В1: Какъв е химичният състав на шестоъгълната лента Hastelloy B-2 и какво я отличава от другите никелови сплави?
A:Hastelloy B-2 е подсилена с твърд разтвор никел-молибденова сплав, специално разработена за максимална устойчивост на солна киселина и други силно редуциращи среди. Стандартният химичен състав на шестоъгълник B-2, както е посочено в ASTM B574 и ASME SB‑574, е приблизително:Никел (баланс, обикновено по-голям или равен на 68%), молибден 26,0–30,0%, желязо по-малко или равно на 2,0%, хром по-малко или равно на 1,0%, манган по-малко или равно на 1,0%, силиций по-малко или равно на 0,10%, въглерод по-малко или равно на 0,02%, кобалт по-малко или равно на 1,0%и следи от фосфор и сяра (всяко по-малко или равно на 0,025%).
Това, което прави Hastelloy B-2 различна от другите никелови сплави - особено C‑серията (C-276, C-22) и B‑3 - е нейнатаизключително ниско съдържание на хром(По-малко или равно на 1,0%) в комбинация с високо съдържание на молибден (26–30%). Хромът умишлено е сведен до минимум, тъй като в силно редуциращи киселини като солна киселина, хромът може действително да влоши корозионните характеристики чрез образуване на по-малко стабилни пасивни филми или чрез насърчаване на локализирана атака. Високото съдържание на молибден осигурява изключителна устойчивост на точкова корозия, цепнатина и равномерна атака в горещи, концентрирани разтвори на HCl.
В сравнение с Hastelloy B-3 (който съдържа 1,5–3,0% желязо и по-малко или равно на 0,01% въглерод), B-2 има малко по-ниско съдържание на желязо (по-малко или равно на 2,0%) и по-висок допустим въглерод (по-малко или равно на 0,02%). Критичната разлика обаче етермична стабилност: B-2 е силно податлив на утаяване на крехки интерметални фази (Ni₄Mo и Ni₃Mo), когато е изложен на температури в диапазона от 600–900 градуса (1110–1650 градуса F). B-3 е разработен специално за преодоляване на това ограничение. Шестоъгълната прътова форма обикновено се произвежда чрез горещо валцуване или коване на заготовка, последвано от студено изтегляне или шлайфане, за да се постигне прецизно шестоъгълно напречно сечение (размери на напречните плоскости от 6 mm до 100 mm или повече). Шестоъгълната форма позволява лесно захващане в гаечни ключове и обикновено се използва за крепежни елементи и фитинги.
В2: В кои приложения се използва шестоъгълна шина Hastelloy B-2 и защо шестоъгълната форма е изгодна?
A:Hastelloy B-2 шестоъгълник се използва предимно в приложения, изискващимашинно обработени крепежни елементи, фитинги и компонентикоито трябва да издържат на концентрирана солна киселина, гореща сярна киселина (до 60%), фосфорна киселина или други силно редуциращи среди. Шестоъгълната форма предлага специфични предимства пред кръгли пръти или други профили:
Болтове, шпилки и винтове– B-2 шестоъгълник е машинно обработен или със студена -глава в болтове с шестостенна-глава, винтове с вътрешен ключ и шпилки, използвани за сглобяване на реактори, топлообменници, резервоари за ецване и тръбопроводни системи, работещи с HCl. Шестоъгълната глава позволява лесно затягане със стандартни гаечни ключове, дори в ограничени пространства. Високата якост на сплавта (якост на опън По-голяма или равна на 750 MPa / 109 ksi) и устойчивостта на корозия осигуряват надеждна сила на затягане без протриване (когато е правилно смазана) или корозионно напукване под напрежение.
Шестостенни гайки– Гайките, изработени от B-2 шестограмна щанга (или от кръгла греда, която след това е шестоъгълна), осигуряват закрепване с резба за B-2 или други съвместими болтове. Шестоъгълната форма позволява прилагане на въртящ момент без заобляне, което е особено важно при киселинни услуги, където може да се наложи разглобяване след години на излагане.
