Сплав ALLOY B2, 2.4617, UNS N10665, HASTELLOY® B2 - никелевый сплав

ALLOY B2, 2.4617, UNS N10665, HASTELLOY® B2, Н70М-ВИ (ЭП495-ВИ) - НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ ПО ASTM B366, DIN 17750

Alloy B2, 2.4617, Hastelloy® B2, Н70М-ВИ (ЭП495-ВИ) – описание

Alloy B-2 — это сплав никеля и молибдена, уникальный тем, что практически не содержит хрома, элемента, общего для почти всех других коррозионно-стойких сплавов. Высокое содержание никеля и молибдена обеспечивает ему отличную стойкость к соляной кислоте и другим средам и факторам, способствующим восстановлению, таким как высокая температура, в том числе в состоянии после сварки. Однако без хрома этот сплав подвержен коррозии в восстановительных кислотах, загрязненных даже следовыми количествами окислительных солей, например хлоридом железа. Это улучшенная версия сплава B (который был подвержен межкристаллической коррозии в зоне теплового влияния сварного шва) с более низким содержанием углерода и железа. Hastelloy® B-3 и Nicrofer 6628 очень похожи на сплав B-2, но были разработаны примерно на 20 лет позже и обеспечивают более высокий уровень термической стабильности.

Выбранные стандарты, описывающие сплав:

• ASTM B 333, ASME SB-333 — Листы и пластины
• ASTM B 626, ASME SB-626 — Сварные трубы
• ASTM B 622, ASME SB-622 — Бесшовные трубы
• ASTM B 366, ASME SB-366 — Сварные соединительные элементы
• DIN 17750 - Листы и плиты

Применение

Сплав B2 в основном используется в химической промышленности для оборудования, контактирующего с соляной кислотой (все концентрации и температуры), серной кислотой, уксусной кислотой и фосфорной кислотой. Он также используется в высокотемпературных применениях, где требуется низкий коэффициент теплового расширения.

В окисляющих газах, таких как воздух, сплав B2 может использоваться при температуре до 540 °C. В бескислородных газах или в вакууме Alloy B2 может использоваться при температуре от 815 °C и выше. Следует избегать воздействия температур в диапазоне 540-815 °C независимо от среды, поскольку сплав B2 при этой температуре образует интерметаллические фазы Ni₃Mo и Ni₄Mo, которые резко снижают пластичность сплава.

 

Alloy B2, 2.4617, Hastelloy® B2, Н70М-ВИ (ЭП495-ВИ) — физические и механические свойства

Физические свойства при комнатной температуре:

• Плотность: 9,22 г/см³
• Удельная теплоемкость: 373 Дж/кг⋅К
• Коэффициент теплопроводности: 11,1 Вт/м⋅К
• Коэффициент теплового расширения: 10,3 мкм/м⋅K
• Температура плавления: 1300-1350 °C

Коэффициент теплового расширения в зависимости от температуры:

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

Теплоемкость в зависимости от температуры:

• 20 °C: 373 Дж/кг⋅К
• 200 °C: 406 Дж/кг⋅К
• 400 °C: 431 Дж/кг⋅К
• 600 °C: 456 Дж/кг⋅К

Теплопроводность в зависимости от температуры:

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

Коэффициент выравнивания температур в зависимости от температуры:

• 0 °C: 3,2 10^-6⋅м²/с
• 100 °C: 3,4 10^-6⋅m²/с
• 200 °C: 3,6 10^-6⋅m²/с
• 300 °C: 3,8 10^-6⋅м²/с
• 400 °C: 4,0 10^-6⋅m²/с
• 500 °C: 4,2 10^-6⋅м²/с
• 600 °C: 4,5 10^-6⋅м²/с

Электрическое сопротивление в зависимости от температуры:

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

Модуль динамической упругости пересыщенной и закаленной стали Hastelloy® B-2 толщиной 13 мм:

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

Прочностные характеристики листов и пластин толщиной от 1,3 до 3 мм из сплава Hastelloy® B-2 в пересыщенном состоянии и охлажденных в воде:

