4 ниже 10 процентов) из-за более высокого содержания Mo и W. C2000 требует примерно 15-25 процентов надбавки к стоимости по сравнению с C276, но устраняет необходимость в модернизации сплавов при работе со смешанными кислотами, снижая общую стоимость проекта на 20-40 процентов в этих приложениях.

Чем C2000 отличается от C276?

C2000 был разработан как «универсальный» никелевый сплав путем добавления 1,0-1,6 процента меди к основе Cr-Mo (23Cr-16Mo), которая обеспечивает одновременную стойкость как к окислительной, так и к восстановительной среде, тогда как более низкое содержание Cr в C276 (15 процентов) и отсутствие Cu делают его превосходным только в восстановительных средах, но плохо справляются с окислительными или смешанными кислотными потоками.

Haynes International разработала C2000 в 1990-х годах специально для устранения критического ограничения C276: его плохой работы в окислительных кислотных средах. C276 с содержанием Cr 14,5–16,5 процентов не может образовывать стабильную пассивную пленку в сильно окислительных средах, таких как азотная кислота (HNO3), или в потоках смешанных кислот, где сосуществуют окислители и восстановители.

Решением было увеличить содержание Cr до 22-24 процентов (аналогично уровню 625) и добавить 1,0-1,6 процента Cu, что значительно повышает устойчивость к серной кислоте и смешанным окислительно-восстановительным средам. В C2000 также нет вольфрама (в отличие от C276 с 3-4,5% W), что снижает его стоимость и упрощает его микроструктуру, но также немного снижает его характеристики в экстремальных условиях чистой восстановительной кислоты. Добавление меди в C2000 действует по двум механизмам: (1) оно повышает потенциал сплава в серной кислоте, перемещая его в пассивную область при более низких концентрациях кислоты; и (2) он образует пленки сульфида меди, устойчивые к воздействию смешанных кислых сред. В результате получился сплав, который Хейнс описывает как «наиболее универсальный коррозионностойкий деформируемый никелевый сплав», в то время как C276 остается стандартом для чистых восстановительных кислот и самых жестких кислых условий эксплуатации.

Источник: Технический бюллетень Haynes International C2000 H-2014; C276 Технический бюллетень H-2002; Доклад, представленный на выставке CORROSION 2000, NACE.

Каковы химические различия между C2000 и C276?

В C2000 значительно больше хрома (22–24 процента против 14,5–16,5 процента) и немного больше молибдена (15–17 процентов против 15–17 процентов), чем в C276, а также критически важные добавки меди в размере 1,0–1,6 процента, в то время как в C276 содержится 3–4,5 процента вольфрама, чего нет в C2000, что делает C2000 оптимизированным для окислительных сред и C276 оптимизирован для сокращения носителей.

Сравнение химического состава C2000 и C276 показывает фундаментальный компромисс-между окислительной и снижающей кислотостойкостью. Хром является основным пассивирующим элементом: 22-24 процента Cr в C2000 на 50 процентов выше, чем 14,5-16,5 процента Cr в C276, и именно этот более высокий Cr позволяет C2000 сохранять стабильную пассивную пленку в окислительных средах, таких как азотная кислота и хлорид железа. Содержание молибдена в обоих сплавах одинаковое (15–17 процентов), что обеспечивает в обоих случаях превосходную стойкость к хлоридной точечной и щелевой коррозии.

Важнейшим отличительным элементом является медь: добавление в C2000 1,0-1,6% меди является ключевым нововведением, которое повышает производительность в потоках серной кислоты и смешанных кислот. Вольфрам C276 (3-4,5 процента) обеспечивает дополнительную стойкость к точечной коррозии в чистых восстановительных средах, но не присутствует в C2000. Содержание углерода в обоих сплавах чрезвычайно-низко (максимум 0,010 для C276, максимум 0,015 для C2000), что предотвращает сенсибилизацию во время сварки. Оба сплава не содержат добавок ниобия или титана, что сохраняет микроструктуру полностью аустенитной и однофазной, отожженной на раствор.

