مقاومة التآكل في معدن «هاستيلوي B2»: الأداء في حمض الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك والبيئات المختزلة

تستند مقاومة التآكل في سبيكة «هاستيلوي B2» إلى تركيبة عالية النيكل والموليبدينوم، تم تطويرها في المقام الأول للاستخدام في البيئات الكيميائية شديدة الاختزال. وتُعرف هذه السبيكة أيضًا باسم Alloy B2 وUNS N10665 وWerkstoff 2.4617، وتتميز بمقاومة فائقة لحمض الهيدروكلوريك وغاز كلوريد الهيدروجين والعديد من ظروف حمض الكبريتيك وبعض محاليل حمض الفوسفوريك والخلية وغيرها من الأحماض المختزلة. وعلى عكس سبائك عائلة C المحتوية على الكروم، تتمتع Hastelloy B2 بمقاومة محدودة جدًّا للمواد الكيميائية شديدة التأكسد. فقد تتسبب أيونات الحديد (III) وأيونات النحاس والكلور الحر وحمض النيتريك والملوثات المؤكسدة الأخرى في تآكل سريع. ولذلك، يتطلب الاختيار الصحيح للمواد التحكم الدقيق في جميع الجوانب الكيميائية للعملية، بما في ذلك درجة الحرارة والتركيز ومستوى التلوث.

نظرة عامة على مقاومة التآكل في مادة هاستيلوي B2

هاستيلوي B2 هي سبيكة من النيكل والموليبدينوم مُقوَّاة بالمحلول الصلب، ومصممة للاستخدام في البيئات الاختزالية القاسية. ويوفر محتواها العالي من الموليبدينوم مقاومة قوية لحمض الهيدروكلوريك والأحماض غير المؤكسدة الأخرى عبر نطاقات تركيز واسعة.

تُستخدم هذه السبيكة في المفاعلات الكيميائية، وأنابيب نقل الأحماض، والمبادلات الحرارية، والمضخات، والصمامات، والمبخرات، ومعدات التقطير، وأنظمة كلوريد الهيدروجين. كما يمكن اختيارها للاستخدام مع حمض الأسيتيك، والمواد الوسيطة الصيدلانية، والمعالجة الكيميائية العضوية، والتطبيقات التي تتطلب تخفيض تركيز حمض الكبريتيك.

لا تُعدّ سبيكة B2 سبيكةً شاملةً مقاومةً للتآكل. فمحتواها المنخفض من الكروم يعني أنها لا تُكوّن نفس الطبقة السلبية الغنية بالكروم الموجودة في سبائك C22 وC276 أو الفولاذ المقاوم للصدأ. وتُحسّن هذه الخاصية أداءها في مواجهة الأحماض المختزلة، لكنها تحدّ من مقاومتها للمواد الكيميائية المؤكسدة والملوثات المؤكسدة.

لذلك، يجب أن يجيب اختيار المواد على سؤال مهم: هل ستظل العملية ذات طبيعة اختزالية خلال ظروف الإنتاج العادية، وبدء التشغيل، وإيقاف التشغيل، والتنظيف، والظروف الاستثنائية؟ إذا كان من الممكن أن يدخل الأكسجين أو الكلور أو أيونات الحديد (III) أو حمض النيتريك إلى النظام، فقد تكون سبائك النيكل من الفئة C خيارًا أكثر أمانًا.

التركيب الكيميائي ودوره في مقاومة التآكل

العنصر	محتوى نموذجي، الوزن: %	الدور في سلوك التآكل
النيكل	الرصيد	يوفر مصفوفة مرنة ومقاومة للعديد من المواد الكيميائية المختزلة
الموليبدينوم	26.0–30.0	يوفر مقاومة فائقة لحمض الهيدروكلوريك والمواد المختزلة الأخرى
الحديد	2.0 كحد أقصى	يقتصر استخدامه على الحفاظ على مقاومة الأحماض المختزلة
الكروم	حوالي 1.0 كحد أقصى	يُحافظ على مستواه منخفضًا؛ مما يحد من مقاومة البيئة المؤكسدة
الكوبالت	1.0 كحد أقصى	العنصر المتبقي الخاضع للرقابة
الكربون	0.02 كحد أقصى	يتم التحكم فيه للحد من الترسيب الضار
السيليكون	0.10 كحد أقصى	تم التحقق من استقرار اللحام والبنية المجهرية
المنغنيز	1.0 كحد أقصى	التحكم في المعالجة وإزالة الأكسجين

يُعد ارتفاع نسبة الموليبدينوم السمة المميزة لسبائك «هاستيلوي B2». حيث يعمل الموليبدينوم على تحسين مقاومة الأحماض المختزلة ويساعد في حماية السبيكة في حمض الهيدروكلوريك عبر نطاقات واسعة من التركيزات ودرجات الحرارة.

