Q1: Aké je chemické zloženie plechu Hastelloy G-30 a čím je jedinečný medzi zliatinami niklu?
A:Hastelloy G-30 (UNS N06030) je zliatina niklu-chrómu-železa-molybdénu a medi špeciálne navrhnutá pre vynikajúcu odolnosť vočimokrý{0}}proces kyseliny fosforečnej (WPA)a iné vysoko oxidujúce, komplexné kyslé prostredia. Jeho nominálne chemické zloženie je približne:Nikel (zostatok, zvyčajne 43–46 %), chróm 28,0–31,5 %, železo 13,0–17,0 %, molybdén 4,0–6,0 %, volfrám 1,5–4,0 %, meď 1,0–2,4 %, kobalt menej alebo rovný 5,0 %, s kontrolovanými hladinami uhlíka (menej alebo rovné 0,03 %), kremíka (menej než alebo rovné 0,80 %) a mangánu (menej než alebo rovné 1,5 %).
To, čo robí Hastelloy G-30 jedinečným, je jehovysoký obsah chrómu (28–31,5 %)v kombinácii so starostlivo vyváženým prídavkom molybdénu, volfrámu a medi. Toto zloženie poskytuje výnimočnú odolnosť voči obomoxidačnéazníženiepodmienok, čo je kombinácia, ktorá je medzi zliatinami niklu zriedkavá. Vysoký obsah chrómu vytvára stabilný, ochranný pasívny film v oxidačných kyselinách (napr. kyselina dusičná, kyselina fosforečná), zatiaľ čo molybdén a volfrám poskytujú odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v prostrediach obsahujúcich chlorid-. Prídavok medi zvyšuje odolnosť voči redukčným kyselinám, ako je kyselina sírová a chlorovodíková.
V porovnaní s inými zliatinami niklu:
Hastelloy C-276(16% Cr) – G-30 ponúka vynikajúcu odolnosť voči oxidačným kyselinám vďaka vyššiemu obsahu chrómu.
Inconel 625(21–23 % Cr) – G-30 má lepšiu odolnosť voči kyseline fosforečnej a voči zmesiam kyseliny sírovej a dusičnej.
Nerezová oceľ 316L(16–18 % Cr) – G-30 poskytuje oveľa lepšiu odolnosť voči horúcej, kontaminovanej kyseline fosforečnej, kde by 316L rýchlo korodoval.
Listová forma (zvyčajne s hrúbkou 0,5 – 6,0 mm) sa široko používa na obložené nádoby, plášte výmenníkov tepla a obklady. Hastelloy G-30 je často špecifikovaný vmokrým{0}}procesom výroby kyseliny fosforečnej (WPA)., kde kyselina obsahuje agresívne nečistoty, ako sú fluoridy, chloridy a oxid kremičitý, ako aj vzmesi kyseliny sírovej-používané pri chemickom spracovaní a prepracovaní jadrového paliva.
Otázka 2: V ktorých hlavných priemyselných aplikáciách sa používa plech Hastelloy G-30 a prečo je uprednostňovaný pred inými materiálmi?
A:Plech Hastelloy G-30 je materiálom voľby v niekoľkých vysoko náročných aplikáciách, kde iné zliatiny niklu alebo nehrdzavejúce ocele zlyhávajú v dôsledku lokálnej alebo rovnomernej korózie. Medzi primárne aplikácie patria:
1. Mokrý-proces výroby kyseliny fosforečnej (WPA).– Pri výrobe kyseliny fosforečnej reakciou fosfátovej horniny s kyselinou sírovou (dihydrátový alebo hemihydrátový proces) výsledná kyselina obsahuje agresívne nečistoty: fluoridy (HF), chloridy, oxid kremičitý a ťažké kovy. WPA pri 80 – 100 stupňoch (175 – 212 stupňoch F) je extrémne korozívny pre nehrdzavejúce ocele (ktoré trpia jamkovou a štrbinovou koróziou) a dokonca aj pre C-276 (ktorý môže mať rovnomernú rýchlosť korózie 0,5 – 1,0 mm/rok). Doska Hastelloy G-30 vykazuje rýchlosť korózie<0.1 mm/yearvo WPA, čo z neho robí štandardný materiál pre:
Reaktorové nádoby a miešadlá– Plech sa používa na obklady nádob a lopatky miešadla.