• При комнатной температуре
  • Предел текучести: 525 МПа
  • Прочность на разрыв: 965 МПа
  • Относительное удлинение: 53 %
  • Твердость по Шрике: 22
• При температуре 400 °C
  • Предел текучести: 450 МПа
  • Прочность при растяжении: 885 МПа
  • Относительное удлинение: 50 %
• При температуре 600 °C
  • Предел текучести: 425 МПа
  • Прочность при растяжении: 860 МПа
  • Относительное удлинение: 49 %
• При температуре 800 °C
  • Предел текучести: 415 МПа
  • Прочность при растяжении: 860 МПа
  • Относительное удлинение: 51 %

Прочностные характеристики листов и пластин толщиной от 2,5 до 9 мм из сплава Hastelloy® B-2 в пересыщенном состоянии и охлажденных в воде:

• При комнатной температуре
  • Предел текучести: 415 МПа
  • Прочность на разрыв: 895 МПа
  • Относительное удлинение: 61 %
  • Твердость по Шрике: 95
• При температуре 400 °C
  • Предел текучести: 350 МПа
  • Прочность при растяжении: 850 МПа
  • Относительное удлинение: 59 %
• При температуре 600 °C
  • Предел текучести: 325 МПа
  • Прочность при растяжении: 820 МПа
  • Относительное удлинение: 60 %
• При температуре 800 °C
  • Предел текучести: 310 МПа
  • Прочность при растяжении: 805 МПа
  • Относительное удлинение: 60 %

Прочностные характеристики плит толщиной от 9 до 50 мм из сплава Hastelloy® B-2 в пересыщенном состоянии и охлажденных в воде:

• При комнатной температуре
  • Предел текучести: 405 МПа
  • Прочность на разрыв: 905 МПа
  • Относительное удлинение: 61 %
  • Твердость по Шрике: 94
• При температуре 400 °C
  • Предел текучести: 360 МПа
  • Прочность при растяжении: 870 МПа
  • Относительное удлинение: 60 %
• При температуре 600 °C
  • Предел текучести: 340 МПа
  • Прочность при растяжении: 840 МПа
  • Относительное удлинение: 60 %

• При температуре 800 °C
  • Предел текучести: 315 МПа
  • Прочность при растяжении: 820 МПа
  • Относительное удлинение: 61 %

 

Термическая обработка после сварки не требуется для большинства применений, поскольку сварка лишь незначительно снижает коррозионную стойкость сплава B2 в восстановительной среде и не вызывает коррозии зоны термического влияния. Например, 20% кипящий раствор муравьиной кислоты вызывает коррозию со скоростью 0,38 мм/год для несварных элементов и 0,51 мм/год для элементов, сваренных методом TIG. В свою очередь, 50% кипящий раствор серной кислоты вызывает коррозию со скоростью 0,03 мм/год для несварных элементов и 0,05 мм/год для элементов, сварных методом TIG. Для максимального повышения коррозионной стойкости примените термическую обработку, описанную ниже.

 

• При температуре 800 °C
  • Предел текучести: 315 МПа
  • Прочность при растяжении: 820 МПа
  • Относительное удлинение: 61 %

Типичные механические свойства сплава 2.4617 при комнатной температуре в соответствии с нормой DIN 17750:

• Предел пластичности: >340 МПа
• Прочность на разрыв: >750 МПа
• Удлинение: >40%
• Твердость HBW: <240

Воздействие температуры в диапазоне от 540 до 815 °C на сплав B-2 значительно снижает его пластичность:

• Удлинение при комнатной температуре: > 40%
• Удлинение после воздействия температуры 760 °C в течение 10 минут: < 5 %

Устойчивость к коррозии

Alloy B-2 обладает исключительной стойкостью к бескислородным (восстановительным) средам, превосходной стойкостью к точечной коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением и стойкостью к щелевой коррозии. Он обладает хорошей стойкостью к окислению, но в окислительных средах не должен использоваться при температуре выше 540 °C. Он обладает превосходной стойкостью к соляной кислоте, хлориду алюминия и превосходной стойкостью к газообразному хлористому водороду, серной кислоте, уксусной кислоте и фосфорной кислоте. Он устойчив к коррозии зоны термического влияния сварного шва, что делает его пригодным для большинства применений в химической промышленности в состоянии после сварки.