ويُفسر المحتوى المنخفض جدًّا من الكروم سبب عدم ملاءمة سبيكة B2 للعديد من المواد الكيميائية المؤكسدة. فعادةً ما يشكل الكروم طبقة أكسيد واقية، لكن زيادة نسبة الكروم قد تقلل من أداء سبائك النيكل والموليبدينوم في بعض الأحماض القوية المُختزلة. ولذلك، فإن سبيكة B2 تُعتبر سبيكة متخصصة وليست سبيكة عامة الاستخدام.

مقاومة البيئات المختزلة

يُظهر الـ«هاستيلوي B2» أداءً أمثل في البيئات المختزلة أو غير المؤكسدة. وتشمل هذه الظروف حمض الهيدروكلوريك، وكلوريد الهيدروجين، وحمض الكبريتيك المختزل، ومحاليل محددة من حمض الفوسفوريك، والعديد من الأحماض العضوية.

تتميز البيئات المختزلة بانخفاض جهد الأكسدة، ولا تدعم عادةً الطبقات السلبية المستقرة التي تتكون على الفولاذ المقاوم للصدأ الغني بالكروم. وفي ظل هذه الظروف، يعتمد الفولاذ B2 على التركيب الكيميائي للنيكل والموليبدينوم بدلاً من التخميل بالكروم.

يمكن أن توفر هذه السبيكة معدلات تآكل أقل بكثير مقارنةً بالفولاذ المقاوم للصدأ 316L، والفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج، والعديد من السبائك المحتوية على الكروم في بيئة حمض الهيدروكلوريك شديدة القوة. ومع ذلك، قد تؤدي الكميات الصغيرة من الملوثات المؤكسدة إلى تغيير هذه الميزة.

مقاومة التآكل الناتج عن حمض الهيدروكلوريك

تعد مقاومة حمض الهيدروكلوريك أحد الأسباب الرئيسية لاختيار سبيكة «هاستيلوي B2». وتُظهر هذه السبيكة أداءً جيدًا في نطاق واسع من تركيزات حمض الهيدروكلوريك، بما في ذلك الظروف التي يتعرض فيها الفولاذ المقاوم للصدأ والعديد من سبائك النيكل والكروم للتآكل السريع.

وتشمل التطبيقات النموذجية مفاعلات حمض الهيدروكلوريك، وأوعية التخزين، وأنابيب النقل، والمضخات، والصمامات، ومعدات التقطير، وأنظمة استعادة الأحماض، والمبادلات الحرارية.

تظل درجة الحرارة عاملاً مهمًا. فعمليات التآكل تتسارع عمومًا مع ارتفاع درجة الحرارة، ويمكن أن تكون ظروف الغليان أكثر قسوة من التعرض للبيئة المحيطة. كما قد يتغير التركيز أيضًا نتيجة التبخر أو التخفيف.

تتطلب الملوثات المؤكسدة اهتمامًا خاصًا. فكلوريد الحديد(III)، وكلوريد النحاس(II)، والكلور المذاب، وهيبوكلوريت، والأكسجين يمكن أن تزيد من معدل التآكل. وقد لا تكون العملية التي توصف ببساطة بـ“حمض الهيدروكلوريك” مناسبة للمعيار B2 في حالة وجود أيونات مؤكسدة بكميات كبيرة.

مقاومة التآكل الناتج عن حمض الكبريتيك

يوفر معدن «هاستيلوي B2» مقاومة قوية للعديد من الظروف الحمضية المختزلة. ويعتمد أدائه على تركيز الحمض ودرجة الحرارة والتهوية والشوائب.

قد يكون حمض الكبريتيك المخفف شديد التآكل بسبب قدرته على التوصيل الكهربائي، في حين أن الحمض المركز قد يصبح أكثر تأكسدًا. وتكون الطريقة B2 هي الأكثر جاذبية عندما يظل حمض الكبريتيك مخفضًا ويتم التحكم في الملوثات المؤكسدة.