Фитинги (шестостенни нипели, съединители, адаптери)– В линиите за пренос на солна киселина, шестоъгълната щанга се обработва в шестостенни нипели (къси тръбни секции с мъжки резби в двата края) и шестостенни съединители (женски резби в двата края). Шестоъгълната средна -секция осигурява повърхност за захващане на гаечните ключове по време на монтаж и демонтаж. Тези фитинги са често срещани в инструменталните линии с малък{3}}диаметър (1/4″ до 1″ NPT), където устойчивостта на корозия на B-2 е от съществено значение.
Стъбла на клапани и шпилки на капака– При устойчиви на корозия вентили, работещи с HCl, стеблото (което се движи нагоре и надолу, за да контролира потока) и шпилките на капака (които държат клапана заедно) често са изработени от B-2 шестоъгълник. Шестоъгълната форма на уплътнителната гайка на стеблото на клапана позволява регулиране без специални инструменти.
Инструментални компоненти– Фитингите на термогнездата, адаптерите за манометър и монтажните блокове на сензора са изработени от шестоъгълник B-2. Шестоъгълната форма осигурява плоскости за завиване, осигурявайки плътно уплътнение срещу налягането на процеса, без да уврежда повърхността на компонента.
Специални крепежни елементи за линии за ецване– В линиите за декапиране на стомана (горещи вани с HCl), носещите конструкции за киселинно{0}}устойчиви тухли или облицовки използват B-2 болта с шестостенна глава. Тези крепежни елементи са изложени на гореща HCl пара и случайни пръски; шестоъгълната глава позволява лесна подмяна по време на прекъсване на поддръжката.
Шестоъгълната форма предлага няколко предимства пред кръглата греда за тези приложения:
Разтърсващи апартаменти– Няма нужда да обработвате плоскости върху кръгъл прът; шестоъгълната форма е готова за захващане на инструмента.
Материална ефективност– За даден напречен-плоски размер, шестоъгълна греда използва по-малко материал от кръгла греда, обработена до шестостенна глава (по-малко отпадъци).
Постоянно предаване на въртящия момент– Шест плоски осигуряват по-добро сцепление от квадрат (четири плоски) и е по-малко вероятно да се закръглят от двоен-шестоъгълник (дванадесет плоски).
Лекота на производство– Шестоъгълният прът може да бъде студено изтеглен или шлифован до прецизни допуски (напр. толеранс напречно-плоско отклонение ±0,05 mm за размери под 25 mm), осигурявайки постоянна геометрия на крепежния елемент.
Въпреки това, поради термичната нестабилност на B-2, използването на шестоъгълник B-2 намалява в полза на B-3 за нови проекти. Повечето инженери сега уточняватB-3 шестоъгълник(което предлага идентична устойчивост на корозия с много по-добра термична стабилност), освен ако не поддържат съществуващо оборудване B-2.
Въпрос 3: Какви са критичните насоки за машинна обработка и производство на шестоъгълна шина Hastelloy B-2?
A:Обработването на шестоъгълник Hastelloy B-2 изисква внимателно внимание поради високата степен на втвърдяване на сплавта, склонността към жлъчка и-най-важното – нейната изключителна чувствителност към натрупване на топлина (което може да причини утаяване на интерметална фаза). Следните насоки са от съществено значение:
1. Избор на инструмент и геометрия:Използвайте твърдосплавни инструменти (клас C-2 или C-5 за струговане, микрозърнест карбид за фрезоване). Инструментите от бързорежеща стомана (HSS) се затъпяват бързо поради високата якост и абразивност на сплавта. Инструментите с положителен наклон (наклонен ъгъл 8–12 градуса) намаляват силите на рязане. За резби използвайте твърдосплавни пластини, предназначени за никелови сплави. Дръжте инструментите остри – тъпите инструменти причиняват втвърдяване при работа и натрупване на топлина.