Plášte a rúrky výmenníkov tepla– Doska G-30 je sformovaná do komponentov výmenníka tepla, ktoré odolávajú procesnej kyseline aj chladiacej vode (ktorá môže obsahovať chloridy).
Potrubie a potrubie– Tenký-rozmerný plech sa zroluje do potrubia a potrubia na prenos kyseliny.
2. Prepracovanie jadrového paliva (proces PUREX)– Pri prepracovaní vyhoreného jadrového paliva sa na rozpustenie paliva používa zmes kyseliny dusičnej a iných oxidačných látok. Doska Hastelloy G-30 odoláva oxidujúcej kyseline dusičnej aj redukčným podmienkam vytvoreným prítomnosťou produktov štiepenia. Jeho nízky obsah uhlíka (menší alebo rovný 0,03%) zabraňuje intergranulárnemu napadnutiu v zváraných oblastiach. Používa sa narozpúšťacie nádoby, odparky a kolóny na regeneráciu kyseliny.
3. Zmesi kyseliny sírovej-– Pri chemických procesoch, ako je výroba nitračných kyselín alebo čistenie zariadení z nehrdzavejúcej ocele (pasivácia), sú zmesi kyseliny sírovej a dusičnej vysoko oxidačné a korozívne. Plech Hastelloy G-30 poskytuje vynikajúcu odolnosť v širokom rozsahu koncentrácií a teplôt, čím prekonáva aj vysokolegované nehrdzavejúce ocele.
4. Systémy odsírenia spalín (FGD).– V uhoľných-elektrárňach používajú práčky FGD na odstránenie SO₂ vápenné alebo vápencové kaly. Výsledná sadrová kaša obsahuje chloridy (z uhlia) a zóny s nízkym pH. Používa sa hárok G-30výstupné kanály, klapky a vložkyv najagresívnejších zónach, kde C-276 môže vykazovať lokalizovaný útok.
5. Obloženie chemických tankerov– Plechová forma sa používa na obloženie chemických tankerov prepravujúcich agresívne zmesi kyselín vrátane kyseliny fosforečnej, sírovej a dusičnej. Jeho vysoká pevnosť a tvarovateľnosť umožňujú výrobu do zložitých geometrií nádrží.
Prečo je G-30 uprednostňovaný pred alternatívami? Konkrétne vo WPAC-276môže korodovať rýchlosťou 0,5 – 1,0 mm/rok (neprijateľne vysoká pre nádobu s hrúbkou 6 mm, pri ktorej sa očakáva, že vydrží 10 – 15 rokov).titánje odolný voči WPA, ale trpí vodíkovým krehnutím a ťažko sa zvára.Vysokolegované{0}}nehrdzavejúce ocele (napr. 904L, 254 SMO)vykazujú jamkovú a štrbinovú koróziu spôsobenú chloridmi a fluoridmi. Hastelloy G-30 ponúka najlepšiu kombináciu odolnosti proti korózii, spracovateľnosti a nákladovej efektívnosti v týchto prostrediach.
Otázka 3: Aké sú kritické aspekty výroby fólie Hastelloy G-30?
A:Doska Hastelloy G-30 je spracovateľnejšia ako mnohé zliatiny niklu, ale pre úspešné tvarovanie, zváranie a inštaláciu je nevyhnutných niekoľko aspektov:
1. Tvarovanie (za studena a za tepla):Plech G-30 má dobrú ťažnosť v stave žíhanom v roztoku- (predĺženie väčšie alebo rovné 45 %). Pre miernu deformáciu je prípustné tvárnenie za studena (ohýbanie, valcovanie, razenie). Pretože však zliatina tvrdne rýchlejšie ako austenitické nehrdzavejúce ocele, platia nasledujúce pokyny:
Pre redukciu za studena presahujúcu 15 – 20 % je potrebné znovu{2}}rozpúšťacie žíhanie (1120 – 1180 stupňov / 2050 – 2150 stupňov F), po ktorom nasleduje rýchle kalenie, aby sa obnovila ťažnosť a odolnosť proti korózii.