قد تشمل التطبيقات معدات نقل الأحماض، والمفاعلات، وخزانات التخزين، وأنظمة الاسترداد. وبالنسبة للأحماض الساخنة أو المركزة، يجب أن تغطي بيانات التآكل التركيبة الدقيقة للتركيز ودرجة الحرارة.

إذا كان من الممكن أن تتحول العملية إلى ظروف حمض الكبريتيك شديد الأكسدة، فقد يُعد كل من C22 أو C276 خيارًا أكثر توازناً. وينبغي أن يشمل القرار المواد الكيميائية المستخدمة في بدء التشغيل وإيقاف التشغيل والتنظيف، بدلاً من الاكتفاء بالإنتاج العادي وحده.

مقاومة حمض الفوسفوريك وحمض الأسيتيك

حمض الفوسفوريك

يمكن أن يوفر الـ«هاستيلوي B2» مقاومة جيدة لمحاليل حمض الفوسفوريك النقي أو المختزل. وقد يحتوي حمض الفوسفوريك الناتج عن العمليات الصناعية الرطبة على الفلوريدات، والكلوريدات، وحمض الكبريتيك، ومركبات الحديد، وشوائب مؤكسدة أخرى.

في حالة وجود ملوثات مؤكسدة، قد يوفر كل من C22 أو C276 أداءً أكثر موثوقية. ويُوصى بإجراء اختبارات فعلية على سائل المعالجة في حالة تدفقات إنتاج الأسمدة وحمض الفوسفوريك الملوثة.

حمض الأسيتيك

يتميز النوع B2 عمومًا بمقاومة ممتازة لحمض الأسيتيك، لا سيما في الظروف المختزلة. ويمكن النظر في استخدامه في مفاعلات حمض الأسيتيك، وأنظمة التقطير، وخطوط النقل، والمعدات الكيميائية العضوية.

قد تؤثر المُحفِّزات، والكلوريدات، والأكسجين المذاب، والأحماض العضوية الأخرى على سلوك التآكل. وينبغي مراجعة مزيج العملية بالكامل قبل الاختيار النهائي.

مقاومة غاز كلوريد الهيدروجين

يتميز معدن «هاستلوي B2» بمقاومة عالية لغاز كلوريد الهيدروجين في ظل ظروف اختزال يتم التحكم فيها بشكل سليم. ويمكن استخدامه في معدات توليد الغاز، وخطوط النقل، وأجهزة الامتصاص، والمفاعلات، ووصلات العمليات.

لا تشكل كلوريد الهيدروجين الجاف وكلوريد الهيدروجين الرطب بيئة تآكل واحدة. فالرطوبة يمكن أن تنتج حمض الهيدروكلوريك المركّز على سطح المعدن، في حين أن تلوث الأكسجين أو الكلور يمكن أن يجعل المكثفات أكثر تأكسدًا.

ومن بين المتغيرات المهمة ما يلي:

• درجة حرارة الغاز
• مستوى الماء ونقطة الندى
• تركيز الأكسجين
• محتوى الكلور الحر
• التكثف أثناء بدء التشغيل وإيقاف التشغيل
• سرعة التدفق والتآكل
• الرواسب والمناطق الراكدة

غالبًا ما تكون مناطق التكثف أكثر تآكلًا من الغاز نفسه. وينبغي أن تتضمن مراجعة المواد أدنى درجة حرارة للجدار والتركيب الكيميائي المتوقع للمكثفات.

مقاومة التآكل النقطي والتآكل في الشقوق

يوفر معدن «هاستيلوي B2» مقاومة قوية للتآكل الموضعي في العديد من البيئات الحمضية والكلوريدية المختزلة. ويؤدي محتواه العالي من الموليبدينوم إلى تحسين مقاومته للتآكل النقطي والتآكل الشقّي عندما تظل العملية في حالة اختزال.

ومقاومتها للتآكل الموضعي ليست مستقرة على نطاق واسع في الظروف المؤكسدة بقدر ما هي عليه في الفئتين C22 أو C276. ويمكن للملوثات المؤكسدة أن تتسبب في حدوث تآكل في الشقوق، أو تحت الترسبات، أو بالقرب من واجهات التماس بين البخار والسائل.

