Hastelloy B-3 frente a B-2 en ácido clorhídrico: fabricación mejorada y resistencia a la corrosión

¿Qué son Hastelloy B-3 y B-2 y en qué se diferencian sus composiciones?

B-3 y B-2 son aleaciones de níquel-molibdeno casi puras, casi sin cromo, pero B-3 desplaza el contenido de molibdeno ligeramente hacia arriba y agrega una pequeña adición de tungsteno estrechamente controlada y un conjunto de elementos menores (aluminio, titanio, niobio, vanadio, tantalio, circonio) que la química más simple de B-2 no especifica: el mecanismo metalúrgico deliberado detrás de su estabilidad mejorada.

Fuente: Hoja de datos de composición nominal de Haynes International, aleación HASTELLOY B-3; Folleto técnico heredado de Haynes International H-2006D, aleación HASTELLOY B-2 (©1997).

Ambas aleaciones, por diseño, están casi libres de cromo--, la estrategia opuesta a las aleaciones de tipo C-y G-que se tratan en otras partes de esta serie. Esto es intencional: la película protectora de óxido de cromo no contribuye en nada a la resistencia a la corrosión en el ácido clorhídrico puro y no oxidante, y tanto B-3 como B-2 dependen del níquel y el molibdeno en solución sólida. La verdadera historia en la tabla de composición no son los elementos principales, que son casi idénticos, sino los menores: las pequeñas y deliberadas adiciones de B-3 existen específicamente para cambiar qué fase intermetálica se forma cuando la aleación se calienta y con qué rapidez.

¿Por qué se desarrolló B-3? ¿Qué problema resuelve realmente?

B-3 no se desarrolló para corregir una debilidad por corrosión en el ácido clorhídrico puro. - B-2 ya era excelente allí; se desarrolló para corregir una inestabilidad metalúrgica: el B-2 es propenso a precipitar una fase frágil y nociva durante la soldadura, el conformado en caliente y la exposición prolongada a temperaturas elevadas, y la literatura de patentes de EE. UU. confirma que esta misma fase degrada la resistencia a la corrosión y la ductilidad.

La propia literatura técnica de Haynes International establece el mecanismo directamente: el contenido de molibdeno que da a las aleaciones de la familia B-su resistencia al ácido clorhídrico también crea "una fuerte tendencia a que se formen fases distintas a la deseable fase gamma (cúbica- centrada en la cara) en la microestructura, particularmente en el rango de temperatura de 500 grados a 900 grados". En B-2, la fase que se forma es Ni4Mo y se forma rápidamente.

Independientemente, la literatura de patentes de EE. UU. que describe la historia del desarrollo de la aleación confirma que B-2 "se descubrió que era propenso a reacciones de ordenación de largo-rango durante una exposición corta-a temperaturas en el rango de 600-800 grados", y que "además de degradar la resistencia mecánica, también se descubrió que las fases resultantes de estas reacciones tenían efectos adversos sobre la resistencia a la corrosión". La solución de ingeniería de B-3 - el cambio de molibdeno y las adiciones de elementos menores en la tabla anterior fue diseñada específicamente para favorecer la fase Ni3Mo de formación más lenta.

¿Cómo se comparan B-3 y B-2 en estabilidad térmica y estructural?

Los datos de transformación de tiempo-temperatura-(TTT) publicados por Haynes International muestranaleación B-2formar cantidades dañinas de Ni4Mo rápidamente a alrededor de 750 grados, mientras que B-3 tarda varias horas a alrededor de 650 grados para desarrollar fases nocivas - una mejora real y reproducible, aunque la literatura de patentes de terceros-tiene cuidado de caracterizarla como una estabilidad térmica "algo mayor" lograda al "desacelerar ligeramente la cinética" de la misma reacción subyacente, no una reingeniería total que elimine el riesgo.