Minimálny polomer ohybu: 1× hrúbka plechu do 3 mm; 2× hrúbka pre hrubší plech.
Tvarovanie za tepla sa môže vykonávať pri 1060–1200 stupňoch (1940–2190 °F), ale plech musí byť po tvarovaní žíhaný v roztoku, aby sa zabránilo senzibilizácii.
2. Zváranie:Plech G-30 je zvárateľný pomocou bežných procesov: GTAW (zváranie plynovým volfrámovým oblúkom), GMAW (zváranie plynovým kovovým oblúkom) a SMAW (oblúkové zváranie v tienidle). Zodpovedajúci výplňový kov jeERNiCrMo-11(AWS A5.14) prípFM G-30. Kľúčové parametre zvárania:
Tepelný príkon: Menší alebo rovný 1,5 kJ/mm (Menej alebo rovný 38 kJ/in), aby sa minimalizoval rast zŕn tepelne-ovplyvnenej zóny (HAZ).
Interpass teplota: Menšia alebo rovná 150 stupňom (300 stupňov F).
Ochranný plyn: Argón (s voliteľným prídavkom hélia pre hrubšie časti). Spätné prečistenie sa vyžaduje pri prechodoch koreňov, aby sa zabránilo oxidácii.
Zloženie prídavného kovu zodpovedá základnému kovu, aby sa zabránilo galvanickej korózii.
3. Po-tepelnom spracovaní po zváraní (PWHT):Pre väčšinu aplikácií je PWHTnevyžaduje sapretože G-30 je vysoko odolný voči medzikryštalickej korózii v stave po zváraní (kvôli nízkemu obsahu uhlíka, ktorý je menší alebo rovný 0,03 %). Pre silnú oxidáciu (napr. horúce zmesi kyseliny dusičnej) však môže byť špecifikované úplné rozpúšťacie žíhanie (1120–1180 stupňov / 2050–2150 stupňov F) nasledované ochladzovaním vodou, aby sa rozpustili akékoľvek karbidové zrazeniny, ktoré by sa mohli tvoriť v HAZ.
4. Príprava povrchu:Pred zváraním alebo servisom je potrebné odstrániť povrchové znečistenie (železo, olej, mastnota). Kontaminácia železom z náradia alebo skladovacích regálov z uhlíkovej ocele môže spôsobiť galvanickú koróziu. Používajte nástroje z nehrdzavejúcej ocele alebo tvrdokovu. Po výrobe by sa plech mal moreť v zmesi kyseliny dusičnej-kyseliny fluorovodíkovej (napr. 15 % HNO₃ + 3 % HF pri 50 stupňoch počas 15 minút), aby sa odstránili oxidy a vložené železo, a potom opláchnuť deionizovanou vodou.
5. Aplikácie obloženia a obloženia:List G-30 sa často používa ako aobkladna plavidlách z uhlíkovej ocele (spojené pri výbuchu{0} alebo valcované{1}) alebo akovoľná podšívka(privarený-na-hárku miesta). V prípade voľných obložení je plech privarený k plášťu z uhlíkovej ocele pomocou upevňovacích pásikov (s použitím prídavného kovu G-30). Je potrebné dbať na to, aby sa zabránilo zriedeniu zvaru G-30 uhlíkovou oceľou, čo by vytvorilo zónu náchylnú na koróziu.
6. Rezanie:Strihanie je prijateľné pre plech do hrúbky 3 mm. Pre hrubšie plechy alebo zložité tvary sa uprednostňuje rezanie plazmou, laserové rezanie alebo rezanie vodným lúčom. Abrazívne rezanie (s rezacím kotúčom) je tiež prijateľné, ale musí po ňom nasledovať brúsenie, aby sa odstránil tepelne-zasiahnutý materiál. Po rezaní by mali byť hrany zbavené otrepov a vybrúsené do hladka.