يجب أن يهدف تصميم المعدات إلى تقليل ما يلي إلى أدنى حد ممكن:

• شقوق الحشية
• وصلات التداخل
• تعب الساقين
• وصلات العمليات الملولبة
• الرواسب والمواد الصلبة الراكدة
• لحامات خشنة أو غير مكتملة
• المناطق التي لا يمكن تصريف المياه منها بالكامل

لا يُثبت انخفاض متوسط معدل التآكل عدم وجود تآكل موضعي. وينبغي أن تركز عمليات الفحص والاختبار بشكل خاص على الكشف عن التآكل النقطي والتلف الناتج عن الشقوق.

مقاومة التشقق الناتج عن التآكل تحت الإجهاد

يوفر «هاستيلوي B2» عمومًا مقاومة قوية للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي الناجم عن الكلوريد مقارنةً بأنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الشائعة. ويُعد ذلك مفيدًا في البيئات الحمضية والكلوريدية حيث تحتفظ المعدات الملحومة أو المشكّلة على البارد بإجهاد شد متبقي.

يتطلب تكسير التآكل الناتج عن الإجهاد وجود مادة معرضة للتآكل، وبيئة معينة، وإجهاد شد. وعلى الرغم من أن الفئة B2 تقلل من قابلية التعرض للتآكل في العديد من البيئات المختزلة، فإن الظروف غير العادية التي تنطوي على مواد مؤكسدة، أو مواد كاوية، أو مركبات الكبريت، أو درجات حرارة عالية تتطلب تقييمًا فرديًا.

قد تنشأ الإجهادات المتبقية عن عمليات اللحام أو التشكيل أو التصنيع الآلي أو التسوية أو التجميع. وتقلل إجراءات اللحام المؤهلة وعمليات التصنيع الخاضعة للرقابة من مخاطر حدوث التشققات والتشوهات.

مقاومة التآكل عند درجات حرارة وتركيزات مختلفة

يجب النظر إلى كل من درجة الحرارة والتركيز معًا. فلا يمكن لاختبار يُجرى في درجة حرارة الغرفة باستخدام حمض مخفف أن يتنبأ بالأداء في ظروف التشغيل الساخنة والمركزة.

حالة التشغيل	السلوك العام لـ B2	إرشادات الاختيار
تخفيف الحمض المختزل في درجة حرارة الغرفة	ممتاز بشكل عام	التأكد من أن مستويات الشوائب المؤكسدة لا تزال منخفضة
حمض مختزل مركّز في درجة حرارة الغرفة	غالبًا ما تكون ممتازة	مراجعة بيانات التآكل الخاصة بتركيزات معينة
حمض الهيدروكلوريك الساخن	مقاومة قوية في العديد من الظروف	التحقق من ظروف الغليان والتلوث
حامض الكبريتيك الساخن	فعال في الظروف المختزلة	تجنب تطبيق البيانات الخاصة بالأحماض المختزلة على الأحماض المؤكسدة
الواجهة بين البخار والسائل	قد تكون أكثر عدوانية من السائل السائب	تقييم تدفق الأكسجين والخصائص الكيميائية للمكثفات
غاز عالي الحرارة	مخصص للتطبيق	استعراض تكوين الغاز، والأكسدة، واستقرار الطور

قد تكون درجة حرارة الجدار المحلية أعلى من درجة حرارة السائل ككل بالقرب من السخانات والمبخرات وأسطح المبادلات الحرارية. كما قد يؤدي التبخر إلى تركيز الشوائب على سطح المعدن.

القيود في البيئات المؤكسدة

يتمثل القيد الرئيسي لمادة «هاستيلوي B2» في ضعف مقاومتها للمواد الكيميائية شديدة التأكسد والملوثات المؤكسدة. كما أن انخفاض نسبة الكروم فيها لا يوفر لها نفس استقرار الطبقة السلبية الذي تتمتع به مادتي C22 أو C276.

تشمل الأنواع المؤكسدة التي قد تكون ضارة ما يلي:

• حمض النيتريك
• كلوريد الحديد(III)
• كلوريد النحاس
• الكلور الحر
• مركبات الهيبوكلوريت
• الكلورات
• البيروكسيدات
• ارتفاع نسبة الأكسجين المذاب
• محفزات مؤكسدة قوية

حتى الكميات الضئيلة من أيونات الحديد (III) أو النحاس (II) يمكن أن تغير سلوك التآكل. وقد يتسرب التلوث من المواد الخام، أو من التآكل في المراحل الأولية من العملية، أو من مواد التنظيف الكيميائية، أو من تدفقات العمليات المعاد تدويرها، أو من تسرب الهواء.