Таблица 1. Сравнение химического состава (ASTM B575/Спецификации Haynes)

Источник: ASTM B575-24; Haynes International H-2002 (C276) и H-2014 (C2000); Реестр UNS N10200 и N10276.

Как соотносятся механические свойства и температурные пределы?

C2000 и C276 имеют очень схожие механические свойства при комнатной-температуре (предел текучести 283-310 МПа, предел прочности при растяжении 690–760 МПа, удлинение 40–45 процентов), но C2000 имеет немного более высокое содержание хрома, что делает его более восприимчивым к охрупчиванию при температуре выше 400 градусов C в серосодержащей атмосфере, в то время как оба сплава имеют одинаковые максимальные температуры эксплуатации в чистый воздух.

C2000 и C276 представляют собой -отожженные в растворе аустенитные никелевые сплавы со схожими механическими свойствами при комнатной температуре. Предел текучести (смещение 0,2 процента) для обоих сплавов находится в диапазоне 283-310 МПа для пластины и листа в состоянии-отожженного раствора. Предел прочности у обоих составляет 690-760 МПа. Удлинение для обоих сплавов превосходное и составляет 40-45 процентов, что отражает их аустенитную однофазную микроструктуру.

Твердость у обоих одинаковая: 85-95 HRB. Ключевое отличие проявляется при повышенных температурах: C2000 с более высоким содержанием Cr (22-24 процента) более восприимчив к высокотемпературному воздействию серы в восстанавливающих серосодержащих атмосферах, при этом рекомендуемая максимальная температура составляет 400 градусов C в среде, содержащей H2S, по сравнению с 450 градусами C для C276.

В чистом воздухе оба сплава имеют одинаковую максимальную рабочую температуру, составляющую примерно 1040 градусов C. Усталостная стойкость обоих сплавов одинакова, и оба сплава обладают превосходной ударной вязкостью при криогенных температурах до -196 градусов C. Ни один из сплавов не является дисперсионно--твердеющим, поэтому прочность не может быть увеличена за счет термической обработки, выходящей за пределы состояния отжига на раствор.

Таблица 2. Сравнение механических свойств (отжиг в растворе, комнатная температура)

Источник: ASTM B575-24; Таблицы данных Haynes International H-2002 и H-2014; ASME BPVC, раздел II, часть D (2023 г.).

Как C2000 и C276 ведут себя в серной кислоте?

C2000 значительно превосходит C276 в серной кислоте во всем диапазоне концентраций от 10 до 96 процентов, при этом скорость коррозии обычно в 3–10 раз ниже в критическом диапазоне 10–60 процентов, в котором работает большая часть технологического оборудования H2SO4.

Серная кислота является наиболее распространенной промышленной кислотой и наиболее важным применением C2000 по сравнению с C276. Причина кроется в анодном поляризационном поведении каждого сплава в H2SO4. При низких и умеренных концентрациях (10-60 процентов H2SO4) и температурах 50-100 градусов C C276 с высоким содержанием Mo и отсутствием Cu остается в зоне активной коррозии с относительно высокой скоростью коррозии. C2000 с добавкой меди в этих условиях переходит в пассивную область, резко снижая скорость коррозии.

Данные изотермической коррозии Haynes International (H-2014) показывают, что в 10-процентной H2SO4 при 80 градусах C C2000 корродирует со скоростью 0,01–0,05 мм/год, а C276 – со скоростью 0,05–0,15 мм/год. В 50-процентной H2SO4 при 80 градусах C C2000 корродирует со скоростью 0,02–0,08 мм/год, а C276 – со скоростью 0,20–0,50 мм/год. В 96-процентной (дымящей) H2SO4 при 100 градусах C оба сплава работают хорошо (менее 0,05 мм/год), но C2000 сохраняет небольшое преимущество. Это делает C2000 предпочтительным выбором для змеевиков охлаждения серной кислоты, абсорбционных башен, концентраторов кислоты и линий травления во всей химической промышленности.

