ALLOY B2, 2.4617, UNS N10665, HASTELLOY® B2 - STOP NIKLU

ALLOY B2, 2.4617, UNS N10665, HASTELLOY® B2 - STOP NIKLU WEDŁUG ASTM B366, DIN 17750

Alloy B2, 2.4617, Hastelloy® B2 – opis

Alloy B-2 to stop niklowo-molibdenowy wyjątkowy pod tym względem, że w zasadzie nie zawiera chromu, pierwiastka wspólnego dla niemal wszystkich innych stopów odpornych na korozję. Wysoka zawartość niklu i molibdenu zapewnia mu doskonałą odporność na kwas solny i inne środowiska i czynniki sprzyjające redukcji, takie jak wysoka temperatura, również w stanie po spawaniu. Bez chromu stop ten jest jednak podatny na korozję w kwasach redukujących zanieczyszczonych nawet śladowymi ilościami soli utleniających, przykładowo chlorkiem żelaza. Jest to ulepszona wersja alloy B (który był podatny na korozję międzykrystaliczną w strefie wpływu ciepła spoiny), o niższej zawartości węgla i żelaza. Hastelloy® B-3 i Nicrofer 6628 są bardzo podobne do stopu B-2, ale zostały opracowane około 20 lat później i zapewniają lepszy poziom stabilności termicznej.

Wybrane normy opisujące stop:

• ASTM B 333, ASME SB-333 - Blachy i płyty
• ASTM B 626, ASME SB-626 - Rury spawane
• ASTM B 622, ASME SB-622 - Rury bezszwowe
• ASTM B 366, ASME SB-366 - Spawane elementy łączne
• DIN 17750 - Blachy i płyty

Zastosowanie

Alloy B2 jest stosowany głównie w przetwórstwie chemicznym do urządzeń mających styczność z kwasem solnym (wszystkie stężenia i temperatury), kwasem siarkowym, kwasem octowym i kwasem fosforowym. Jest on również wykorzystywany w zastosowaniach wysokotemperaturowych, gdzie wymagany jest niski współczynnik rozszerzalności cieplnej.

W gazach utleniających, takich jak powietrze, alloy B2 może być stosowany do 540°C. W gazach beztlenowych lub w próżni alloy B2 może być stosowany w temperaturze od 815°C wzwyż. Należy unikać ekspozycji na temperaturę w zakresie 540-815°C bez względu na środowisko, ponieważ alloy B2 wytwarza w tej temperaturze fazy międzymetaliczne Ni₃Mo i Ni₄Mo, które gwałtownie zmniejszają ciągliwość stopu.

Alloy B2, 2.4617, Hastelloy® B2 - własności fizyczne i mechaniczne

Własności fizyczne w temperaturze pokojowej:

• Gęstość: 9,22 g/cm³
• Ciepło właściwe: 373 J/kg⋅K
• Współczynnik przewodzenia ciepła: 11,1 W/m⋅K
• Współczynnik rozszerzalności cieplnej: 10,3 μm/m⋅K
• Temperatura topnienia: 1300-1350 C

Współczynnik rozszerzalności cieplnej w zależności od temperatury:

• 20-93°C: 10,3 μm/m⋅K
• 20-204°C: 10,8 μm/m⋅K
• 20-316°C: 11,2 μm/m⋅K
• 20-427°C: 11,5 μm/m⋅K
• 20-538°C: 11,7 μm/m⋅K

Pojemność cieplna w zależności od temperatury:

• 20°C: 373 J/kg⋅K
• 200°C: 406 J/kg⋅K
• 400°C: 431 J/kg⋅K
• 600°C: 456 J/kg⋅K

Przewodność cieplna w zależności od temperatury:

• 20°C: 11,1 W/m·K
• 100°C: 12,2 W/m·K
• 200°C: 13,4 W/m·K
• 300°C: 14,6 W/m·K
• 400°C: 16,0 W/m·K
• 500°C: 17,3 W/m·K
• 600°C: 18,7 W/m·K

Współczynnik wyrównania temperatur w zależności od temperatury:

• 0°C: 3,2 10^-6⋅m²/s
• 100°C: 3,4 10^-6⋅m²/s
• 200°C: 3,6 10^-6⋅m²/s
• 300°C: 3,8 10^-6⋅m²/s
• 400°C: 4,0 10^-6⋅m²/s
• 500°C: 4,2 10^-6⋅m²/s
• 600°C: 4,5 10^-6⋅m²/s

Oporność elektryczna w zależności od temperatury:

