Коррозионная стойкость Incoloy 825 в серной кислоте: кривые изо-коррозии и пределы концентрации

Введение

Серная кислота является одним из наиболее часто используемых промышленных химикатов в мире, а также одной из наиболее сложных кислот для выбора материала, поскольку ее коррозионный характер фактически меняется с концентрацией. По данным дистрибьютора сплавов Langley Alloys, сплав INCOLOY 825 был представлен на рынке в 1952 году и создан специально на основе сплава 800 с добавками меди для повышения устойчивости к восстанавливающим кислотам, таким как серная кислота -, что соответствует собственному описанию Special Metals Corporation металлургической роли меди в современном сплаве.

В этой статье используются данные компании Special Metals Corporation о коррозии -, диаграмма коррозии ISO- производителя для сплава 825 в серной кислоте, опубликованные результаты заводских испытаний на коррозию и сравнительные рейтинги с другими никелевыми сплавами -, чтобы дать четкое, количественное представление о том, где именно стойкость сплава 825 к серной кислоте сохраняется, где она снижается и когда следует указать более-легированный материал. вместо этого.

Что придает сплаву 825 устойчивость к серной кислоте?

Устойчивость сплава 825 к серной кислоте обусловлена ​​определенной комбинацией легирующих элементов: никель и молибден устойчивы к восстановительной кислоте, обнаруженной при низких-до-умеренных концентрациях, хром устойчив к окислительной кислоте, обнаруженной при высоких концентрациях, а медь - определяющая добавка сплава - специально направлена ​​на снижение воздействия серной и плавиковой кислоты, с чем никель и молибден сами по себе не полностью справляются.

Серная кислота не ведет себя как однородный коррозионный агент. Согласно собственному справочнику по водной коррозии компании Special Metals, концентрация серной кислоты снижается примерно до 25%; выше этого он начинает приобретать окислительные свойства; и концентрированная кислота с концентрацией выше 87% по массе при комнатной температуре - наиболее распространенный товарный сорт - является полностью окисляющим. Это означает, что один сплав должен противостоять двум различным механизмам коррозии в зависимости от того, в каком диапазоне концентраций он действует, и выбор сплава должен учитывать оба.

Общие рекомендации компании Special Metals по легирующим элементам прямо описывают роль каждого элемента. Никель повышает устойчивость к восстановительным кислотам и щелочам. Молибден повышает стойкость к восстановительным кислотам, а также к точечной и щелевой коррозии в хлорид-содержащих средах. Хром повышает устойчивость к окислительным коррозионным воздействиям. Медь повышает стойкость к восстанавливающим кислотам -, особенно к не-аэрированной серной и плавиковой кислоте -, а добавки меди, особенно в сплавы никеля-хрома-молибдена-железа, описываются как обеспечивающие повышенную стойкость к соляной, фосфорной и серной кислотам. Содержание никеля в сплаве 825 примерно 38–46 %, хрома 19,5–23,5 %, молибдена 2,5–3,5 % и меди 1,5–3,0 % откалибровано так, чтобы охватывать как восстановительный, так и окислительный режимы серной кислоты в одном свариваемом - стабилизированном титаном сплаве.

Что на самом деле показывает диаграмма изо-коррозии сплава 825 в серной кислоте?

Диаграмма изо-коррозии специальных металлов сплава 825 в серной кислоте делит поле концентрации-зависимости-температуры на три диапазона скорости коррозии -- ниже 5 м/год, от 5 до 20 м/год и более 20 м/год -, а зона пригодности сплава ("очень хорошая стойкость") охватывает большую часть концентрации от низких-до-средних при умеренной температуре, резко сужаются по мере приближения концентрации и температуры к кривой-точки кипения.

