Incoloy 825 Corrosiebestendigheid in zwavelzuur: ISO-corrosiecurven en concentratiegrenzen

Invoering

Zwavelzuur is een van de meest gebruikte industriële chemicaliën ter wereld, en het is ook een van de meer complexe zuren waartegen je een materiaal moet selecteren, omdat het corrosieve karakter ervan feitelijk verandert met de concentratie. Volgens legeringsdistributeur Langley Alloys werd INCOLOY-legering 825 in 1952 op de markt geïntroduceerd, specifiek gebouwd op de legering 800-basis met kopertoevoegingen om de weerstand tegen reducerende zuren zoals zwavelzuur te verbeteren - een claim die consistent is met de eigen beschrijving van Special Metals Corporation van de hedendaagse metallurgische rol van koper in de legering.

Dit artikel is rechtstreeks gebaseerd op de eigen watercorrosiegegevens van Special Metals Corporation - de iso--corrosietabel van de fabrikant voor legering 825 in zwavelzuur, de gepubliceerde fabriekscorrosietestresultaten en de vergelijkende rangschikking met andere nikkellegeringen - om een helder, gekwantificeerd beeld te geven van precies waar de zwavelzuurbestendigheid van legering 825 standhoudt, waar deze afneemt en wanneer een hoger- gelegeerd materiaal moet worden gespecificeerd in plaats daarvan.

Wat geeft legering 825 zijn zwavelzuurbestendigheid?

De weerstand van Legering 825 tegen zwavelzuur komt voort uit een specifieke combinatie van legeringselementen: nikkel en molybdeen zijn bestand tegen het reducerende zuur dat wordt aangetroffen bij lage- tot- gematigde concentraties, chroom is bestand tegen het oxiderende zuur dat wordt aangetroffen bij hoge concentraties, en koper - de bepalende toevoeging van de legering - is specifiek gericht op het verminderen van de aantasting door zwavelzuur en fluorwaterstofzuur, die nikkel en molybdeen alleen niet volledig kunnen aanpakken.

Zwavelzuur gedraagt ​​zich niet als een enkelvoudig, uniform corrosief middel. Volgens het eigen watercorrosiehandboek van Special Metals neemt de concentratie van zwavelzuur af tot ongeveer 25%; daarboven begint het oxiderende eigenschappen aan te nemen; en geconcentreerd zuur boven 87 gewichtsprocent bij kamertemperatuur - de meest voorkomende commerciële kwaliteit - is volledig oxiderend. Dit betekent dat een enkele legering twee verschillende corrosiemechanismen moet weerstaan, afhankelijk van waar in het concentratiebereik deze actief is, en dat bij de keuze van de legering rekening moet worden gehouden met beide.

De algemene richtlijnen van Special Metals over legeringselementen gaan direct over de rol van elk element. Nikkel verbetert de weerstand tegen reducerende zuren en bijtende stoffen. Molybdeen verbetert de weerstand tegen reducerende zuren en tegen putcorrosie en spleetcorrosie in chloride-houdende omgevingen. Chroom verbetert de weerstand tegen oxiderende corrosieve stoffen. Koper verbetert de weerstand tegen reducerende zuren - met name niet-belucht zwavelzuur en fluorwaterstofzuur - en kopertoevoegingen specifiek aan nikkel-chroom-molybdeen-ijzerlegeringen worden beschreven als verbeterde weerstand tegen zoutzuur, fosforzuur en zwavelzuur. De ruwweg 38-46% nikkel, 19,5-23,5% chroom, 2,5-3,5% molybdeen en 1,5-3,0% koper van Legering 825 zijn gekalibreerd om zowel het reducerende als het oxiderende regime van zwavelzuur te dekken binnen één enkele, lasbare, titanium-gestabiliseerde legering.

Wat laat de ISO-corrosiegrafiek voor legering 825 in zwavelzuur feitelijk zien?

Het iso-corrosiediagram van Special Metals voor legering 825 in zwavelzuur verdeelt het concentratieveld-versus-het temperatuurveld in drie corrosie-snelheidsbanden - onder 5 mpy, 5 tot 20 mpy en boven 20 mpy - en de bruikbare ('zeer goede weerstand') zone van de legering bestrijkt de meeste lage-tot-gemiddelde concentraties bij gematigde temperaturen, die scherp afnemen naarmate zowel de concentratie als de temperatuur de kook-puntcurve naderen.