Fuente: diagrama y análisis de transformación de tiempo-temperatura-(TTT) de Haynes International, hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3; corroborado por la literatura de patentes estadounidenses sobre la historia del desarrollo de aleaciones de níquel-molibdeno.

El propio folleto sobre B-2 de Haynes International añade una advertencia directamente relevante y expresada con precisión: la exposición de B-2 a temperaturas de 1000 grados F a 1600 grados F (538-870 grados) "debe evitarse debido a una reducción en la ductilidad de la aleación" - un ancho, 332 grados -alto- zona alrededor de la cual los fabricantes deben diseñar para cualquier operación, no solo para soldar. La nariz de precipitación más estrecha, de aparición-más tardía y de desarrollo- mucho más lento de B-3 les da a los fabricantes materialmente más margen: más tiempo en una soldadura de múltiples pasadas, más tolerancia para un recocido interrumpido y una ventana de procesamiento práctica más amplia en general, a pesar de que B-3 en sí todavía requiere un recocido en horno controlado (calentamiento rápido, control preciso de la temperatura, enfriamiento rápido) y un nuevo recocido después del trabajo en frío que excede aproximadamente el 7%. Alargamiento de la fibra exterior.

¿Cómo se comparan la B-3 y la B-2 en cuanto a resistencia al ácido clorhídrico?

Ambas aleaciones ofrecen una resistencia excepcional y ampliamente comparable al ácido clorhídrico puro y no contaminado en todo el rango práctico de concentración hasta el punto de ebullición. Los datos completamente publicados de - B-3 muestran tasas de corrosión de 0,01 a 0,29 mm/año en HCl al 1-20% de ebullición, cómodamente dentro del punto de referencia ampliamente documentado y de larga data de B-2 de menos de 20 mpy (0,51 mm/y) en todas las concentraciones. y temperaturas hasta ebullición en ácido no aireado y no contaminado.

Fuente: Tabla de corrosión del ácido clorhídrico de Haynes International, hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3; Punto de referencia Hastelloy B-2 documentado en la literatura histórica sobre B-2 de Haynes y corroborado en patentes independientes y referencias técnicas de la industria. La biblioteca técnica en línea actual de Haynes International ya no publica una tabla de corrosión concentración por concentración para B-2, por lo que sus cifras se informan aquí en la resolución que respalda la documentación histórica del propio Haynes.

La conclusión práctica es que la resistencia al ácido clorhídrico en sí no es el diferenciador entre estas dos aleaciones. - ambas fueron diseñadas-exactamente para este entorno y ambas se destacan en él. El límite de concentración del 20% en estas tablas es el azeótropo de HCl, más allá del cual las pruebas de laboratorio en matraces de vidrio-se vuelven poco confiables a medida que el gas cloruro de hidrógeno se escapa de la solución de prueba; no representa un límite en el rendimiento real-de ninguna de las aleaciones en ácido concentrado.

¿La B-3 y la B-2 toleran la contaminación oxidante en el ácido clorhídrico?

No - ambas aleaciones comparten la misma limitación fundamental, y es la consecuencia directa de su contenido de cromo casi-cero: incluso trazas de iones férricos (Fe3+) o cúpricos (Cu2+), que pueden formarse cuando el ácido clorhídrico entra en contacto con tuberías de hierro o cobre en otras partes de un sistema, pueden provocar una rápida falla por corrosión tanto en B-3 como en B-2.

Haynes International publica un gráfico que muestra exactamente cuán bruscamente aumenta la tasa de corrosión del B-3 con el aumento de la contaminación por iones férricos y cúpricos al hervir HCl al 2,5%, y su literatura histórica sobre el B-2 establece la misma advertencia casi palabra por palabra: B-2 "no se recomienda en presencia de sales férricas o cúpricas, ya que estas sales pueden causar una rápida falla por corrosión". Esta no es una distinción entre B-3-versus-B-2: es un límite compartido de toda la familia de aleaciones de níquel-molibdeno. Cuando el servicio de ácido clorhídrico incluye contaminación oxidante, ácidos mixtos o aireación intermitente, una aleación que contiene cromo como C-276, C-22 o HYBRID-BC1 es la especificación más apropiada; B-3 y B-2 deben reservarse para aplicaciones con ácido puro, reductor y no aireado.