Таблица 3. Скорость коррозии в серной кислоте (мм в год)

Источник: данные по изотермической коррозии Haynes International H-2002 и H-2014; ASTM G28, метод А; совокупный опыт работы химического завода 1995-2020 гг.

Как C2000 и C276 сравниваются в соляной кислоте?

C276 является предпочтительным выбором для всех концентраций соляной кислоты при всех температурах, поскольку более высокое содержание Mo и W обеспечивает превосходную устойчивость к механизму активной коррозии HCl, тогда как C2000 адекватно работает в разбавленной HCl (ниже 5 процентов), но не рекомендуется для концентрированной HCl при повышенных температурах.

Соляная кислота (HCl) является наиболее агрессивной восстановительной кислотой для никелевых сплавов, поскольку ионы хлорида агрессивно атакуют пассивную пленку, а Мо является основной защитой. И C276, и C2000 имеют одинаковое содержание Mo (15-17 процентов), но C276 имеет дополнительный защитный механизм в виде W (3-4,5 процента), который способствует пассивации в HCl. В C2000 нет W и повышенное содержание Cr, что не помогает в сильно восстановительной среде HCl.

При кипячении 1% HCl C2000 корродирует со скоростью 0,05–0,15 мм/год, что аналогично C276 со скоростью 0,03–0,10 мм/год. При кипячении 5-процентной HCl C2000 корродирует со скоростью 0,20-0,50 мм/год, а C276 - 0,50-1,00 мм/год (C276 немного хуже при этой концентрации из-за более высокого содержания Cr в C276, что не помогает). В 10-процентном растворе HCl при 80 градусах C C2000 корродирует со скоростью 0,10-0,30 мм/год, тогда как C276 корродирует со скоростью 0,20-0,50 мм/год (C2000 здесь фактически лучше из-за добавления меди).

Однако в концентрированной HCl (20–37 процентов) при повышенных температурах стандартным выбором является C276 с добавкой W и более высокой эффективностью Mo, а C2000 не рекомендуется. Для работы с HCl стандартными отраслевыми рекомендациями являются: разбавленная холодная HCl (менее 5 процентов, ниже 50 градусов C), допускается любой сплав; предпочтительна умеренная HCl (5-15 процентов, 50-80 градусов C) C276; Требуется концентрированная HCl (более 20 процентов, любая температура выше комнатной) C276.

Таблица 4. Скорость коррозии в соляной кислоте (мм в год)

Источник: Haynes International H-2002 и H-2014; Справочник ASM, том. 13Коррозия (2003 г.); Полевые данные химического завода.

Как они сравниваются в средах с азотной кислотой и смешанными кислотами?

C2000 с содержанием Cr в 22-24 процента значительно превосходит C276 в азотной кислоте и является очевидным выбором для смешанных кислотных сред, где сосуществуют окислительные и восстановительные соединения, тогда как C276 плохо работает в HNO3 и не должен использоваться для смешанных кислотных потоков.

Азотная кислота (HNO3) является сильной окислительной кислотой, а хром является основным пассивирующим элементом. C2000 с 22-24 процентами Cr образует гораздо более стабильную пассивную пленку в HNO3, чем C276, содержащий всего 14,5-16,5 процентов Cr. При кипении 65-процентной HNO3 C2000 корродирует со скоростью 0,10–0,30 мм/год, а C276 – со скоростью 0,50–1,00 мм/год. Эта разница имеет решающее значение для процессов, в которых используются потоки смешанных кислот, которые являются одними из самых сложных коррозионных сред в химической промышленности. Смешанные кислотные среды (например, смеси HF-HNO3, используемые при травлении нержавеющей стали, или смеси H2SO4-HNO3 при производстве удобрений) содержат одновременно как окислители, так и восстановители.