Диаграмма изо-коррозии отображает скорость коррозии как функцию одновременно двух переменных: - концентрации кислоты (горизонтальная ось, 0–100 % по массе) и температуры (вертикальная ось, от температуры окружающей среды до точки кипения кислоты при каждой концентрации). Линии на диаграмме соединяют точки с одинаковой скоростью коррозии, поэтому их называют линиями изо-коррозии (одинаковой-коррозии). Читать один из них просто: найдите температуру процесса на вертикальной оси и концентрацию кислоты на горизонтальной оси; зона, в которую попадает ваша точка, указывает ожидаемый диапазон скорости коррозии для отожженного сплава 825 в относительно чистой, незагрязненной -кислоте.

Источник: Special Metals Corporation, Высокоэффективные-сплавы для устойчивости к водной коррозии (Справочник по водной коррозии), рисунок 2 - Изо-диаграмма коррозии для сплава INCOLOY 825 в серной кислоте.

Компания Special Metals прямо указывает практический рабочий диапазон сплава, а не требует от читателя интерполировать диаграмму на глаз. Согласно результатам испытаний и опыту эксплуатации, сплав 825 должен иметь очень хорошую стойкость (менее 5 МПа) в растворах серной кислоты с концентрацией от 40% до 80% по весу при температуре 120 градусов F (50 градусов). В той же публикации отмечается, что стойкость сплава распространяется на весь диапазон концентраций при температуре до 150 градусов F (65 градусов) и до концентрации 78% при 176 градусах F (80 градусов).

Производитель старается добавить важное предостережение непосредственно рядом с этими данными: серьезные отклонения от этого поведения могут возникнуть в присутствии загрязняющих веществ, которые часто встречаются в кислотах средней-концентрации в реальных химических процессах -; напоминание о том, что диаграммы изо-коррозии описывают чистую или почти-чистую лабораторную кислоту, а не обязательно заводские условия.

Источник: Special Metals Corporation, Справочник по водной коррозии, текст раздела, посвященного серной кислоте, к рисунку 2.

Насколько реальная скорость коррозии предприятия соотносится с диаграммой коррозии Iso-?

Фактические скорости коррозии сплава 825 в промышленной серной кислоте и смешанных-кислотных средах в подавляющем большинстве задокументированных случаев намного ниже уже -консервативного порога в 5 млн лет в год - часто на один или два порядка -, поскольку большинство реальных процессов протекают при более низкой эффективной жесткости, чем лабораторные условия чистой-кислоты, использованные для построения диаграммы изо{7}}коррозии.

Компания Special Metals публикует подробную таблицу результатов полевых-испытаний на коррозию сплава 825 в самых разных промышленных средах, где используется серная кислота и смешанная-кислота, некоторые из которых воспроизведены ниже. Картина постоянна: даже кислоты в диапазоне концентраций 40–90%+, при температурах значительно выше температуры окружающей среды, часто приводят к скорости коррозии ниже 1 млн лет в год при эксплуатации - полезное напоминание о том, что диаграмма изо-коррозии является консервативным инструментом отбора материалов, а не точным предсказателем скорости коррозии какого-либо конкретного предприятия.

Источник: Special Metals Corporation, Справочник по водной коррозии, таблица 4 - Заводские коррозионные испытания сплава INCOLOY 825 в растворах серной и смешанной кислоты (сокращенный выбор).

Две записи заслуживают особого внимания, поскольку они иллюстрируют действительно полезный, но не-очевидный момент: в чистящем растворе, содержащем 20 % кислоты и 4 % дихромата натрия, скорость коррозии (19 млн лет в год) находится прямо на краю полосы "полезного сопротивления", несмотря на относительно разбавленную концентрацию кислоты, поскольку дихромат представляет собой сильную окислительную соль, реагирующую с химическим составом сплава, частично настроенным на снижение-кислотной активности. Это прямая, реальная-демонстрация зависящего от концентрации-восстанавливающего/окислительного характера, обсуждавшегося выше. - разбавленная кислота не становится автоматически мягкой кислотой после добавления окисляющих примесей.

Чем сплав 825 отличается от других никелевых сплавов в серной кислоте?