Een iso-corrosiegrafiek geeft de corrosiesnelheid weer als een functie van twee variabelen tegelijk - zuurconcentratie (horizontale as, 0–100% per gewicht) en temperatuur (verticale as, van omgevingstemperatuur tot aan het kookpunt van het zuur bij elke concentratie). Lijnen op de kaart verbinden punten met een gelijke corrosiesnelheid. Daarom worden ze iso-corrosielijnen (zelfde-corrosie) genoemd. Het lezen ervan is eenvoudig: vind uw procestemperatuur op de verticale as en uw zuurconcentratie op de horizontale as; de zone waarin uw punt valt, vertelt u de verwachte corrosiesnelheidsband voor gegloeide legering 825 in relatief zuiver, niet-verontreinigd zuur.

Bron: Special Metals Corporation, High{0}} Alloys for Resistance to Water Corrosion (Aqueous Corrosion Handbook), Figuur 2 - Iso-corrosiegrafiek voor INCOLOY-legering 825 in zwavelzuur.

Special Metals vermeldt het praktische werkingsbereik van de legering rechtstreeks in plaats van dat de lezer de kaart met het oog hoeft te interpoleren. Gebaseerd op testresultaten en service-ervaring zou legering 825 een zeer goede weerstand moeten hebben (minder dan 5 mpy) in zwavelzuuroplossingen tussen 40% en 80% gewichtsconcentratie bij 120 graden F (50 graden). In dezelfde publicatie wordt opgemerkt dat de weerstand van de legering zich uitstrekt over het volledige concentratiebereik bij temperaturen tot 150 graden F (65 graden), en tot 78% concentratie bij 176 graden F (80 graden).

De fabrikant is voorzichtig met het plaatsen van een belangrijk voorbehoud direct naast deze gegevens: ernstige afwijkingen van dit gedrag kunnen optreden in de aanwezigheid van verontreinigingen, die gebruikelijk zijn bij zuur met middelmatige- sterkte in echte chemische processen - een herinnering dat iso-corrosiediagrammen puur of bijna- puur laboratoriumzuur beschrijven, en niet noodzakelijkerwijs de fabrieksomstandigheden.

Bron: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, sectietekst Zwavelzuur bij figuur 2.

Hoe verhouden de corrosiepercentages in echte installaties zich tot de Iso-corrosiegrafiek?

De werkelijke veldcorrosiesnelheden voor legering 825 in industrieel zwavelzuur en gemengde- zuurtoepassingen liggen in de grote meerderheid van de gedocumenteerde gevallen ver onder de toch al -conservatieve drempel van 5 mpy in de grafiek -, vaak met een of twee ordes van grootte - omdat de meeste echte processen een lagere effectieve ernst hebben dan de zuivere -zure laboratoriumomstandigheden die zijn gebruikt om de iso--corrosiegrafiek te maken.

Special Metals publiceert een uitgebreide tabel met veldcorrosietestresultaten- voor legering 825 in een grote verscheidenheid aan actuele zwavelzuur- en gemengde-zure fabrieksomgevingen, waarvan er hieronder een aantal worden weergegeven. Het patroon is consistent: zelfs zuren in het concentratiebereik van meer dan 40-90%, bij temperaturen ver boven de omgevingstemperatuur, retourneren tijdens gebruik vaak een corrosiesnelheid van minder dan 1 mpy - een nuttige herinnering dat de iso-corrosiegrafiek een conservatief screeningsinstrument is voor materiaalselectie, en geen nauwkeurige voorspeller van de corrosiesnelheid van een specifieke fabriek.

Bron: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Tabel 4 - Fabriekscorrosietests van INCOLOY-legering 825 in zwavelzuur- en gemengde zuuroplossingen (verkorte selectie).

Twee vermeldingen zijn de moeite waard om specifiek te markeren omdat ze een werkelijk nuttig, niet-voor de hand liggend punt illustreren: in de reinigingsoplossing met 20% zuur plus 4% natriumdichromaat bevindt de corrosiesnelheid (19 mpy) zich precies aan de rand van de 'nuttige weerstand'-band, ondanks een relatief verdunde zuurconcentratie, omdat het dichromaat een sterk oxiderend zout is dat reageert met een legeringschemie die gedeeltelijk is afgestemd op het verminderen van- de zure werking. Dit is een directe demonstratie uit de praktijk- van het concentratie-afhankelijke reducerende/oxiderende karakter dat hierboven is besproken. - Verdund zuur is niet automatisch een mild zuur zodra oxiderende verontreinigingen worden toegevoegd.

Hoe verhoudt legering 825 zich tot andere nikkellegeringen in zwavelzuur?