¿Cómo se comparan B-3 y B-2 en ácidos sulfúrico, fosfórico y otros ácidos no oxidantes?

Los datos completamente publicados de B-3 confirman una excelente resistencia al ácido sulfúrico y fosfórico en casi todas las concentraciones y temperaturas, con tasas de corrosión generalmente iguales o inferiores a 0,15 mm/año fuera de las condiciones más severas de ácido sulfúrico altamente concentrado, cercano a la ebullición; En la literatura técnica independiente se documenta que B-2 comparte esta misma resistencia amplia a los ácidos no-oxidantes-, aunque Haynes ya no publica tablas correspondientes concentración por concentración.

Fuente: Tablas de corrosión de soluciones de grado-reactivo-de ácido sulfúrico, ácido fosfórico y reactivo de Haynes International, hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3.

El fuerte salto al 80 % de ácido sulfúrico en ebullición (4,76 mm/año) es un dato útil y honesto: B-3, como B-2, es una aleación de ácido-reductor, y su resistencia cae fuera de su ventana de concentración prevista una vez que el ácido sulfúrico se acerca a sus condiciones más oxidantes y de mayor-punto de ebullición-. Los propios diagramas de isocorrosión de B-3 para el ácido sulfúrico dejan explícitamente de predecir un comportamiento confiable por encima de la curva del punto de ebullición exactamente por esta razón.

¿Cómo afecta la soldadura a la resistencia a la corrosión en la práctica?

Los datos publicados por B-3 sobre metal-de soldadura- versus -metal-base-forjado no muestran casi ninguna diferencia mensurable en varios ácidos clave -, incluidas tasas de corrosión idénticas para el metal de soldadura y el metal base forjado en ácido clorhídrico equivalente al 5% y al 10% en ebullición--, que es la evidencia más clara disponible de que La estabilidad térmica mejorada del B-3 realmente se traduce en un mejor rendimiento soldado.

Fuente: Datos de corrosión de metales-soldados-de Haynes International (cruciformes GMAW de múltiples-pasos) frente a metales base-forjados, hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3.

Haynes International no publica una tabla equivalente de soldadura-metal-versus-forjado para B-2 en su biblioteca técnica actual. Dada la conocida susceptibilidad del B-2 a una formación más rápida de Ni4Mo en el mismo rango de temperatura por el que pasa la soldadura, los fabricantes que trabajan con B-2 deberían poner más énfasis en un control estricto de la temperatura entre pasadas y en la propia guía histórica de Haynes para recocer con solución- los componentes B-2 trabajados en frío antes de soldar cuando el trabajo en frío excede aproximadamente el 7 % de alargamiento, ya que la aleación "es muy susceptible a agrietarse en la región soldada" si este paso se realiza. omitido: orientación que aparece en la literatura actual sobre B-3 de Haynes casi palabra por palabra, lo que subraya que se trata de una precaución para toda la familia y no exclusiva de cualquiera de las aleaciones.

¿Cómo se comparan B-3 y B-2 en cuanto a resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión?

B-3 tiene un resultado publicado directamente: no hay grietas después de 1008 horas (seis semanas) en ebullición de cloruro de magnesio al 45 % (ASTM G36), lo que lo coloca junto a C-276 y la aleación 625 como uno de los materiales más resistentes a SCC-en las pruebas de Haynes; Fuentes técnicas independientes documentan que B-2 comparte una excelente resistencia al cloruro-SCC, consistente con la inmunidad general de la familia del níquel-molibdeno a este modo de falla, aunque la literatura actual de Haynes no incluye un número coincidente específicamente para B-2.