C276, который превосходно работает в восстановительной среде, на самом деле агрессивно разрушается в окислительных условиях, поскольку содержание в нем Cr недостаточно для поддержания пассивной пленки. C2000 с повышенным содержанием Cr и Cu прекрасно справляется со смешанными средами. В царской водке (3HCl-1HNO3) C2000 корродирует со скоростью 0,10–0,30 мм/год при комнатной температуре, а C276 – со скоростью 0,50–1,50 мм/год. В смешанных травильных растворах HF-HNO3 при 60 градусах C C2000 корродирует со скоростью 0,05-0,15 мм/год, а C276 - со скоростью 0,50-1,00 мм/год. Эти различия делают C2000 стандартным выбором для травильного оборудования, реакторов смешанной кислоты и технологических установок на заводах по производству удобрений.

Таблица 5. Скорость коррозии в азотнокислых и смешанных кислотных средах

Источник: Haynes H-2002 и H-2014; ASTM G28, метод А; Справочник по травлению и обработке поверхности; Справочник материалов для промышленности удобрений.

Как они сравниваются по кислой среде (H2S + хлорид) согласно NACE MR0175?

И C276, и C2000 одобрены в соответствии с NACE MR0175/ISO 15156 для эксплуатации в кислых средах, и оба превосходно работают в суровых кислых средах, но C276 является более консервативным выбором для самых тяжелых условий (присутствие HCl, очень высокое парциальное давление H2S выше 1 МПа), в то время как C2000 отлично подходит для кислых сред без HCl.

Под кислой эксплуатацией подразумеваются нефтегазовые среды, содержащие H2S, растворенный в пластовой воде, который может вызвать сульфидное растрескивание под напряжением (SSC), водородное-растрескивание (HIC) и ориентированное под напряжением-HIC (SOHIC) в чувствительных сплавах. И C276, и C2000 перечислены в NACE MR0175/ISO 15156 как приемлемые для эксплуатации в кислой среде в -отожженном состоянии. C276 является более предпочтительным выбором в самых суровых кислых средах, особенно там, где в пластовой воде присутствует HCl или где парциальное давление H2S превышает 1 МПа.

Содержание вольфрама в C276 обеспечивает дополнительный запас безопасности в таких экстремальных условиях. C2000 одобрен для работы в кислой среде, но обычно его применяют, когда основной проблемой является не только H2S, но и кислотные компоненты (такие как CO2 с органическими кислотами), которые создают смешанную кислотную среду. На практике C2000 успешно используется в оборудовании для переработки высокосернистого газа, где газ содержит как H2S, так и CO2 с органическими кислотами, что представляет собой смешанную кислотную среду, где добавление Cu в C2000 обеспечивает превосходную стойкость.

Для соответствия требованиям NACE оба сплава требуют отжига в растворе и твердости ниже 35 HRC. Для наиболее агрессивных кислых сред с присутствием HCl (например, установок удаления кислых газов или операций кислотной стимуляции) C276 остается стандартным выбором в отрасли.

Таблица 6. Сравнение кислых услуг (NACE MR0175/ISO 15156)

Источник: NACE MR0175/ISO 15156, часть 3 (2020 г.); Бюллетени по обслуживанию кислых продуктов Haynes International C2000 и C276.

Как следует сваривать C2000 и C276?

И C2000, и C276 требуют GTAW с соответствующими присадочными металлами типа ERNiCrMo- (ERNiCrMo-10 для C276, ERNiCrMo-14 для C2000) и строгим контролем тепловложения, но C2000 немного более щаден из-за более высокого содержания Cr, тогда как C276 более чувствителен к выделению интерметаллических фаз в ЗТВ.

Сварка является критически важным этапом при изготовлении оборудования C2000 и C276, поскольку оба сплава чувствительны к тепловому -воздействию в зоне воздействия (ЗТВ), если не контролировать подачу тепла. C276 является более чувствительным из двух сплавов из-за более высокого содержания Mo и W, что способствует выделению мю-фазы и P-фазы в диапазоне 600–1100 градусов Цельсия. Рекомендуемая тепловложение для C276 составляет 0,5–1,5 кДж/мм, температура между проходами ниже 93 градусов C и отсутствие предварительного нагрева. C2000 с более высоким содержанием Cr и Cu немного более терпим к сварочному нагреву, но рекомендуется такой же строгий контроль: тепловложение 0,5–1,5 кДж/мм, межпроходная температура ниже 120 градусов C.