Бескислородные кислоты — превосходная стойкость. Наивысшая стойкость к соляной кислоте среди всех никелевых сплавов. Средняя скорость коррозии для кипящих растворов:

• Уксусная кислота CH₃COOH, 10%: <0,02 мм/год
• 30 %: <0,01 мм/год
• 50 %: <0,01 мм/год
• 70 %: <0,01 мм/год
• 99 %: <0,01 мм/год
• Муравьиная кислота CH₂O₂, 10%: <0,01 мм/год
• 20 %: <0,02 мм/год
• 30 %: <0,02 мм/год
• 40 %: <0,02 мм/год
• 60 %: <0,02 мм/год
• 89 %: <0,02 мм/год
• Соляная кислота HCl, 1%: 0,02 мм/год
• 2 %: 0,08 мм/год
• 5 %: 0,13 мм/год
• 10 %: 0,18 мм/год
• 15 %: 0,28 мм/год
• 20 %: 0,38 мм/год
• Фосфорная кислота H₃PO₄, 10%: 0,05 мм/год
• 30 %: 0,08 мм/год
• 50 %: 0,15 мм/год
• 85 %: 0,63 мм/год
• Серная кислота H₂SO₄, 2%: <0,02 мм/год
• 5 %: 0,08 мм/год
• 10 %: 0,05 мм/год
• 20 %: <0,02 мм/год
• 30 %: <0,02 мм/год
• 40 %: <0,03 мм/год
• 50 %: 0,03 мм/год
• 50 %: 0,03 мм/год (элемент, подвергнутый старению в течение 48 часов при температуре 540 °C)
• 60 %: 0,05 мм/год (элемент, подвергнутый старению в течение 48 часов при температуре 540 °C)
• 70 %: 0,23 мм/год (элемент, подвергнутый старению в течение 48 часов при температуре 540 °C)

Соляная кислота при высокой температуре — согласно испытаниям, потеря металла в зависимости от времени травления и температуры составляет:

• HCl 300 ч; 400 °C: 0,75 мг/см²
• HCl 1000 ч; 400 °C: 0,76 мг/см²
• HCl 100 ч; 500 °C: 2,10 мг/см²
• HCl 300 ч; 500 °C: 2,65 мг/см²
• HCl 1000 ч; 500 °C: 5,87 мг/см²
• HCl 100 ч; 600 °C: 12,93 мг/см²
• HCl 300 ч; 600 °C: 62,3 мг/см²
• HCl 96 ч; 700 °C: 126,4 мг/см²

Соли железа и меди значительно ускоряют коррозию и могут образовываться при контакте соляной кислоты с железом или медью, поэтому сплав B2 не следует использовать там, где железо или медь контактируют с соляной кислотой. Коррозия усиливается с увеличением количества частиц железа следующим образом:

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

Устойчивость к другим химическим соединениям:

• Фтористоводородная кислота HF, 20%, 70°C: 0,38 мм/год

Сварка

Основная информация: группа сварки 44 (ISO 15608), номер пайки латунью 112 (ASME раздел IX).

Выбор сварочных материалов:

• Связующее вещество: ERNiMo-7

Термическая обработка после сварки не требуется для большинства применений, поскольку сварка лишь незначительно снижает коррозионную стойкость сплава B2 в восстановительной среде и не вызывает коррозии зоны термического влияния. Например, 20% кипящий раствор муравьиной кислоты вызывает коррозию со скоростью 0,38 мм/год для несварных элементов и 0,51 мм/год для элементов, сваренных методом TIG. В свою очередь, 50% кипящий раствор серной кислоты вызывает коррозию со скоростью 0,03 мм/год для несварных элементов и 0,05 мм/год для элементов, сварных методом TIG. Для максимального повышения коррозионной стойкости примените термическую обработку, описанную ниже.

 

Сварка

Основная информация: группа сварки 44 (ISO 15608), номер пайки латунью 112 (ASME раздел IX).

