塩酸中でのハステロイ B-3 と B-2: 加工性と耐食性の向上

ハステロイ B-3 と B-2 とは何ですか?またその組成はどのように異なりますか?

B-3 と B-2 は両方ともクロムをほとんど含まないほぼ純粋なニッケルモリブデン合金ですが、B-3 はモリブデン含有量をわずかに上方にシフトし、厳密に制御された少量のタングステン添加と、B-2 のより単純な化学反応では特定できない一連の微量元素 (アルミニウム、チタン、ニオブ、バナジウム、タンタル、ジルコニウム) を加えています。これは意図的な冶金学的メカニズムです。安定性の向上の背景にあります。

出典: Haynes International 公称組成データシート、HASTELLOY B-3 合金。ヘインズ インターナショナルのレガシー技術パンフレット H-2006D、HASTELLOY B-2 合金 (©1997)。

どちらの合金も設計上、ほぼクロムを含まない--。このシリーズの他の部分で説明した C- タイプおよび G- タイプの合金とは逆の戦略です。これは意図的なものです。クロムの保護酸化膜は、純粋な非酸化性塩酸中での耐食性には何の役にも立ちません。B-3 と B-2 は両方とも、代わりに固溶体のニッケルとモリブデンに依存しています。組成表の本当の話は、ほぼ同じである主要な元素ではなく、マイナーな元素です。B-3 の小規模で意図的な添加は、特に合金が加熱されたときにどの金属間化合物相が形成されるか、およびその速度を変更するために存在します。

B-3 はなぜ開発されたのか - 実際にどのような問題を解決するのでしょうか?

B-3 は、純粋な塩酸 - の腐食の弱点を修正するために開発されたわけではありません。B-2 はすでに優れていました。冶金学的不安定性を修正するために開発されました。B-2 は、溶接、熱間成形、および長時間の高温暴露中に脆くて有害な相を析出する傾向があり、米国特許文献では、この同じ相が耐食性と延性を低下させることが確認されています。

ヘインズ インターナショナル独自の技術文献にはそのメカニズムが直接記載されています。B-族合金に耐塩酸性を与えるモリブデン含有量は、「特に 500 度から 900 度の温度範囲で、望ましい（面心立方晶）ガンマ相以外の相が微細構造内に形成される強い傾向」も生み出します。- B-2 では、形成される相は Ni4Mo であり、急速に形成されます。

これとは別に、この合金の開発経緯を記載した米国特許文献では、B-2 が「その後、600-800 度の範囲の温度で短期間曝露されると、長距離秩序化反応を起こしやすいことが判明した」こと、および「機械的強度を低下させることに加えて、これらの反応から生じる相が耐食性に悪影響を与えることも判明した」ことが確認されています。 B-3 のエンジニアリング修正 - は、上記の表のモリブデンのシフトと微量元素の追加であり、代わりに形成の遅い Ni3Mo 相を優先するように特別に設計されました。

B-3 と B-2 の熱安定性と構造安定性はどのように比較されますか?

ヘインズ インターナショナルが公開している時間{0}}温度-変換（TTT）データは次のとおりですB-2合金有害な量の Ni4Mo を約 750 度で迅速に形成するのに対し、B-3 は有害な相を発現させるのに約 650 度で数時間かかる-。ただし、サードパーティの特許文献では、リスクを排除する大規模な再設計ではなく、同じ根底にある反応の「反応速度をわずかに減速する」ことによって達成される「やや高い」熱安定性として慎重に特徴づけられていますが、{6}}。

出典: Haynes International の時間-温度-変換（TTT）図と考察、HASTELLOY B-3 合金データシート。ニッケルモリブデン合金開発の歴史に関する米国特許文献によって裏付けられています。

ヘインズ・インターナショナル独自の B-2 パンフレットには、直接関連する正確な警告が追加されています。B-2 を 1,000 度 F から 1,600 度 F（538-870 度）の温度にさらすことは「合金の延性が低下するため避けるべきです」-、幅 332 度、高さ 332 度-は禁止です-このゾーンは、製造業者が溶接だけでなくあらゆる作業を考慮して設計する必要があります。 B-3 は幅が狭く、開始が遅く、-開始がはるかに遅く、-析出ノーズが発達するため、製造業者は実質的に多くのマージンを得ることができます。B-3 自体は依然として制御された炉焼きなまし（高速昇温、正確な温度制御、急冷）と、約 100 m を超える冷間加工後の再焼きなましを必要とするにもかかわらず、マルチパス溶接の時間が長くなり、中断焼きなましに対する許容範囲が広がり、実際の処理ウィンドウが全体的に広くなります。外繊維伸度7%。

B-3とB-2の耐塩酸性の比較はどうですか?