In verdund zwavelzuur (minder dan 50% concentratie) is legering 825 in essentie gebonden voor de beste weerstand onder de nikkellegeringen van Special Metals, naast INCONEL-legering 686 en INCONEL-legering G-3; in geconcentreerd zuur (meer dan 50%) blijft legering 825 achter op het hogere-molybdeen, de hogere chroomlegeringen 686, C-276, 622 en 625, in die volgorde.

Special Metals rangschikt de zwavelzuurbestendigheid van zijn legeringen rechtstreeks met behulp van de 20 mpy (0,51 mm/a) iso-corrosielijn als vergelijkingsbasis, omdat een enkele-waardedrempel gemakkelijker over meerdere legeringen kan worden gerangschikt dan het vergelijken van volledige grafieken. De rangschikkingen verschillen aanzienlijk, afhankelijk van aan welke kant van de reducerende/oxiderende overgang van zwavelzuur de toepassing valt -, wat op zichzelf een nuttige, eerlijke bevinding is: geen enkele legering in deze familie is onvoorwaardelijk 'de beste' over het hele concentratiebereik.

Bron: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, figuur 4 - Vergelijkend gedrag van Ni-Cr-Mo-legeringen in zwavelzuur (20 mpy iso-corrosieoverzicht).

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%), hoge- temperatuur, oxiderend zuur - of zodra significante chlorideverontreiniging aanwezig is - hoe hoger-gelegeerde, hogere- kostenklassen hun premie verdienen.

Wat gebeurt er als chloriden aanwezig zijn in de zwavelzuurstroom?

Legering 825 tolereert intermitterende of matige blootstelling aan chloride in zwavelzuur opmerkelijk goed - inclusief steen-zouttoevoegingen die worden gebruikt bij beitsbewerkingen - maar voor continue, volledig ondergedompelde blootstelling aan met chloride-verontreinigd zwavelzuur, beveelt de eigen literatuur van Special Metals aan om over te stappen op een hogere- molybdeenlegering zoals C-276, 622, 625, of 686.

Special Metals maakt dit onderscheid duidelijk: in toepassingen waar chloriden aanwezig zijn, zoals steenzouttoevoegingen aan zwavelhoudende beitsbaden, heeft INCOLOY-legering 825 uitstekende prestaties geleverd, en de aanwezigheid van andere oxiderende zouten dan chloride is feitelijk gunstig voor de weerstand van de legering.

Bij toepassingen waarbij de blootstelling echter voortdurend wordt ondergedompeld in met chloride-verontreinigde omstandigheden, zijn de hogere-molybdeenlegeringen - INCONEL-legeringen C-276, 622, 625 of 686 - vereist. Dit komt overeen met de algemene rol van molybdeen in deze legeringsfamilie: het verbetert specifiek de weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie in chloridehoudende omgevingen, en het molybdeengehalte van legering 825 van 2,5-3,5%, hoewel voldoende voor periodieke blootstelling, is lager dan de 9-16% die wordt aangetroffen in de Ni-Cr-Mo 'superlegeringen' die zijn gebouwd voor continue chloridegebruik.

• Intermitterende of lage- blootstelling aan chloride in zwavelzuur - legering 825 is over het algemeen voldoende.
• Steenzout of soortgelijke chloridetoevoegingen bij het beitsen-badchemie - gedocumenteerd als uitstekende service voor legering 825.
• Voor continue, volledig ondergedompelde blootstelling aan met chloride-verontreinigd zwavelzuur - wordt in plaats daarvan een hogere- molybdeenlegering (C-276, 622, 625 of 686) voorgeschreven.

Wat is de volledige chemische samenstelling van Incoloy 825?

Legering 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) is gespecificeerd met 38,0–46,0% nikkel, 19,5–23,5% chroom, 22,0% minimaal ijzer, 2,5–3,5% molybdeen, 1,5–3,0% koper en 0,6–1,2% titanium, met een koolstoflimiet van 0,05% om de limiet te beperken sensibiliseringsrisico.

Bron: Special Metals Corporation, INCOLOY legering 825 technisch bulletin (Tabel 1 - Beperkende chemische samenstelling), kruis-gecontroleerd aan de hand van het door Elgiloy Specialty Metals gepubliceerde INCOLOY legering 825 stripgegevensblad.

Het lage koolstofplafond (max. 0,05%) in combinatie met titaniumstabilisatie zorgt ervoor dat legering 825 kan worden gebruikt in de-gelaste toestand zonder een verplichte post-lasoplossing-gloeien in de meeste toepassingen. - Titanium bindt koolstof bij voorkeur vast als titaniumcarbide, waardoor de korrelgrenzen worden beschermd tegen de chroom-carbide--aangedreven sensibilisatie die niet-gestabiliseerd is austenitische roestvaste staalsoorten. Dit is een aanzienlijk fabricage- en kostenvoordeel ten opzichte van roestvrij staal uit de 300-serie in zure omgevingen, waar warmtebehandeling na het lassen vaak onvermijdelijk is.