Выбор сварочных материалов:

Связующее вещество: ERNiMo-7

Устойчивость к другим химическим соединениям:

Фтористоводородная кислота HF, 20%, 70°C: 0,38 мм/год

Соли железа и меди значительно ускоряют коррозию и могут образовываться при контакте соляной кислоты с железом или медью, поэтому сплав B2 не следует использовать там, где железо или медь контактируют с соляной кислотой. Коррозия усиливается с увеличением количества частиц железа следующим образом:

20 %, 10 ppm Fe³⁺ : ~1,2 мм/год 20%, 100 ppm Fe³⁺ : ~10,0 мм/год 20 %, 800 ppm Fe³⁺ : ~70,0 мм/год

Соляная кислота при высокой температуре — согласно испытаниям, потеря металла в зависимости от времени травления и температуры составляет:

HCl 300 ч; 400 °C: 0,75 мг/см² HCl 1000 ч; 400 °C: 0,76 мг/см² HCl 100 ч; 500 °C: 2,10 мг/см² HCl 300 ч; 500 °C: 2,65 мг/см² HCl 1000 ч; 500 °C: 5,87 мг/см² HCl 100 ч; 600 °C: 12,93 мг/см² HCl 300 ч; 600 °C: 62,3 мг/см² HCl 96 ч; 700 °C: 126,4 мг/см²

Устойчивость к коррозии

Сплав B-2 обладает исключительной стойкостью к бескислородным (восстановительным) средам, превосходной стойкостью к точечной коррозии, коррозионному растрескиванию под напряжением и стойкостью к щелевой коррозии. Он обладает хорошей стойкостью к окислению, но в окислительных средах не должен использоваться при температуре выше 540 °C. Он обладает превосходной стойкостью к соляной кислоте, хлориду алюминия и превосходной стойкостью к газообразному хлористому водороду, серной кислоте, уксусной кислоте и фосфорной кислоте. Он устойчив к коррозии зоны термического влияния сварного шва, что делает его пригодным для большинства применений в химической промышленности в состоянии после сварки.

Бескислородные кислоты — превосходная стойкость. Наивысшая стойкость к соляной кислоте среди всех никелевых сплавов. Средняя скорость коррозии для кипящих растворов:

Уксусная кислота CH₃COOH, 10%: <0,02 мм/год 30 %: <0,01 мм/год 50 %: <0,01 мм/год 70 %: <0,01 мм/год 99 %: <0,01 мм/год Муравьиная кислота CH₂O₂, 10%: <0,01 мм/год 20 %: <0,02 мм/год 30 %: <0,02 мм/год 40 %: <0,02 мм/год 60 %: <0,02 мм/год 89 %: <0,02 мм/год Соляная кислота HCl, 1%: 0,02 мм/год 2 %: 0,08 мм/год 5 %: 0,13 мм/год 10 %: 0,18 мм/год 15 %: 0,28 мм/год 20 %: 0,38 мм/год Фосфорная кислота H₃PO₄, 10%: 0,05 мм/год 30 %: 0,08 мм/год 50 %: 0,15 мм/год 85 %: 0,63 мм/год Серная кислота H₂SO₄, 2%: <0,02 мм/год 5 %: 0,08 мм/год 10 %: 0,05 мм/год 20 %: <0,02 мм/год 30 %: <0,02 мм/год 40 %: <0,03 мм/год 50 %: 0,03 мм/год 50 %: 0,03 мм/год (элемент, подвергнутый старению в течение 48 часов при температуре 540 °C) 60 %: 0,05 мм/год (элемент, подвергнутый старению в течение 48 часов при температуре 540 °C) 70 %: 0,23 мм/год (элемент, подвергнутый старению в течение 48 часов при температуре 540 °C)

Воздействие температуры в диапазоне от 540 до 815 °C на сплав B-2 значительно снижает его пластичность:

Удлинение при комнатной температуре: > 40% Удлинение после воздействия температуры 760 °C в течение 10 минут: < 5 %

Типичные механические свойства сплава 2.4617 при комнатной температуре в соответствии с нормой DIN 17750:

Предел пластичности: >340 МПа Прочность на разрыв: >750 МПа Удлинение: >40% Твердость HBW: <240

 

Термическая обработка

Отжиг для смягчения следует проводить при температуре 1095-1185 °C в течение 5-10 минут (при непрерывном отжиге) или 60 минут (при длительном отжиге). Элемент следует быстро охладить в воде или воздухе с усиленным потоком.

Alloy B2 выделяет вредные интерметаллические фазы Ni₃Mo и Ni₄Mo при нагревании до температуры от 540 до 815 °C даже в течение 10–15 минут. Поэтому как нагрев, так и охлаждение должны происходить как можно быстрее. Обрабатываемый элемент следует поместить в печь, которая уже нагрета до температуры отжига, а в идеале — в печь с большой теплоемкостью.