Для C276 присадочным металлом является ERNiCrMo-10 (AWS A5.14, UNS N06059) или ERNiCrMo-4 (UNS N10276). ERNiCrMo-10 имеет меньше Cr, чем ERNiCrMo-4, но лучше соответствует коррозионной стойкости C276. Для C2000 присадочным металлом является ERNiCrMo-14 (AWS A5.14, UNS N06200), который был специально разработан для C2000 и имеет соответствующий состав 23Cr-16Mo-1,5Cu. ERNiCrMo-14 является предпочтительным наполнителем для C2000 и обеспечивает наилучшую коррозионную стойкость металла сварного шва. Термическая обработка после сварки не требуется ни для одного из сплавов в тонких сечениях; для толстых срезов отжиг на раствор при температуре 1120–1175 градусов С (С276) или 1121–1177 градусов С (С2000) с последующей быстрой закалкой в ​​воде восстанавливает оптимальные свойства.

Таблица 7. Параметры сварки для C276 и C2000

Источник: Руководство по сварке Haynes International C276 и C2000; AWS D1.6 Правила сварки конструкций; ASME Раздел IX; АРМ А5.14/А5.14М.

C2000 против C276: когда выбирать какой сплав?

Выбирайте C276 для чистых восстановительных кислот (HCl любой концентрации, разбавленная H2SO4 ниже 10 процентов) и для работы в тяжелых кислых средах с присутствием HCl; выберите C2000 для серной кислоты (10–96 процентов), азотной кислоты, смешанных кислотных сред, царской водки и кислой среды с CO2 плюс органические кислоты; Если вы сомневаетесь в выборе между ними, C2000 является более универсальным выбором.

Выбор между C2000 и C276 должен основываться на конкретной агрессивной среде, а не на стоимости или привычках. Приведенная ниже схема принятия решений основана на доминирующем механизме коррозии в каждом применении: если среда чисто восстановительная (без окисляющих веществ), стандартом является C276 с более высоким значением W и проверенной репутацией; если среда окислительная или смешанная, C2000 с более высоким содержанием Cr и Cu является единственным надежным выбором. Для смешанной кислотной среды выбор очевиден: C2000 — единственный жизнеспособный вариант среди этих двух сплавов.

Для кислой эксплуатации с HCl в пластовой воде предпочтителен C276; для кислой среды без HCl, но с CO2 и органическими кислотами C2000 часто является лучшим выбором. Когда оба сплава технически приемлемы (например, разбавленные кислоты при низкой температуре), более низкая стоимость и более длительный опыт использования C276 делают его выбором по умолчанию. 15-25-процентная надбавка к цене C2000 по сравнению с C276 оправдана только тогда, когда необходимы особые преимущества C2000 (стойкость к окислению/смешанным кислотам).

Таблица 8. Матрица решений: C2000 и C276

Источник: Haynes International H-2002 и H-2014; Справочник ASM, том. 13A; совокупный опыт химической перерабатывающей промышленности 1995-2025 гг.

Практический пример: модернизация концентратора фосфорной кислоты с C276 до C2000

Завод по производству удобрений на Ближнем Востоке модернизировал внутренние компоненты концентратора фосфорной кислоты с C276 до C2000 в 2018 году, сократив ежегодные затраты на техническое обслуживание,-связанные с коррозией, на 55 процентов и увеличив межремонтные интервалы с 2 до 4 лет, что оправдывает 18-процентную надбавку к стоимости материалов в течение 14 месяцев.