В разбавленной серной кислоте (концентрация ниже 50%) сплав 825 по существу имеет лучшую стойкость среди линейки никелевых сплавов Special Metals, наряду со сплавом INCONEL 686 и сплавом INCONEL G-3; в концентрированной кислоте (более 50%) сплав 825 отстает от сплавов с более высоким-молибденом и высоким содержанием хрома 686, С-276, 622 и 625, именно в этом порядке.

Компания Special Metals напрямую оценивает устойчивость своих сплавов к серной кислоте, используя изо-линию коррозии 20 млн лет в год (0,51 мм/год) в качестве основы для сравнения, поскольку одно-пороговое значение легче ранжировать для нескольких сплавов, чем сравнивать полные таблицы. Рейтинги существенно различаются в зависимости от того, к какой стороне окислительно-восстановительного перехода серной кислоты относится приложение -, что само по себе является полезным и честным открытием: ни один сплав в этом семействе не является безоговорочно «лучшим» во всем диапазоне концентраций.

Источник: Special Metals Corporation, Справочник по водной коррозии, рисунок 4 - Сравнительное поведение сплавов Ni-Cr-Mo в серной кислоте (сводка изо-коррозии при 20 млн лет в год).

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%), при высоких-температурах, окисляющих кислотах - или при наличии значительного загрязнения хлоридами - более-легированные и более дорогие-ценные марки получают премию.

Что происходит, когда в потоке серной кислоты присутствуют хлориды?

Сплав 825 замечательно переносит периодическое или умеренное воздействие хлоридов в серной кислоте -, включая добавки каменной-соли, используемые в операциях травления -, но для непрерывного, полностью погруженного воздействия серной кислоты, загрязненной хлоридами-, собственная литература Special Metals рекомендует перейти к сплаву с более высоким-молибденом, например C-276, 622, 625 или 686.

Компания Special Metals ясно заявляет об этом различии: в тех случаях, когда присутствуют хлориды, например, при добавлении каменной соли в серные травильные ванны, сплав INCOLOY 825 отлично себя зарекомендовал, а присутствие окислительных солей, отличных от хлорида, действительно положительно влияет на стойкость сплава.

Однако в тех случаях, когда объект постоянно находится в среде, -загрязненной хлоридами, требуются сплавы с более высоким-молибденом - сплавы INCONEL C-276, 622, 625 или 686 -. Это согласуется с общей ролью молибдена в этом семействе сплавов: он особенно улучшает стойкость к точечной и щелевой коррозии в хлорид-содержащих средах, а содержание молибдена в сплаве 825 (2,5–3,5 %), хотя и достаточное для периодического воздействия, ниже, чем 9–16 %, обнаруженное в «суперсплавах» Ni-Cr-Mo, созданных для непрерывной работы с хлоридами.

• Периодическое или низкое-воздействие хлоридов в сернокислотном сплаве - 825, как правило, является достаточным.
• Каменная соль или аналогичные добавки хлоридов в травильных-ваннах - задокументированы как превосходные свойства сплава 825.
• При непрерывном, полном погружении в серную кислоту,-загрязненную хлоридами, - вместо этого используйте сплав с более высоким-молибденом (C-276, 622, 625 или 686).

Каков полный химический состав Incoloy 825?

Сплав 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) имеет содержание никеля 38,0–46,0 %, хрома 19,5–23,5 %, железа минимум 22,0 %, молибдена 2,5–3,5 %, меди 1,5–3,0 % и титана 0,6–1,2 %, с предельным содержанием углерода 0,05 %. риск сенсибилизации.

Источник: Special Metals Corporation, технический бюллетень по сплаву INCOLOY 825 (Таблица 1 - Предельный химический состав), перекрестная-проверка по опубликованным спецификациям на полосу сплава INCOLOY 825 компании Elgiloy Specialty Metals.

Низкое содержание углерода (макс. 0,05 %) в сочетании со стабилизацией титана позволяет использовать сплав 825 в состоянии-сварки без обязательного после-отжига раствора в большинстве случаев применения. - Титан преимущественно связывает углерод в виде карбида титана, защищая границы зерен от сенсибилизации, вызванной{-карбидом-хрома, которая вредит не-стабилизированным материалам. аустенитные нержавеющие стали. Это существенное преимущество в изготовлении и стоимости по сравнению с нержавеющими сталями серии 300-, работающими в кислых средах, где послесварочная термообработка часто неизбежна.