Pri správnych postupoch je možné plech G-30 s dobrým úspechom vyrobiť do zložitých tvarov, vrátane miskovitých hláv, kužeľov a valcovaných valcov.
Otázka 4: Aké sú obmedzenia a potenciálne spôsoby zlyhania listu Hastelloy G-30?
A:Napriek vynikajúcemu výkonu v mnohých agresívnych prostrediach má plech Hastelloy G-30 niekoľko obmedzení, ktorým musia inžinieri rozumieť, aby sa vyhli nesprávnemu použitiu:
1. Kyselina chlorovodíková (redukčné podmienky):Zatiaľ čo G-30 má dobrú odolnosť voči zriedenej HCl (až 5–10 % pri teplote okolia), jeneodporúča sapre koncentrovanú alebo horúcu kyselinu chlorovodíkovú. V čistých redukčných podmienkach (bez oxidačných látok) môže vysoký obsah chrómu (28–31 %) skutočne zhoršiť výkon a rýchlosť korózie môže prekročiť 1 mm/rok v 10 % HCl pri 80 stupňoch (175 stupňov F). Pre horúce, koncentrované HCl sa uprednostňujú zliatiny série B- (B-2, B-3).
2. Kyselina fluorovodíková (HF):G-30 má len obmedzenú odolnosť voči kyseline fluorovodíkovej, a to aj pri nízkych koncentráciách. Fluoridy napádajú pasívny film a môžu spôsobiť rýchlu rovnomernú koróziu. Pre HF službu sú vhodnejšie zliatiny ako Monel 400 alebo C-276.
3. High-temperature oxidizing environments (>400 stupňov / 750 stupňov F): While G-30 is used in moderately elevated temperatures, prolonged exposure above 400°C can cause sigma phase precipitation (a brittle intermetallic phase) due to the high chromium and molybdenum content. Sigma phase reduces ductility and corrosion resistance. For sustained high-temperature service (>500 stupňov / 930 stupňov F), vhodnejšie sú zliatiny ako Inconel 625 alebo 601.
4. Štrbinová korózia v stagnujúcich podmienkach: Although G-30 has good pitting resistance (critical pitting temperature >70 stupňov / 160 stupňov F v 6 % FeCl₃), môže trpieť štrbinovou koróziou v stagnujúcich prostrediach bohatých na chlorid-, najmä pod tesneniami, usadeninami alebo prelínacími spojmi. Dizajn by sa mal vyhýbať štrbinám a odporúčajú sa PTFE tesnenia.
5. Napäťové-korózne praskanie (SCC):G-30 je vo všeobecnosti odolný voči SCC vyvolanému chloridmi, ale môže byť náchylný na SCC v špecifických prostrediach, ako sú horúce, koncentrované roztoky žieravín (napr. 50 % NaOH nad 100 stupňov / 212 stupňov F) alebo v určitých prostrediach s kyselinou polytiónovou (bežné v rafinériách). Pre lúh je výhodný nikel 200 alebo 201.
6. Cena a dostupnosť:Plech G-30 je podstatne drahší ako nehrdzavejúca oceľ (zvyčajne 5–8-násobok ceny 316L) a je drahší ako C-276 kvôli vyššiemu obsahu chrómu a pridania volfrámu a medi. Dodacia lehota pre plech G-30 môže byť 10–20 týždňov, najmä pre meradlá tenšie ako 1,5 mm.
7. Problémy s riedením zvaru:Pri zváraní G-30 na uhlíkovú oceľ (napr. na upevňovacie pásy v nádobách s vložkou) môže zriedenie zvarového kovu železom z uhlíkovej ocele znížiť odolnosť proti korózii. Prvý prechod (koreň) musí byť vyrobený s prídavným kovom G-30 a pred dokončením zvaru sa často používa natieracia vrstva (vrstva zvarového kovu G-30 nanesená na uhlíkovú oceľ).
Stratégie na zmiernenie:
Pre službu horúcej HCl použite B-3 namiesto G-30.
Pre HF službu použite C-276 alebo Monel.