どちらの合金も、沸点までの実際の濃度範囲全体にわたって、純粋で汚染されていない塩酸に対して広く匹敵する卓越した耐性を示します。- B-3 の完全に公開されたデータによると、1-20% 沸騰 HCl での腐食速度が 0.01 ～ 0.29 mm/y であり、B-2 の長年広く文書化されている 20 mpy (0.51 mm/y) 未満のベンチマークを快適に満たしています。空気を含まず、汚染されていない酸中で沸騰するまでのあらゆる濃度と温度。

出典: Haynes International 塩酸腐食表、HASTELLOY B-3 合金データシート。ハステロイ B-2 ベンチマークは、ヘインズの歴史的な B-2 文献全体で文書化されており、独立した特許および業界の技術参考資料で裏付けられています。ヘインズ インターナショナルの現在のオンライン技術ライブラリは、B-2 の濃度ごとの腐食表を公開していないため、ここではその数値がヘインズ自身の歴史的文書がサポートする解像度で報告されています。

実際的なポイントは、耐塩酸性自体がこれら 2 つの合金の差別化要因ではないということです。- どちらもまさにこの環境向けに作られたものであり、どちらもその環境に優れています。-これらの表の 20% 濃度限界は HCl 共沸混合物であり、これを超えると塩化水素ガスが試験溶液から漏れるため、ガラス-フラスコでの実験室試験は信頼できなくなります。これは、濃酸中でのどちらの合金の実際の性能に対する制限を表すものではありません。-

B-3 と B-2 は塩酸による酸化汚染に耐えられますか?

- 両方の合金に同じ基本的な制限はなく、それは-クロム含有量がほぼゼロであることの直接的な結果です。塩酸がシステム内の他の場所で鉄または銅の配管に接触したときに形成される可能性がある微量の鉄（Fe3+）または銅（Cu2+）イオンでさえ、B-3 と B-2 の両方で急速な腐食破壊を引き起こす可能性があります。

Haynes International は、沸騰した 2.5% HCl 中で第二鉄および第二銅イオンの汚染が増加すると、B-3 の腐食速度がどの程度急激に上昇するかを正確に示すグラフを公開しています。その歴史的な B-2 文献には、ほぼ一字一句同じ警告が記載されています。B-2 は「第二鉄または第二銅の塩の存在下では、これらの塩が急速な腐食破壊を引き起こす可能性があるため推奨されません。」と述べています。これは B-3- 対 -B-2 の区別ではありません。これは、ニッケル - モリブデン合金ファミリー全体の共通の境界です。塩酸サービスに酸化汚染、混合酸、または断続的なエアレーションが含まれる場合、C-276、C-22、または HYBRID-BC1 などのクロム含有合金がより適切な仕様です。 B-3 と B-2 は、純粋な還元性の非空気混入酸用途のために確保されるべきです。

B-3 と B-2 は硫酸、リン酸、その他の非酸化性酸においてどのように比較されますか?

B-3 の完全に公開されたデータは、ほぼすべての濃度と温度で硫酸とリン酸に対する優れた耐性を示しており、最も過酷な沸騰に近い高濃度硫酸条件を除くと、腐食速度は通常 0.15 mm/y 以下であることが確認されています。- B-2 は、独立した技術文献全体で、同じ広範な非酸化性-耐性を共有するものとして文書化されていますが、Haynes は現在、B-2 に対応する濃度ごとの表を公開していません。

出典: Haynes International の硫酸、リン酸、試薬-グレード-溶液の腐食表、HASTELLOY B-3 合金データシート。

沸騰硫酸 80% (4.76 mm/y) での急激な上昇は、有益で正直なデータ ポイントです。B-3 は、B-2 と同様に還元性酸合金であり、硫酸が最も酸化性の高い-沸点-点の条件に近づくと、その抵抗は意図した濃度範囲外で低下します。 B-3 独自の硫酸等腐食図では、まさにこの理由から、沸点曲線を超える信頼できる挙動の予測を明示的に停止しています。

実際、溶接は耐食性にどのような影響を与えるのでしょうか?