2. Скорости и емисии (критично за B-2):Поддържайте умерени скорости на рязане:20–30 повърхностни метра в минута (65–100 SFM)за карбид-това е по-бавно, отколкото за неръждаема стомана или дори C-276. Използвайте агресивни скорости на подаване (0,15–0,30 mm/rev / 0,006–0,012 in/rev), за да останете пред зоната на втвърдяване при работа. Леките срезове и бавното подаване причиняват втвърдяване на повърхността и бързо износване на инструмента. За пробиване използвайте свредла с точка на разделяне или с параболични жлебове със скорости на подаване от 0,05–0,10 mm/об (0,002–0,004 инча/об) и пробиване с кълцане (0,5–1,0 × дълбочина на диаметъра на кълцане).
3. Охлаждане и смазване:Наводнение охлаждаща течност езадължително. Използвайте водоразтворимо смазочно масло под високо налягане или силно сулфурирано или хлорирано масло. Охлаждащата течност намалява триенето, предотвратява стърженето и отвежда топлината.Натрупването на топлина е особено опасно за B-2защото локализираните температури над 600 градуса (1110 градуса F) в зоната на срязване могат да предизвикат интерметално утаяване (Ni₄Mo, Ni₃Mo) върху обработената повърхност. След това този крехък слой може да се спука по време на работа. Не е разрешено рязане на мъгла или на сухо.
4. Избягване на работното втвърдяване:B-2 работа-втвърдява се бързо. Направете окончателно рязане с дълбочина най-малко 0,25 мм (0,010 инча), за да избегнете триене в втвърдена повърхност. Не позволявайте инструментът да остане върху повърхността. За прекъснати срезове (напр. обработка на шестограмна греда в резбован крепеж с шестоъгълна глава), намалете скоростта с 20–30%, за да поемете ударните натоварвания.
5. Резбоване:За външни резби (напр. болтове, шпилки) използвайте инструмент с една точка с включен ъгъл от 60 градуса, като правите няколко светлинни прохода (0,05–0,10 mm дълбочина на проход).Навиването на резба обикновено не се препоръчваза B-2, тъй като студената обработка може да предизвика крехкост или напукване; за предпочитане са нарязаните конци. За вътрешни резби (напр. гайки) използвайте спираловидни метчици или спираловидни метчици с обилно смазване. Счупването на крана е често срещано, ако не се използва кълване (напред 0,5 оборота, назад 0,25 оборота, за да се счупят чипове). След нарязване на резба, проверете за пукнатини, като използвате течен проникващ тест (PT).
6. Термична обработка след машинна обработка:Ако е отстранен значителен материал (повече от 20% от напречното сечение), обработената повърхност може да съдържа остатъчни напрежения и потенциално някои интерметални фази от локализирано нагряване. За критични приложения (напр. болтове при високо-налягане на HCl), aпълно отгряване на разтвора(1060–1100 градуса / 1940–2010 градуса F за 30–60 минути, последвано от бързо закаляване с вода) трябва да се извърши след машинна обработка, за да се възстанови пълната пластичност и устойчивост на корозия. Това отгряване обаче може да изкриви формата на шестоъгълника, така че след това може да се наложи окончателно смилане.
7. Повърхностно покритие и замърсяване:За приложения на крепежни елементи е желателно гладко повърхностно покритие (Ra по-малко или равно на 0,8 μm / 32 μin), за да се намалят местата на корозия в пукнатини. Безцентрово шлайфане след машинна обработка може да постигне това.Замърсяването с желязо е сериозно безпокойство-всички железни частици, вградени в повърхността, ще причинят галванична корозия при работа с HCl. Всички инструменти трябва да са от карбидна или неръждаема стомана. След машинната обработка шестоъгълният прът трябва да се ецва (10% HNO₃ + 2% HF при 50 градуса за 10 минути), за да се отстранят повърхностните желязо и оксиди, след което да се изплакне с дейонизирана вода и да се изсуши.