• 0°C: 1,37 μΩ·m
• 100°C: 1,38 μΩ·m
• 200°C: 1,38 μΩ·m
• 300°C: 1,39 μΩ·m
• 400°C: 1,39 μΩ·m
• 500°C: 1,41 μΩ·m
• 600°C: 1,46 μΩ·m

Moduł sprężystości dynamicznej przesyconej i zahartowanej blachy Hastelloy® B-2 o grubości 13 mm:

• 20°C: 217 GPa
• 315°C: 202 GPa
• 425°C: 196 GPa
• 540°C: 189 GPa

Własności wytrzymałościowe blach i płyt o grubości od 1,3 do 3mm ze stopu Hastelloy® B-2 w stanie przesyconym i schłodzonym w wodzie:

• W temperaturze pokojowej
  • Granica plastyczności: 525 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 965 MPa
  • Wydłużenie: 53 %
  • Twardość HRC: 22
• W temp. 400°C
  • Granica plastyczności: 450 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 885 MPa
  • Wydłużenie: 50 %
• W temp. 600°C
  • Granica plastyczności: 425 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 860 MPa
  • Wydłużenie: 49 %
• W temp. 800°C
  • Granica plastyczności: 415 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 860 MPa
  • Wydłużenie: 51 %

Własności wytrzymałościowe blach i płyt o grubości od 2,5 do 9mm ze stopu Hastelloy® B-2 w stanie przesyconym i i schłodzonym w wodzie:

• W temperaturze pokojowej
  • Granica plastyczności: 415 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 895 MPa
  • Wydłużenie: 61 %
  • Twardość HRC: 95
• W temp. 400°C
  • Granica plastyczności: 350 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 850 MPa
  • Wydłużenie: 59 %
• W temp. 600°C
  • Granica plastyczności: 325 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 820 MPa
  • Wydłużenie: 60 %
• W temp. 800°C
  • Granica plastyczności: 310 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 805 MPa
  • Wydłużenie: 60 %

Własności wytrzymałościowe płyt o grubości od 9 do 50mm ze stopu Hastelloy® B-2 w stanie przesyconym i i schłodzonym w wodzie:

• W temperaturze pokojowej
  • Granica plastyczności: 405 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 905 MPa
  • Wydłużenie: 61 %
  • Twardość HRC: 94
• W temp. 400°C
  • Granica plastyczności: 360 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 870 MPa
  • Wydłużenie: 60 %
• W temp. 600°C
  • Granica plastyczności: 340 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 840 MPa
  • Wydłużenie: 60 %
• W temp. 800°C
  • Granica plastyczności: 315 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 820 MPa
  • Wydłużenie: 61 %

Typowe właściwości mechaniczne stopu 2.4617 w temperaturze pokojowej zgodnie z normą DIN 17750:

• Granica plastyczności: >340 MPa
• Wytrzymałość na rozciąganie: >750 MPa
• Wydłużenie: >40%
• Twardość HBW: <240

Narażenie alloy B-2 na działanie temperatury w zakresie od 540 do 815°C bardzo obniża jego ciągliwość:

• Wydłużenie w temperaturze pokojowej: > 40%
• Wydłużenie po narażeniu na działanie temperatury 760°C przez 10 minut: < 5%

Odporność na korozję

Stop B-2 ma wyjątkową odporność na środowiska beztlenowe (redukcyjne), doskonałą odporność na wżery, pękanie korozyjne naprężeniowe i odporność na korozję szczelinową. Ma dobrą odporność na utlenianie, ale w środowiskach utleniających nie powinien być stosowany w temperaturze powyżej 540°C. Ma doskonałą odporność na kwas solny, chlorek glinu i doskonałą odporność na gazowy chlorowodór, kwas siarkowy, kwas octowy i kwas fosforowy. Jest odporny na korozję strefy wpływu ciepła spoiny, dzięki czemu nadaje się do większości zastosowań w przemyśle chemicznym w stanie po spawaniu.