Fuente: Datos de fisuración por corrosión bajo tensión-de Haynes International (45 % de MgCl2 en ebullición, ASTM G36), hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3.

Tenga en cuenta que Haynes no publica datos críticos de temperatura de picaduras o grietas ASTM G48 (el punto de referencia estándar utilizado para las aleaciones tipo C-y G-en otras partes de esta serie) para B-3 o B-2. Eso no es un descuido: ASTM G48 utiliza cloruro férrico acidificado, una sal de cloruro oxidante que cae directamente dentro de la limitación de contaminación discutida anteriormente. Dado que, en primer lugar, las aleaciones de la familia B no están destinadas al servicio de cloruro oxidante, Haynes no las compara con una prueba realizada exactamente en esa condición.

¿Cómo se comparan las características de fabricación y las ventanas-de trabajo en caliente?

Ambas aleaciones se recocen a la misma temperatura y requieren enfriamiento con agua, pero el rango de forjado en caliente-recomendado por B-3 se ubica completamente por encima de su zona de riesgo de precipitación-, mientras que la guía oficial de B-2 requiere evitar una banda ancha de 538 a 870 grados por completo, una restricción más estricta y abarcadora que fuentes independientes de la industria describen consistentemente como que hace que B-2 sea más problemático de fabricar.

Fuente: Datos de tracción, dureza y fabricación de Haynes International, hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3; Folleto técnico heredado de Haynes International H-2006D, aleación HASTELLOY B-2, para guía de recocido y trabajo en caliente.

Cuando la literatura actual de Haynes no publica una cifra de B-2 directamente comparable, esta tabla lo dice claramente en lugar de sustituir una estimación. - B-2 ha sido efectivamente reemplazado por B-3 como la oferta estándar de níquel-molibdeno de Haynes, y las tablas detalladas de propiedades mecánicas de B-2 ya no forman parte de la biblioteca técnica en línea actual de la compañía.

¿Qué normas ASTM, ASME y AWS rigen B-3 y B-2?

B-3 incluye un conjunto de especificaciones más completo y mantenido actualmente que la documentación heredada de B-2, incluida una especificación de forjados dedicada (ASTM B564) que el folleto B-2 de Haynes no incluye, lo que importa directamente para la adquisición de cualquier proyecto que requiera accesorios, bridas o cuerpos de válvulas forjados.

Fuente: Tabla de "Especificaciones y códigos" de Haynes International, hoja de datos de la aleación HASTELLOY B-3; Folleto técnico heredado de Haynes International H-2006D, aleación HASTELLOY B-2.

¿Qué aleación debería especificar para el servicio con ácido clorhídrico?

Especifique B-3 para construcciones nuevas, fabricación de secciones-gruesas, soldadura de múltiples-pasadas y cualquier aplicación que requiera componentes forjados; B-2 sigue siendo una opción técnicamente sólida para los sistemas existentes que ya están calificados para él, siempre que los procedimientos de soldadura y tratamiento térmico respeten sus límites de procesamiento más estrechos y mejor documentados.

• Elija B-3 para:Nuevos recipientes de reacción, columnas y sistemas de tuberías para ácido clorhídrico o sulfúrico puro, donde el margen de procesamiento más amplio reduce el riesgo de fabricación y el retrabajo.
• Elija B-3 para:Recipientes de sección-gruesa y soldaduras de campo de múltiples-pasadas, donde la exposición al calor acumulativo en el rango de 500 a 900 grados es más difícil de unir.
• Elija B-3 para:Componentes forjados - bridas, accesorios, cuerpos de válvulas - ya que B-3 lleva una especificación de forjado ASTM B564 actual y la documentación heredada de B-2 no.
• Elija B-3 para:Proyectos que necesitan datos mecánicos y de corrosión completamente documentados y mantenidos actualmente para el diseño y el cumplimiento del código.
• Elija B-2 para:Las plantas existentes y los programas de repuestos ya están calificados, soldados y almacenados en B-2, donde el cambio de aleaciones agrega complejidad de adquisición sin una necesidad impulsada por la corrosión.
• Elija B-2 para:Piezas de repuesto para equipos antiguos en los que el B-2 tiene un historial de campo bien establecido- de décadas de duración y es en sí mismo una forma de calificación.