B-3 が公開した溶接-金属-と-鍛造-母材-のデータでは、いくつかの主要な酸 - では測定可能な差がほとんどありません。これには、利用可能な最も明確な証拠である 5% と 10% の沸騰-相当塩酸 - における溶接金属と鍛造母材の腐食速度が同じです。 B-3 の熱安定性の向上は、実際に溶接後の性能の向上につながります。

出典: Haynes International の全-溶接-金属（マルチ-GMAW 十字形）対鍛造母材-金属の腐食データ、HASTELLOY B-3 合金データシート。

Haynes International は、現在の技術ライブラリで B-2 の同等の溶接金属-対-表を公開していません。 B-2 は、溶接と同じ温度範囲でより速く Ni4Mo が形成されやすいことが知られているため、B-2 を扱う製造業者は、厳格なパス間温度制御と、冷間加工が約 7% の伸びを超える場合には、溶接前に冷間加工された B-2 部品を溶体化焼きなましするというヘインズ独自の歴史的ガイダンスをより重視する必要があります。このステップが 7% を超える場合、合金は「溶接領域で亀裂が非常に発生しやすい」ためです。スキップ - ヘインズの現在の B-3 文献にほぼそのまま記載されているガイダンスは、これがどちらの合金に特有の予防措置ではなく、家族全体の予防措置であることを強調しています。

B-3 と B-2 の耐応力腐食割れ性はどのように比較されますか?

B-3 には直接公表された結果が記載されています。沸騰した 45% 塩化マグネシウム (ASTM G36) 中で 1,008 時間 (6 週間) 経過しても亀裂は発生せず、C-276 および合金 625 と並び、ヘインズ試験で最も耐 SCC 性の高い材料の 1 つとして挙げられます。 B-2 は独立した技術情報源全体で優れた塩化物 SCC 耐性を共有しており、この故障モードに対するニッケル モリブデン系の一般的な耐性と一致していると文書化されていますが、Haynes の現在の文献には特に B-2 に一致する数値は掲載されていません。

出典: Haynes International 応力腐食割れデータ (沸騰 45% MgCl2、ASTM G36)、HASTELLOY B-3 合金データシート。{0}}

Haynes は、B-3 または B-2 の ASTM G48 臨界孔食または隙間温度データ (このシリーズの他の箇所で C- タイプおよび G- タイプの合金に使用される標準ベンチマーク) を公開していないことに注意してください。これは見落としではありません。ASTM G48 では、前述の汚染制限の範囲内に直接該当する酸化性塩化物塩である酸性化塩化第二鉄を使用しています。 B 族合金はそもそも塩化物を酸化する用途を目的としていないため、ヘインズはまさにその条件に基づいて構築されたテストに対して B 族合金のベンチマークを行っていません。

製造特性とホット動作ウィンドウをどのように比較しますか?{0}

どちらの合金も同じ温度で焼鈍し、水焼き入れが必要ですが、B-3 の推奨熱間鍛造範囲は析出リスク ゾーンを完全に上回っています。一方、B-2 の公式ガイダンスでは、538 度から 870 度の広い範囲を完全に避けることが求められています。これは、独立した業界情報源が一貫して、B-2 の製造がより困難になると述べている、より厳しく、より包括的な制約です。

出典: Haynes International の引張、硬度、および製造データ、HASTELLOY B-3 合金データシート。 Haynes International のレガシー技術パンフレット H-2006D、HASTELLOY B-2 合金、焼きなましおよび熱間加工のガイダンス。

現在のヘインズの文献には直接比較可能な B-2 の数値が掲載されていませんが、この表は推定値を置き換えるのではなく、そのことを明確に示しています。- B-2 は事実上、ヘインズの標準ニッケルモリブデン製品としての B-3 に取って代わられており、B-2 の詳細な機械的特性表は、同社の現在のオンライン技術ライブラリには含まれていません。

B-3 と B-2 を管理する ASTM、ASME、AWS 標準はどれですか?

B-3 には、B-2 の従来の文書よりも完全で現在維持されている仕様セットが含まれています。これには、ヘインズ社の B-2 パンフレットには記載されていない専用の鍛造仕様 (ASTM B564) も含まれています。これは、鍛造継手、フランジ、またはバルブ本体を必要とするプロジェクトの調達に直接重要です。

出典: Haynes International「仕様およびコード」表、HASTELLOY B-3 合金データシート。ヘインズ インターナショナルのレガシー技術パンフレット H-2006D、ハステロイ B-2 合金。

塩酸サービスにはどの合金を指定する必要がありますか?