8. Проверка:След механична обработка и преди употреба, компонентите на шестоъгълни пръти B-2 трябва да бъдат проверени за:
твърдост(трябва да бъде по-малко или равно на 100 HRB върху обработената повърхност; по-високите стойности предполагат интерметално утаяване)
Изпитване с течно проникване (PT)съгласно ASTM E165 за откриване на повърхностни пукнатини, особено в корените и ъглите на резбата
Проверка на размерите– размери на -плоските, диаметър на стъпката на резбата и допустими отклонения на дължината (обикновено ±0,1 mm за прецизни крепежни елементи)
Поради чувствителността на B-2, много машинни магазини отказват да работят с него, предпочитайки B-3, който е много по-прощаващ. За всеки нов проект е силно препоръчително да изберете шестоъгълник B-3 пред B-2.
В4: Какви са ограниченията и потенциалните режими на повреда на шестоъгълната шина Hastelloy B-2 в експлоатация?
A:Въпреки отличното си представяне в чисти редуциращи киселини, шестоъгълната шина Hastelloy B-2 има няколко значителни ограничения, които могат да доведат до преждевременна повреда, особено при приложения на крепежни елементи и фитинги, където напрежението е концентрирано:
1. Крехкост на интерметалната фаза (най-често срещаният режим на повреда)– Както беше обсъдено по-рано, излагането на 600–900 градуса (1110–1650 градуса F) по време на машинна обработка (локализирано прегряване), заваряване (ако прътът е заварен към компонент) или обслужване (смущения в процеса) причинява утаяване на Ni₄Mo и Ni₃Mo. Тези фази са твърди и крехки, намалявайки удължението от 40% до по-малко от 5%. В шестоъгълник, използван като болт, това крехкост може да причинивнезапно крехко счупване на главата или стеблото на болтапри натоварване на опън, често без предварителна деформация или деформация. Счупването обикновено е междукристално (по границите на зърната) и може да възникне при нива на напрежение доста под границата на провлачване на сплавта. Този режим на повреда е особено опасен, защото не дава предупреждение.
2. Оксидираща киселинна атака (бърза обща корозия)– B-2 енеподходящи за окислителни среди. Ако процесният поток съдържа дори малки количества (части на милион) окислителни видове-азотна киселина, железни йони (Fe³⁺), медни йони (Cu²⁺), разтворен кислород или хлор-скоростта на корозията може да се ускори от<0.05 mm/year to >5 mm/година. За крепежни елементи с шестоъгълник това означава, че страните на резбата могат да корозират бързо, намалявайки ефективното напречно сечение и причинявайки разхлабване на гайката или повреда на болта от претоварване. Това е най-честата причина за повреда, когато B-2 е случайно изложен на окисляващи замърсители.
3. Водородна крехкост– При редуциращи киселини водородните атоми се генерират като страничен продукт от корозията. В силно напрегнат крепеж (напр. болт, затегнат до 70–80% от добива), водородът може да дифундира в никеловата решетка и да причинизабавена крехка фрактура, често дни или седмици след инсталирането. Това е по-сериозно при температури под 80 градуса (175 градуса F) и в присъствието на сероводород (H₂S). B-2 обикновено не се препоръчва за кисели (H₂S) услуги, освен ако не се поддържа строг контрол на твърдостта (По-малко от или равно на 100 HRB) и границите на напрежение (По-малко или равно на 80% от добива) съгласно NACE MR0175.
4. Остъргване и задръстване по време на монтажа– B-2 има силна склонност към разкъсване (залепващо износване), когато две свързващи се повърхности (напр. болт и гайка) са затегнати без подходящо смазване. Накъсването може да доведе до блокиране на резбите, предотвратявайки по-нататъшното затягане или, още по-лошо, причинявайки болта да се извие по време на монтажа. За да предотвратите дразнене:
Използвайте висококачествена смазка против задръстване (на базата на никел или PTFE; избягвайте смазки на основата на мед, които могат да причинят галванична корозия)
Намалете инсталационния въртящ момент с 20–30% в сравнение с неръждаемата стомана (B-2 има по-нисък коефициент на триене)
Използвайте фини резби (UNF вместо UNC), за да намалите контактния натиск на резбата
5. Корозия на цепнатини под глави на болтове и гайки– В застояли зони или зони с нисък поток-като под глава на болт или вътре в гайка-киселината може да обеднее на кислород или да се обогати на метални йони, създавайки среда на пукнатини. Докато B-2 е устойчив на корозия в пукнатини в чиста HCl, наличието дори на следи от окислителни видове може да причини хлътване в пукнатината. Редовната проверка (визуална, PT) и използването на PTFE или графитни уплътнения/шайби могат да намалят този риск.