Wanneer moet u legering 825 specificeren versus een hogere- legeringsoptie voor zwavelzuurservice?

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-banden.

Gelegeerde 825 - procesleidingen en vaten voor verdund en middelmatig zwavelzuur; beitsbaden met zwavelzuur, inclusief die met steen-zout of soortgelijke periodieke toevoegingen van chloride; gemengde zwavelzuur/fosforzuurstromen; algemene apparatuur voor de controle van zuurproductie en vervuiling-; de opwerking van splijtstof en de verwerking van radioactief afval, waarbij de geschiedenis van 825 in de oplossingsprocessen van het Sulfex--type goed gedocumenteerd is.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), heet zwavelzuur; continue onderdompeling in met chloride-verontreinigd zwavelzuur; diensten waarbij de iso-corrosiegrafiek van 825 de zuur/temperatuur-combinatie boven de 5 mpy-lijn laat zien.

INCOLOY-legering 25-6MO - een super-austenitisch roestvrij alternatief dat de moeite waard is om specifiek te evalueren voor verdunde (<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.

Een aanbestedingsnota die de moeite waard is om duidelijk te vermelden: de iso-corrosiegrafiek beschrijft het gedrag van relatief zuiver of licht gemengd zuur onder laboratoriumomstandigheden. Special Metals waarschuwt zelf dat er ernstige afwijkingen kunnen optreden in de aanwezigheid van verontreinigingen die gebruikelijk zijn in echte chemische processen. Voordat u de materiaalkeuze voor een specifieke processtroom voltooit, kunt u corrosiecoupontests aanvragen of uitvoeren in de daadwerkelijke procesvloeistof, in plaats van alleen te vertrouwen op het iso-corrosiediagram voor een grenstoepassing.

Veelgestelde vragen

Q: Wat is de maximale zwavelzuurconcentratie die legering 825 aankan?

A: Het hangt volledig af van de temperatuur. Bij temperaturen tot 150 graden F (65 graden) behoudt legering 825 een zeer goede weerstand (<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: Waarom helpt koper specifiek bij de weerstand tegen zwavelzuur?

A: Kopertoevoegingen aan nikkel-chroom-molybdeen-ijzerlegeringen zijn gedocumenteerd door Special Metals om de weerstand specifiek te verbeteren tegen reducerende zuren - zwavelzuur, fosforzuur en zoutzuur - een mechanisme dat verschilt van de rol van chroom bij het weerstaan ​​van oxiderende zuren. Omdat zwavelzuur onder een concentratie van ongeveer 25% reduceert en boven ongeveer 50% oxideert, verdelen koper en chroom effectief het concentratiebereik onderling binnen de samenstelling van legering 825.

Q: Heeft legering 825 na-het lassen een warmtebehandeling nodig voordat het in zwavelzuur kan worden gebruikt?

A: Over het algemeen nee. Legering 825 is gestabiliseerd tegen sensibilisatie door de toevoeging van titanium, waardoor het kan worden gebruikt in de-gelaste toestand in de meeste toepassingen zonder een verplichte post-lasoplossing-gloeien - een voordeel ten opzichte van niet-gestabiliseerde austenitische roestvaste staalsoorten, die doorgaans een warmtebehandeling vereisen om de intergranulaire corrosieweerstand na het lassen te herstellen.

Q: Is legering 825 of een Ni-Cr-Mo-legering zoals 625 de betere economische keuze voor zwavelzuur?

A: Voor verdund zwavelzuur onder een concentratie van ongeveer 50% biedt legering 825 weerstand die in wezen gelijk is aan aanzienlijk duurdere legeringen zoals INCONEL 686, waardoor het de meer kosten-effectievere keuze in dat bereik is. Boven een concentratie van 50%, of bij continue chlorideverontreiniging, presteren de hogere- molybdeenlegeringen aanzienlijk beter dan legering 825 zodat de extra kosten doorgaans gerechtvaardigd zijn.

Q: Kan legering 825 worden gebruikt waar zwavelzuur en chloriden beide aanwezig zijn?

A: Ja, in veel gevallen documenteert - Special Metals een uitstekende service voor legering 825 in zwavelbeitsbaden met toevoeging van steen-zout(chloride). De waarschuwing geldt specifiek voor continue, volledig ondergedompelde blootstelling aan met chloride-verontreinigd zwavelzuur, waarbij in plaats daarvan een hogere-molybdeenlegering wordt aanbevolen.