На заводе работает концентратор фосфорной кислоты (H3PO4), который увеличивает концентрацию кислоты с 30 до 54-58 процентов при температуре 90-110 градусов C. Процесс включает одновременную концентрацию, испарение и циркуляцию высококоррозионной кислоты, содержащей фторидные примеси (50-200 ppm F-) из сырья, полученного методом мокрого способа производства фосфорной кислоты. Первоначальная спецификация корпуса концентратора, нагревательных трубок и внутренних частей распределителя кислоты была C276. После 6 лет эксплуатации (2012–2018 гг.) проверка показала, что компоненты C276 в паровой секции страдают от умеренной общей коррозии (0,10–0,20 мм/год) и случайной точечной коррозии на границе раздела пар-жидкость.

Скорость коррозии значительно возрастала, когда концентрация кислоты превышала 45 процентов. Анализ отказов показал, что фторидные примеси в кислоте мокрого-технологического процесса в сочетании с окислительной природой горячей концентрированной кислоты создают смешанную окислительно--восстановительную среду, которая является предельной для C276. В ходе капитального ремонта в 2018 году на заводе были заменены внутренние детали паровой секции на трубные решетки C2000 (UNS N10200), распределительные пластины и вспомогательное оборудование. После 4 лет эксплуатации (2018–2022 гг.) проверка показала, что общая скорость коррозии составляет всего 0,01–0,03 мм/год без точечной коррозии, что представляет собой шестикратное улучшение по сравнению с C276 при той же эксплуатации. Стоимость годового обслуживания снизилась с 340 000 долларов до 153 000 долларов. Надбавка за материал в размере 18 процентов (дополнительные затраты примерно 45 000 долларов за 3 тонны) была возмещена за 14 месяцев только за счет сокращения затрат на техническое обслуживание.

Источник: полевой случай, предоставленный клиентом JN Alloy (анонимно); Рекомендации по применению фосфорной кислоты Haynes C2000; Технические данные завода по производству удобрений.

Практический пример: Применение смешанной кислоты на заводе по переработке сернистого газа

Предприятие по переработке высокосернистого газа в Центральной Азии выбрало C2000 вместо C276 в качестве внутренних частей абсорбера установки удаления кислых газов (AGRU), чтобы справляться с сочетанием загрязнений H2S, CO2 и муравьиной кислотой в верхнем погоне регенератора бедных аминов, устраняя трехлетние остановки, вызванные коррозией-, которые преследовали предыдущую установку, оснащенную C276.

Завод по переработке высокосернистого газа перерабатывает газ, содержащий 8 процентов H2S и 12 процентов CO2, производя обедненный раствор амина, который регенерирует погоны, содержащие H2S, CO2, водяной пар и следы муравьиной кислоты (HCOOH) в результате термического разложения аминных растворителей. Верхний конденсатор регенератора и внутренние детали туманоуловителя изначально были изготовлены из C276.

Всего через 18 месяцев эксплуатации на опорных сетчатых сетках каплеулавливателя C276 появились признаки коррозионного растрескивания под напряжением в местах сварных швов, а на трубках конденсатора появились питтинги под-отложениями со скоростью коррозии 0,30–0,50 мм/год. Первопричиной была идентифицирована муравьиная кислота в верхнем потоке: муравьиная кислота представляет собой органическую восстанавливающую кислоту, которая разрушает пассивную пленку C276, в то время как одновременно присутствующие H2S и CO2 создают сложную смешанную кислотную среду.

Анализ коррозионной техники рекомендовал заменить C276 на C2000 для внутренних компонентов AGRU. Ожидалось, что более высокий уровень Cr (23 процента) справится с кислым воздействием H2S-CO2, а добавление Cu (1,6 процента) должно было подавить воздействие муравьиной кислоты. Элементы туманоулавливателя C2000 (UNS N10200), опорное оборудование и трубки конденсатора были установлены в 2019 году. После 5 лет эксплуатации (2019–2024 гг.) проверка не выявила трещин, точечной коррозии и общую скорость коррозии ниже 0,02 мм/год. За 5-летний период на заводе не было незапланированных остановов, связанных с коррозией AGRU, по сравнению со средним показателем 1,2 незапланированных остановов в год на оборудовании C276.