6. Напукване от корозия под напрежение (SCC)– B-2 обикновено е устойчив на SCC, предизвикан от хлорид (за разлика от неръждаемите стомани), но може да страда от SCC в специфични среди, съдържащи горещи, концентрирани разтвори на каустик или определени органични разтворители. При работа с HCl със следи от флуориди или други халиди, SCC се съобщава при температури над 100 градуса (212 градуса F).
Стратегии за смекчаване на B-2 шестоъгълник:
Заменете с B-3– За всяко ново приложение използвайте шестоъгълник B-3 вместо B-2. B-3 предлага идентична устойчивост на корозия с много по-добра термична стабилност и е много по-малко податлив на крехкост.
Стриктен контрол на процеса– Изключете окислителни видове (азотно покритие, наблюдавайте Fe³⁺/Cu²⁺, избягвайте проникването на въздух).
Правилно смазване– Винаги използвайте противозадирващо средство по време на монтажа на крепежни елементи.
Редовен преглед– Ултразвуково изпитване на критични болтове, проверки на въртящия момент и визуална проверка за хлътване или пукнатини.
Консервативен въртящ момент– Използвайте 50–60% граница на провлачване вместо 70–80%, за да намалите риска от водородна трошливост.
В5: Какви стандарти и изисквания за изпитване управляват шестоъгълната шина Hastelloy B-2?
A:Hastelloy B-2 шестоъгълна шина се произвежда и тества в съответствие с няколко индустриални стандарта, въпреки че е важно да се отбележи, че B-2 постепенно се премахва в полза на B-3 в много спецификации. Основните стандарти са:
Стандарти за материали:
ASTM B574– Стандартна спецификация за прът и прът от нисковъглеродна никел-молибден-хромова сплав (това е основният стандарт за шестоъгълен прът B-2; обхваща състави, механични свойства и допустими отклонения на размерите за кръгъл, квадратен, шестоъгълен и правоъгълен прът)
ASME SB‑574– ASME код на съд под налягане версия на ASTM B574
ASTM F467– Стандартна спецификация за цветни ядки (B-2 е допустим материал съгласно този стандарт)
ASTM F468– Стандартна спецификация за болтове от цветни метали, винтове с шестостенна глава и шпилки (B-2 е допустим материал)
NACE MR0175 / ISO 15156– За обслужване на кисели газове (среда, съдържаща H₂S); B-2 има специфична твърдост (По-малко или равно на 100 HRB) и изисквания за термична обработка
Стандарти за размери:
ASTM B574включва толеранси за напречни плоскости за шестоъгълни пръти (напр. за 12 mm напречни плоски пръти: толеранс ±0,10 mm за студено обработени пръти, ±0,25 mm за горещо валцувани пръти)
ASME B18.2.2– За шестостенни гайки (стандарти за размери за гайки, направени от прътов материал)
ASME B18.2.1– За шестостенни болтове и винтове
Задължително изпитване за B-2 шестоъгълен прът:
Химичен анализ (съгласно ASTM E1473)– Проверява Ni по-голямо или равно на 68%, Mo 26–30%, Fe по-малко или равно на 2,0%, Cr по-малко или равно на 1,0%, C по-малко или равно на 0,02%, Si по-малко или равно на 0,10%, Mn по-малко или равно на 1,0%. Ниските въглеродни емисии и силицият са критични за термичната стабилност.
Свойства на опън (по ASTM E8/E8M)– При стайна температура: граница на провлачване (0,2% отместване) По-голяма или равна на 350 MPa (50 ksi), крайна якост на опън По-голяма или равна на 750 MPa (109 ksi), удължение По-голямо или равно на 40% в 50 mm (2 in). За шестоъгълник, използван като крепежни елементи, тези стойности трябва да бъдат сертифицирани.