En ambos casos, recuerde que ninguna de las aleaciones es adecuada para ácido clorhídrico contaminado con sales oxidantes, corrientes mixtas de ácidos oxidantes/reductores o sistemas aireados intermitentemente. - ese límite se aplica por igual a B-3 y B-2, y cruzarlo requiere una aleación que contenga cromo como C-276, C-22 o HYBRID-BC1.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuál es la principal diferencia entre Hastelloy B-3 y B-2?

A: B-3 (UNS N10675) cambia ligeramente el contenido de molibdeno y agrega pequeñas cantidades de tungsteno y otros elementos menores que B-2 (UNS N10665) no especifica, favoreciendo la fase Ni3Mo de formación más lenta-en lugar de la fase Ni4Mo de formación más rápida de B-2. Esto le da al B-3 una ventana de procesamiento térmico más amplia y tolerante sin cambiar la resistencia fundamental de ninguna de las aleaciones al ácido clorhídrico puro.

P: ¿Es el B-3 más resistente a la corrosión que el B-2 en ácido clorhídrico?

A: No espectacularmente - ambas aleaciones ofrecen una resistencia excepcional al ácido clorhídrico puro y no contaminado en todas las concentraciones hasta el punto de ebullición. La verdadera ventaja del B-3 es la estabilidad térmica y estructural, que protege indirectamente la resistencia a la corrosión al reducir el riesgo de la transformación de la fase fragilizante que, según la literatura de patentes, degrada la resistencia a la corrosión en el B-2, así como la ductilidad.

P: ¿Se puede usar Hastelloy B-3 o B-2 con ácido clorhídrico contaminado con hierro o cobre?

A: No. Ambas aleaciones pueden sufrir una rápida corrosión en presencia de iones férricos o cúpricos, que pueden formarse cuando el ácido clorhídrico entra en contacto con tuberías de hierro o cobre en otras partes del sistema. Esta es una limitación compartida de toda la familia de aleaciones de molibdeno-níquel-libres de cromo-, no una distinción B-3 versus B-2.

P: ¿B-3 y B-2 requieren tratamiento térmico posterior a la soldadura?

A: Ninguno requiere PWHT para resistencia a la corrosión en condiciones normales, pero ambos son sensibles a la exposición prolongada en el rango de 500-900 grados. La cinética de precipitación más lenta del B-3 brinda a los fabricantes más margen durante la soldadura y el recocido de múltiples pasadas; B-2 requiere un control de temperatura entre pasadas más estricto y, según la guía histórica de Haynes, recocido en solución antes de soldar componentes trabajados en frío con más de aproximadamente un 7 % de alargamiento.

P: ¿Hastelloy B-2 todavía está disponible o ha sido reemplazado por B-3?

A: B-2 sigue siendo una aleación UNS reconocida (N10665) y los proveedores todavía la producen y almacena, pero Haynes International ha posicionado a B-3 como su oferta estándar de níquel-molibdeno desde 1994 y ya no mantiene B-2 en su cartera actual de aleaciones resistentes a la corrosión en línea, publicando solo literatura técnica histórica/heredada sobre él.

P: ¿B-3 y B-2 son adecuados para componentes forjados?

A: B-3 lleva una especificación actual de forjados ASTM/ASME B564/SB564. El folleto B-2 heredado de Haynes no incluye una especificación de piezas forjadas, por lo que B-3 es la opción de especificación más sencilla para bridas, accesorios o cuerpos de válvulas forjados.