Vyhnite sa štrbinám v dizajne; používajte plne zvárané spoje alebo spoje{0}}na tupo.
Pre aplikácie pri vysokých{0}}teplotách to potvrďte testovaním korózie alebo vyberte tepelne stabilnejšiu zliatinu.
Napriek týmto obmedzeniam zostáva G-30 prvotriednou zliatinou pre mokrý{2}}proces výroby zmesí kyseliny fosforečnej a kyseliny dusičnej a sírovej, kde jej jedinečná kombinácia vysokého obsahu chrómu, molybdénu, volfrámu a medi poskytuje bezkonkurenčný výkon.
Q5: Aké normy a požiadavky na testovanie upravujú plech Hastelloy G-30?
A:Doska Hastelloy G-30 sa vyrába a testuje podľa niekoľkých prísnych priemyselných noriem. Primárne špecifikácie sú:
Materiálové normy:
ASTM B582– Štandardná špecifikácia pre plechy, plechy a pásy zo zliatiny niklu-chrómu-železa-molybdénu{3}} (toto je hlavný štandard pre plechy G-30; pokrýva zloženie, mechanické vlastnosti a rozmerové tolerancie)
ASME SB-582– ASME verzia kódu tlakovej nádoby ASTM B582 (na použitie v nádobách ASME sekcie VIII, divízia 1 a 2)
ASTM B575– Štandardná špecifikácia dosky z chrómovej zliatiny s nízkym{0}}uhlíkom a niklom-molybdénovým{2}}(niekedy sa používa pre G-30, ale B582 je špecifickejšia)
NACE MR0175 / ISO 15156– Pre prevádzku s kyslým plynom (prostredia obsahujúce H₂S-); G-30 je kvalifikovaný s limitmi tvrdosti
Rozmerové štandardy:
ASTM B582zahŕňa tolerancie hrúbky (napr. ±0,10 mm pre plech s hrúbkou 1–2 mm, ±0,25 mm pre plech s hrúbkou 4–5 mm), rovinnosť (napr. menej alebo rovnajúce sa 3 mm na meter) a stav hrán (strihané, rezané alebo opracované).
Povinné testovanie pre hárok G-30:
Chemická analýza (podľa ASTM E1473)– Overuje Ni 43–46 %, Cr 28–31,5 %, Fe 13–17 %, Mo 4–6 %, W 1,5–4 %, Cu 1–2,4 %, C Menej alebo rovné 0,03 %, Si Menej ako alebo rovné 0,80 %, Mn Menej ako alebo rovné 1,5 %. Nízky obsah uhlíka je rozhodujúci pre zvárateľnosť.
Vlastnosti v ťahu (podľa ASTM E8/E8M)– Pri izbovej teplote: medza klzu (0,2 % offset) väčšia alebo rovná 345 MPa (50 ksi), medza pevnosti v ťahu väčšia alebo rovná 690 MPa (100 ksi), predĺženie väčšie alebo rovné 45 % na 50 mm (2 palce). Pre hrúbku plechu<1.5 mm, elongation ≥40% is acceptable.
Tvrdosť– Rockwell B Menšie alebo rovné 95 (alebo menšie alebo rovné 200 HV) pre plechy žíhané rozpúšťadlom-.
Skúška medzikryštalickej korózie (podľa ASTM G28 metóda A alebo B)– Metóda A (síran železitý-kyselina sírová) počas 120 hodín alebo metóda B (kyselina dusičná) počas 48 hodín. Rýchlosť korózie musí byť menšia alebo rovná 12 mm/rok (0,5 ipy) bez známok intergranulárneho napadnutia. Tento test potvrdzuje, že nízky obsah uhlíka zabraňuje senzibilizácii.
Test odolnosti proti bodaniu (podľa ASTM G48 metóda A alebo C)– Pre G-30 používané v prostrediach s obsahom chloridov (napr. FGD, chladenie morskou vodou) sa často vyžaduje test chloridu železitého (6 % FeCl3 pri 50 stupňoch počas 72 hodín). Prijatie: žiadne jamky ani strata hmotnosti<4 g/m².