твърдост– Rockwell B По-малко или равно на 100 (или По-малко или равно на 220 HV), за да се потвърди правилното отгряване на разтвора и липсата на интерметални фази. За приложения на крепежни елементи твърдостта обикновено е ограничена до 95–100 HRB, за да се гарантира както здравина, така и пластичност.
Тест за междукристална корозия (по ASTM G28 метод A)– Тест с железен сулфат-сярна киселина за 120 часа. Скоростта на корозия трябва да бъде по-малка или равна на 12 mm/година (0,5 ipy), а металографското изследване не трябва да показва признаци на междукристална атака. Този тест еот съществено значениеза B-2, тъй като интерметалните фази биха причинили бърза атака по границите на зърната.
Металографско изследване– При увеличение 200–500x, за да проверите за утайки, включвания и зърнеста структура. Микроструктурата трябва да бъде напълно аустенитна, равноосна, с размер на зърното обикновено ASTM 5 или по-фин. Не са разрешени непрекъснати карбиди по границата на зърното или интерметални фази (Ni₄Mo, Ni₃Mo).
Ултразвуково изследване (UT) по ASTM E2375 или E213– За шестоъгълни пръти, по-големи от 12,5 mm (0,5 in) напречни плоскости, се изисква UT за откриване на вътрешни кухини, сегрегации или ламинации от оригиналната заготовка.
Проверка на повърхността– Визуален и течен пенетрант (PT) по ASTM E165 за откриване на припокривания, шевове, пукнатини или мащаб. За шестоъгълник, ъглите (където се концентрира напрежението) са особено важни за проверка.
Незадължителни, но препоръчителни тестове за приложения на крепежни елементи:
Изпитване за симулирана топлинна обработка след заваряване (SPWHT).– Проба от пръта се подлага на термичен цикъл, който имитира топлина при заваряване или машинна обработка (напр. 700 градуса за 1 час, след това въздушно охлаждане) и след това се тества по метод A на ASTM G28. Това потвърждава, че прътът запазва своята устойчивост на корозия след производството. Много потребители вече изискват този тест за B-2 поради неговата термична чувствителност.
Фероксилен тест– Открива повърхностно замърсяване с желязо (синьото оцветяване показва свободно желязо). Всяко открито желязо изисква декапиране или отхвърляне, тъй като железните частици могат да причинят галванична корозия при работа с HCl.
Тест за доказателствен товар (за болтове)– Съгласно ASTM F468, мострен болт се натоварва до определено изпитателно натоварване (напр. 75% от добива) без постоянна деформация.
Проверка от трета страна– За критични приложения (напр. болтове в HCl реактори с високо -налягане), независима агенция (напр. TÜV, DNV, Bureau Veritas) наблюдава всички тестове и преглежда MTR.
Документация:Производителят трябва да предостави сертифициран протокол от изпитване на материала (MTR), включително номер на топлина, номер на партида, всички резултати от изпитване и декларация за съответствие с ASTM B574 (или друг определен стандарт). MTR трябва също да включва температурата на отгряване на разтвора (обикновено 1060–1100 градуса) и метода на охлаждане (изисква се охлаждане с вода).
Важна забележка относно актуализациите на спецификациите:Много индустриални стандарти са преразгледани в полза на B-3 пред B-2. Например, ASTM F467 и F468 все още изброяват B-2, но много крайни потребители са премахнали B-2 от техните списъци с одобрени материали. Преди да посочат B-2 шестоъгълник за нови крепежни елементи, инженерите трябва да се уверят, че планираният стандарт все още включва B-2 и че производителят има опит с уникалните изисквания на B-2. В повечето случаи надграждането доB-3 шестоъгълник(който отговаря на същия стандарт ASTM B574, но с различно обозначение на степен) е препоръчителният подход за нови проекти, предлагащ идентична устойчивост на корозия с много по-добра термична стабилност и производствена толерантност.