Когда следует выбирать сплав 825, а не вариант с более высоким-сплавом для работы с серной кислотой?

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-мегапиксельные полосы.

Технологические трубопроводы и емкости для разбавленной и промежуточной серной кислоты из сплава 825 -; ванны сернокислого травления, в том числе с каменной-солью или аналогичными периодическими добавками хлоридов; смешанные потоки серной/фосфорной кислоты; общее оборудование для производства кислоты и контроля загрязнения-; переработка ядерного топлива и обращение с радиоактивными отходами, где история 825 в процессах растворения типа Sulfex- хорошо задокументирована.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), горячая серная кислота; непрерывное погружение в серную кислоту, загрязненную хлоридами-; услуги, где изо-диаграмма коррозии 825 показывает сочетание кислоты и температуры, находящееся выше линии 5 млн лет в год.

Сплав INCOLOY 25-6MO - — альтернатива супераустенитной нержавеющей стали, которую стоит оценить специально для разбавленных (<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.

Примечание о закупках, о котором стоит сказать прямо: диаграмма изо-коррозии описывает поведение в относительно чистой или слегка смешанной кислоте в лабораторных условиях. Сама компания Special Metals предупреждает, что серьезные отклонения могут возникнуть при наличии примесей, характерных для реальных химических процессов. Прежде чем завершить выбор материала для конкретного технологического потока, запросите или проведите купонное испытание на коррозию в реальной технологической жидкости, а не полагайтесь только на диаграмму изо-коррозии для пограничного применения.

Часто задаваемые вопросы

Q: Какую максимальную концентрацию серной кислоты выдерживает сплав 825?

A: Это полностью зависит от температуры. При температуре до 150 градусов F (65 градусов) сплав 825 сохраняет очень хорошую стойкость (<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: Почему медь особенно способствует устойчивости к серной кислоте?

A: Добавление меди в сплавы никеля-хрома-молибдена-железа задокументировано компанией Special Metals для повышения стойкости, в частности, к восстанавливающим кислотам - серной, фосфорной и соляной - механизм, отличный от роли хрома в сопротивлении окислительным кислотам. Поскольку серная кислота восстанавливается при концентрации ниже примерно 25% и окисляется при концентрации выше примерно 50%, медь и хром эффективно делят диапазон концентраций между собой в составе сплава 825.

Q: Нужна ли сплаву 825 термообработка после-сварки перед использованием в серной кислоте?

A: Вообще нет. Сплав 825 стабилизирован против сенсибилизации за счет добавления титана, что позволяет использовать его в-состоянии сварки в большинстве случаев без обязательного после-отжига раствора для сварки -, что является преимуществом перед не-стабилизированными аустенитными нержавеющими сталями, которые обычно требуют термической обработки для восстановления стойкости к межкристаллитной коррозии после сварки.

Q: Является ли сплав 825 или сплав Ni-Cr-Mo, такой как 625, лучшим экономическим выбором для серной кислоты?

A: Для разбавленной серной кислоты с концентрацией ниже 50 % сплав 825 обеспечивает стойкость, по существу, равную значительно более дорогим сплавам, таким как INCONEL 686, что делает его более экономически-эффективным выбором в этом диапазоне. При концентрации выше 50 % или при постоянном загрязнении хлоридами сплавы с более высоким-молибденом значительно превосходят сплав 825, поэтому дополнительные затраты обычно оправданы.

Q: Можно ли использовать сплав 825 в присутствии серной кислоты и хлоридов?

A: Да, во многих случаях компания - Special Metals документально подтверждает отличную работу сплава 825 в сернокислых травильных ваннах с добавками каменной-соли (хлорида). Предостережение относится, в частности, к постоянному, полностью погруженному воздействию серной кислоты, загрязненной хлоридами-, где вместо этого рекомендуется использовать сплав с более высоким-молибденом.