Kwasy beztlenowe - doskonała odporność. Najwyższa odporność na kwas solny wśród wszystkich stopów niklu. Średnia szybkość korozji dla wrzących roztworów:

• Kwas octowy CH₃COOH, 10%: <0,02 mm/rok
• 30%: <0,01 mm/rok
• 50%: <0,01 mm/rok
• 70%: <0,01 mm/rok
• 99%: <0,01 mm/rok
• Kwas mrówkowy CH₂O₂, 10%: <0,01 mm/rok
• 20%: <0,02 mm/rok
• 30%: <0,02 mm/rok
• 40%: <0,02 mm/rok
• 60%: <0,02 mm/rok
• 89%: <0,02 mm/rok
• Kwas solny HCl, 1%: 0,02 mm/rok
• 2%: 0,08 mm/rok
• 5%: 0,13 mm/rok
• 10%: 0,18 mm/rok
• 15%: 0,28 mm/rok
• 20%: 0,38 mm/rok
• Kwas fosforowy H₃PO₄, 10%: 0,05 mm/rok
• 30%: 0,08 mm/rok
• 50%: 0,15 mm/rok
• 85%: 0,63 mm/rok
• Kwas siarkowy H₂SO₄, 2%: <0,02 mm/rok
• 5%: 0,08 mm/rok
• 10%: 0,05 mm/rok
• 20%: <0,02 mm/rok
• 30%: <0,02 mm/rok
• 40%: <0,03 mm/rok
• 50%: 0,03 mm/rok
• 50%: 0,03 mm/rok (element starzony przez 48h w 540°C)
• 60%: 0,05 mm/rok (element starzony przez 48h w 540°C)
• 70%: 0,23 mm/rok (element starzony przez 48h w 540°C)

Kwas solny w wysokiej temperaturze - wedle testów ubytek metalu w zależności od czasu trawienia i temperatury wynosi:

• HCl 300 h; 400°C: 0,75 mg/cm²
• HCl 1000 h; 400°C: 0,76 mg/cm²
• HCl 100 h; 500°C: 2,10 mg/cm²
• HCl 300 h; 500°C: 2,65 mg/cm²
• HCl 1000 h; 500°C: 5,87 mg/cm²
• HCl 100 h; 600°C: 12,93 mg/cm²
• HCl 300 h; 600°C: 62,3 mg/cm²
• HCl 96 h; 700°C: 126,4 mg/cm²

Sole żelaza i miedzi bardzo przyspieszają korozję i mogą powstać w kontakcie kwasu solnego z żelazem lub miedzią, stąd Alloy B2 nie powinien być używany tam, gdzie żelazo lub miedź mają kontakt z kwasem solnym. Korozja wzrasta wraz z ilością cząsteczek żelaza w następujący sposób:

• 20%, 10ppm Fe³⁺ : ~1,2 mm/rok
• 20%, 100ppm Fe³⁺ : ~10,0 mm/rok
• 20%, 800ppm Fe³⁺ : ~70,0 mm/rok

Odporność na pozostałe związki chemiczne:

• Kwas fluorowodorowy HF, 20%, 70°C: 0,38 mm/rok

Spawanie

Podstawowe informacje: grupa spawalnicza 44 (ISO 15608), p-numer lutowania mosiądzem 112 (ASME section IX).

Wybór materiałów spawalniczych:

• Spoiwo: ERNiMo-7

Obróbka cieplna po spawaniu nie jest konieczna dla większości zastosowań, bo spawanie jedynie w niewielkim stopniu obniża odporność alloy B2 na korozję w środowisku redukującym i nie wykazuje korozji strefy wpływu ciepła. Dla przykładu - 20% wrzący roztwór kwasu mrówkowego powoduje korozję w tempie 0,38mm/rok dla elementów niespawanych oraz 0,51mm/rok dla elementów spawanych metodą TIG. Z kolei 50% wrzący roztwór kwasu siarkowego powoduje korozję w tempie 0,03mm/rok dla elementów niespawanych oraz 0,05mm/rok dla elementów spawanych metodą TIG. Dla zmaksymalizowania odporności na korozję zastosuj obróbkę cieplną opisaną poniżej.

Obróbka cieplna

Wyżarzanie zmiękczające powinno być wykonywane w temperaturze 1095-1185°C przez 5-10 min (przy wyżarzaniu ciągłym) lub 60 min (przy wyżarzaniu długookresowym). Element należy gwałtownie schłodzić w wodzie lub powietrzu o wzmożonym przepływie.

Alloy B2 wytrąca szkodliwe fazy międzymetaliczne Ni₃Mo i Ni₄Mo, gdy jest poddany temperaturze od 540 do 815°C, nawet w okresie czasu wynoszącym od 10 do 15 minut. W związku z tym zarówno nagrzewanie jak i chłodzenie powinno odbywać się tak szybko, jak to możliwe. Obrabiany element należy włożyć do pieca, który już został nagrzany do temperatury wyżarzania, a idealnie do pieca o dużej pojemności cieplnej.