新規構造、厚肉部分の製造、マルチパス溶接、および鍛造部品を必要とする用途には B-3 を指定します。- B-2 は、溶接および熱処理手順がそのより狭く、より適切に文書化された処理限界を尊重する限り、すでに認定されている既存のシステムにとって技術的に健全な選択肢であり続けます。

• B-3 を選択してください:純粋な塩酸または硫酸用の新しい反応容器、カラム、配管システム。処理マージンが広いため、製造リスクとやり直し作業が軽減されます。
• B-3 を選択してください:厚肉断面の容器やマルチパスの現場溶接では、500 ～ 900 度の範囲の累積熱にさらされることが制限されにくくなります。-
• B-3 を選択してください:鍛造コンポーネント - フランジ、継手、バルブ本体 -。B-3 には現在の ASTM B564 鍛造仕様が準拠していますが、B-2 の従来のドキュメントには準拠していないためです。
• B-3 を選択してください:設計と規格への準拠のために、完全に文書化され、現在維持されている機械データと腐食データが必要なプロジェクト。
• B-2 を選択してください:既存のプラントと予備品プログラムはすでに B-2 で認定、溶接、在庫されており、合金を切り替えることで、腐食によるニーズがなく調達の複雑さが増します。
• B-2 を選択してください:レガシー機器の交換部品。B-2 の数十年にわたるフィールドでの確立された歴史自体が資格の一種です。-

どちらの場合も、どちらの合金も、酸化性塩で汚染された塩酸、混合酸化性/還元性酸の流れ、または断続的に曝気されるシステムには適合しないことに注意してください。-、その境界は B-3 と B-2 に等しく適用され、それを越えるには、代わりに C-276、C-22、または HYBRID-BC1 などのクロム含有合金が必要になります。

よくある質問

Q: ハステロイ B-3 と B-2 の主な違いは何ですか?

A: B-3 (UNS N10675) はモリブデン含有量をわずかに変更し、B-2 (UNS N10665) で指定されていない少量のタングステンやその他の微量元素を追加します。これにより、B-2 のより速く形成される Ni4Mo の代わりに、よりゆっくりと形成される Ni3Mo 相が優先されます。これにより、純粋な塩酸に対するどちらの合金の基本的な耐性も変えることなく、B-3 の熱処理範囲が広くなり、より寛容になります。

Q: B-3 は B-2 よりも塩酸に対する耐食性が優れていますか?

A: 劇的ではありません - どちらの合金も、沸点までのあらゆる濃度で純粋で汚染されていない塩酸に対して優れた耐性を示します。 B-3 の本当の利点は熱的および構造的安定性であり、特許文献によると、B-2 の耐食性と延性を低下させる脆化相変態のリスクを軽減することで、間接的に耐食性を保護します。

Q：ハステロイB-3、B-2は鉄や銅が混入した塩酸にも使用できますか？

A: いいえ、どちらの合金も、塩酸がシステム内の他の場所の鉄または銅の配管と接触すると形成される可能性のある第二鉄または第二銅イオンの存在下で急速な腐食破壊を受ける可能性があります。これは、クロムフリー、ニッケル-モリブデン合金ファミリー全体に共通の制限であり、B-3 と B-2 の区別ではありません。

Q: B-3 と B-2 は溶接後の熱処理が必要ですか?

A: どちらも通常の条件下では耐食性のために PWHT を必要としませんが、どちらも 500-900 度の範囲での長時間の暴露に対して敏感です。 B-3 は析出速度が遅いため、製造業者はマルチパス溶接やアニーリング中により多くのマージンを得ることができます。 B-2 では、より厳密なパス間温度制御が必要であり、ヘインズの歴史的ガイダンスに従って、約 7% を超える伸びを持つ冷間加工部品を溶接する前に溶体化焼鈍を行う必要があります。

Q: ハステロイ B-2 はまだ入手可能ですか? それとも B-3 に置き換えられましたか?

A: B-2 は依然として UNS 合金 (N10665) として認められており、現在もサプライヤーによって製造および在庫されていますが、ヘインズ インターナショナルは 1994 年以来 B-3 を標準的なニッケルモリブデン製品として位置付けており、現在のオンライン耐食合金ポートフォリオに B-2 を含めなくなり、B-2 に関する歴史的/レガシーな技術文献のみを公開しています。

Q: B-3 と B-2 は鍛造部品に適していますか?

A: B-3 には、現在の ASTM/ASME B564/SB564 鍛造仕様が適用されます。ヘインズの従来の B-2 パンフレットには鍛造仕様が記載されていないため、鍛造フランジ、継手、またはバルブ本体のより単純な仕様の選択は B-3 です。