Источник: Рекомендации по применению переработки газа Haynes C2000; SPE-195565-MS тематическое исследование (адаптированное); полевые данные с месторождения высокосернистого газа в Центральной Азии.

Какие стандарты регулируют C2000 и C276?

C2000 и C276 имеют одни и те же стандарты формы продукции ASTM (B575 для пластин, B622 для бесшовных труб, B619 для сварных труб, B574 для стержней, B366 для фитингов), оба приняты в ASME BPVC, раздел VIII, раздел 1 и NACE MR0175/ISO 15156, но C2000 в настоящее время производит меньше заводов, что может повлиять на сроки поставки.

Система стандартов для C2000 (UNS N10200) и C276 (UNS N10276) во многом является общей, поскольку оба сплава относятся к семейству Hastelloy C-семейства никель-молибденовых-хромовых сплавов. Ключевыми стандартами ASTM на продукцию, охватывающими оба сплава, являются: ASTM B575 для пластин, листов и полос; ASTM B622 для бесшовных труб; ASTM B619 для сварных труб; ASTM B626 для сварных труб; ASTM B574 для прутков и стержней; ASTM B564 для поковок; и ASTM B366 для фитингов, приваренных встык-. В разделе II, часть D норм ASME по котлам и сосудам под давлением указаны допустимые значения напряжения для обоих сплавов при температуре до 427 градусов C (800 градусов F) в состоянии -отожженного раствора. Раздел 1 ASME VIII раздел 1 разрешает использовать оба сплава для изготовления сосудов под давлением. В NACE MR0175/ISO 15156, часть 3, перечислены оба сплава для работы в кислой среде в отожженном растворе-состоянии с твердостью ниже 35 HRC.

Важным практическим отличием является доступность поставок: C276 производится несколькими заводами по всему миру (Haynes, VDM, Special Metals и многими заводами в Китае) и широко имеется на складах во всех распространенных размерах. C2000 в основном производится компанией Haynes International и ограниченным числом лицензированных заводов, что делает его менее распространенным на складах и требует более длительного времени выполнения заказа - 12-20 недель для нестандартных размеров. Для графиков проекта эту разницу в поставках следует учитывать при планировании закупок материалов.

Таблица 9. Применимые стандарты для C2000 и C276

Источник: ASTM International 2024; ASME BPVC, издание 2023 г.; NACE MR0175/ISO 15156-3:2020; Хейнс Интернэшнл.

Какова общая стоимость владения C2000 и C276?

Хотя стоимость материалов C2000 на 15–25 процентов выше, чем у C276, при работе со смешанными кислотами и кислыми средами C2000 обеспечивает снижение общих затрат в течение 20 лет на 40–60 процентов за счет меньшего технического обслуживания, более длительных интервалов и устранения незапланированных простоев.

Анализ совокупной стоимости владения должен учитывать-специфическое применение, поскольку относительное значение C2000 и C276 резко меняется в зависимости от агрессивной среды. При работе с чистой восстановительной кислотой, где C276 технически достаточно, выбор C2000 приведет к увеличению стоимости материала на 15–25 процентов без увеличения коррозионной стойкости, что приведет к увеличению совокупной стоимости владения. При работе со смешанными кислотами, где использование C276 является незначительным, выбор C2000 исключает риск преждевременного выхода из строя и обеспечивает снижение затрат на техническое обслуживание на 40–60 процентов.

Пример использования концентратора фосфорной кислоты (раздел 10) демонстрирует это: 18-процентная надбавка за материал была возмещена за 14 месяцев за счет сокращения технического обслуживания. В таблице ниже показаны два репрезентативных сценария совокупной стоимости владения за 20 лет: (1) реактор со смешанной кислотой, где требуется C2000, и (2) теплообменник с разбавленной HCl, где достаточно C276.

Таблица 10. 20-Сравнение совокупной стоимости владения за год: C2000 и C276

Источник: инженерный анализ JN Alloy; совокупные контрольные затраты на техническое обслуживание химического завода на 2018–2024 годы.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Можно ли использовать C2000 в качестве прямой замены C276 в существующем оборудовании?