Metalografické vyšetrenie– Pri 200–500-násobnom zväčšení na kontrolu precipitátov (fáza sigma, karbidy), inklúzií a štruktúry zŕn (veľkosť zŕn zvyčajne ASTM 5 alebo jemnejšia). Nie sú povolené žiadne-hraničné karbidy zŕn.
Ultrazvukové vyšetrenie (UT) podľa ASTM A435 alebo A578 – For sheet thickness >5 mm (0,2 palca), UT je potrebné na detekciu vnútorných dutín, segregácií alebo laminácií. V prípade tenších plechov možno nahradiť vizuálne testovanie a testovanie vírivými prúdmi.
Kontrola povrchu– Vizuálny a tekutý penetrant (PT) podľa ASTM E165 na detekciu presahov, švov, trhlín alebo šupín. Pre plechy používané na obklady sa často vyžaduje 100% PT.
Voliteľné, ale odporúčané testy pre kritické aplikácie (WPA, jadrové):
Simulované testovanie po-tepelnom spracovaní po zváraní (SPWHT).– Vzorka plechu sa podrobí tepelnému cyklu, ktorý napodobňuje zváranie (napr. 700 stupňov počas 1 hodiny, potom sa ochladí vzduchom) a potom sa testuje podľa ASTM G28. Tým sa overí, či si plech po výrobe zachová svoju odolnosť proti korózii.
Testovanie korózie v skutočnom procesnom lúhu– Pri aplikáciách WPA je kupón listu G-30 vystavený skutočnej rastlinnej kyseline na 30–90 dní, aby sa zmerala rýchlosť korózie a skontrolovala sa jamka.
Ferroxylový test– Detekuje povrchovú kontamináciu železom (modré sfarbenie). Akékoľvek zistené železo vyžaduje morenie alebo odmietnutie.
Pozitívna identifikácia materiálu (PMI)– Testovanie XRF pištole na každom plechu na overenie zloženia zliatiny.
Ohybový test– Vzorový plech je ohnutý o 180 stupňov okolo tŕňa s hrúbkou 1× bez prasklín.
Dokumentácia:Výrobca musí poskytnúť certifikovanú správu o skúške materiálu (MTR), ktorá obsahuje:
Číslo šarže a číslo šarže
Výsledky chemickej analýzy
Výsledky ťahu a tvrdosti
Výsledok korózneho testu ASTM G28 (a G48, ak je špecifikovaný)
Výsledky kontroly UT, PT a rozmerov
Vyhlásenie o zhode s ASTM B582 (alebo inou špecifikovanou normou)
Teplota rozpúšťacieho žíhania (zvyčajne 1120–1180 stupňov / 2050–2150 stupňov F) a metóda kalenia (štandardné je kalenie vodou)
Schválenia a certifikácie:Pre použitie v tlakovej nádobe musí byť list certifikovaný na ASME SB-582 s ASME pečiatkou (ak je to potrebné). Pre jadrové aplikácie (napr. prepracovanie paliva) sa môžu vyžadovať dodatočné certifikácie podľa ASME sekcie III alebo NQA-1. Pre európske trhy súlad sEN 2.4604(NiCr29Mo5W4Cu) prípDIN 17750môže byť špecifikované.
Poradenstvo pri získavaní zdrojov:Plech Hastelloy G-30 vyrába obmedzený počet špeciálnych mlynov (napr. Haynes International, VDM Metals). Kupujúci by mali:
Vyžadovať úplné MTR s vysledovateľnosťou k pôvodnému teplu.
Vykonajte PMI na 100 % prijatých hárkov.
Požiadajte o testovanie SPWHT pre kritické aplikácie WPA.
Používajte autorizovaných distribútorov, aby ste sa vyhli falšovaným alebo nesprávne označeným materiálom.
Dodržiavanie týchto noriem a požiadaviek na testovanie zaisťuje, že plech Hastelloy G-30 bude poskytovať spoľahlivú a dlhodobú-službu v mokrých procesoch kyseliny fosforečnej, pri prepracovaní jadrového paliva a v iných vysoko oxidačných komplexných kyslých prostrediach.