О: C2000 может заменить C276 в большинстве сред, где C276 работает адекватно или не работает, за одним критическим исключением: C2000 НЕ должен заменять C276 в концентрированной HCl (свыше 20 процентов), где C276 является единственным приемлемым выбором. Во всех других средах C2000 будет работать как минимум так же хорошо, как C276, а в окислительных и смешанных кислотных средах он будет работать значительно лучше. Для принятия решения о замене инженер по коррозии должен сравнить конкретные условия эксплуатации с данными в Таблицах 3-6 и 8.

Вопрос: Почему C2000 продается реже, чем C276?

Ответ: C2000 был представлен компанией Haynes International в 1990-х годах, но никогда не достиг такого же уровня проникновения на рынок, как C276, который используется с 1960-х годов и является выбором по умолчанию для большинства применений с восстановительной кислотой. C276 производится на нескольких заводах по всему миру и широко доступен в стандартных размерах. C2000 в основном производится компанией Haynes International с ограниченным количеством сторонних-производств, что приводит к увеличению времени выполнения заказа (12-20 недель для нестандартных размеров) и более высокой стоимости. Для графиков проекта крайне важно заблаговременно закупить C2000.

Вопрос: Какова максимальная температура C2000 и C276 при работе с H2S?

A: C276 рекомендуется при температуре до 450 градусов C в среде, содержащей H2S-, а C2000 – до 400 градусов C. Эта разница обусловлена более высоким содержанием Cr в C2000, что делает его более восприимчивым к высоко-температурному воздействию серы выше 400 градусов C. Для работы в кислой среде при температуре ниже 232 градусов C (верхний предел NACE MR0175) оба сплава одобрены без температурное ограничение в растворе-отожженном состоянии.

Вопрос: Является ли C2000 лучше, чем C276, в морской воде?

О: Да, C2000 с более высоким содержанием Cr (23 процента против 15 процентов) и Cu (1,6 процента) обеспечивает немного лучшую стойкость в горячей морской воде и в зонах брызг по сравнению с C276. В морской воде при температуре 80 градусов C C2000 обычно демонстрирует общую скорость коррозии ниже 0,02 мм/год без точечной коррозии, тогда как C276 может иметь незначительную точечную коррозию. Однако для морской воды сплавы из сплава 625, сплава 254 SMO или супераустенитные сплавы обычно более экономичны-, если только не присутствуют смешанные кислотные условия.

Вопрос: Можно ли сваривать C2000 и C276 друг с другом?

О: Да, C2000 и C276 можно сваривать друг с другом с использованием присадочного металла ERNiCrMo-10 (UNS N06059), который имеет промежуточный состав между двумя основными металлами. Также можно использовать наполнитель ERNiCrMo-14 (UNS N06200), специально разработанный для C2000, но он имеет немного другое соотношение Cr:Mo. Для сварных швов, отличающихся от C2000 до C276, стандартной рекомендацией является ERNiCrMo-10. Для производственных сварных швов требуется аттестация процедуры согласно разделу IX ASME. Полученный металл сварного шва будет иметь промежуточные свойства между C276 и C2000.

Вопрос: Что такое PREN C2000 и чем он отличается от C276?

A: C2000 имеет PREN (эквивалентное число точечной коррозии) примерно 65–70, рассчитанное как процент Cr (23) + 3.3, умноженный на процент Mo (16) + 16, умноженный на процент N (0), примерно 65–70. C276 имеет PREN примерно 68, рассчитанный как процент Cr (15) + 3.3 умноженный на процент Mo (16) + 3.3 на процент W (3,75) + 16 на процент N (0), примерно 68. Оба сплава имеют очень похожие значения PREN в диапазоне 65-70, что означает, что они имеют одинаковую теоретическую стойкость к хлоридной точечной коррозии. Разница в производительности между C2000 и C276 на практике обусловлена ​​в первую очередь балансом Cr:Cu для окислительных сред, а не только PREN.