لا ينبغي اختيار B2 عندما يكون جهد الأكسدة للعملية غير مؤكد أو قد يتغير أثناء التشغيل. وعادةً ما توفر السبائك المحتوية على الكروم، مثل C22 أو C276، توازنًا أكثر أمانًا في البيئات المختلطة التي تتسم بخصائص الأكسدة والاختزال.

جدول مقاومة التآكل لمادة هاستيلوي B2

كيميائي أو بيئي	المقاومة العامة	اعتبار مهم
حمض الهيدروكلوريك	ممتاز	السيطرة على التلوث بالحديد(III) والنحاس والكلور
غاز كلوريد الهيدروجين	ممتاز إلى جيد جدًا	مراجعة الرطوبة والأكسجين والتكثف
تخفيض حمض الكبريتيك	ممتاز إلى جيد جدًا	تحقق من التركيز ودرجة الحرارة
حمض الفوسفوريك	فعال جدًّا في إحداث التمثيل الاختزالي	قد تؤدي الملوثات الصناعية إلى تغيير الأداء
حمض الأسيتيك	ممتاز	استعراض المحفزات والكلوريدات والأكسجين
حمض الفورميك	جيد جدًا	التأكد من وجود ظروف الحرارة العالية والتركيز العالي
محاليل الكلوريد المختزلة	جيد جدًا	قد تتسبب الأيونات المؤكسدة في حدوث تآكل موضعي
حمض النيتريك	سيئة أو غير مناسبة	مادة كيميائية شديدة التأكسد
كلوريد الحديد(III)	محدودة أو غير مناسبة	ملوث مؤكسد قوي
كلوريد النحاس	محدودة أو غير مناسبة	قد يتسبب في تآكل سريع
الكلور السائل	محدود	يُفضل عمومًا استخدام سبائك عائلة C
هيبوكلوريت الصوديوم	ضعيف أو مشروط	بيئة مؤكسدة قوية
مياه البحر	الشرطي	الأكسجين والنشاط البيولوجي يجعلانها مادة مؤكسدة
تدفقات الأحماض المختلطة	مخصص للتطبيق	قد يؤثر أي مكون مؤكسد على عملية الاختيار

هاستيلوي B2 مقارنةً بـ B3 و C22 و C276

المواد	نقطة القوة الرئيسية	القيد الرئيسي أو ملاحظة بشأن الاختيار
هاستيلوي B2	مقاومة فائقة لحمض الهيدروكلوريك والأحماض المختزلة	مقاومة محدودة للتأكسد واستقرار حراري أقل مقارنةً بـ B3
هاستيلوي B3	مقاومة ممتازة للأحماض المختزلة مع استقرار حراري محسّن	لا تزال محدودة في المواد الكيميائية شديدة التأكسد
هاستيلوي C22	توازن ممتاز في البيئات المؤكسدة والمختزلة والكلورية	قد لا يضاهي أداء العائلة B في كل ظروف الأحماض المختزلة البحتة
هاستيلوي C276	مقاومة واسعة النطاق للأحماض المختزلة والمواد الكيميائية المختلطة والكلوريد	أكثر تنوعًا في الاستخدامات من B2، لكن التركيب والتكلفة يختلفان

تم تطوير سبيكة «هاستيلوي B3» بهدف تحسين الاستقرار الحراري وخصائص التصنيع التي تتميز بها سبيكة B2، مع الحفاظ في الوقت نفسه على مقاومة قوية للأحماض المختزلة. وغالبًا ما يتم اللجوء إليها في تصنيع المعدات الجديدة عندما تكون هناك حاجة إلى سبيكة من عائلة B.

يحتوي كل من C22 وC276 على نسبة عالية من الكروم، وهما أكثر ملاءمةً لتدفقات العمليات التي تحتوي على ملوثات مؤكسدة. أما B2 فيمكن أن يظل المادة المفضلة عندما تكون التركيبة الكيميائية ذات طبيعة اختزالية موثوقة، وتكون مقاومة حمض الهيدروكلوريك هي المطلب الأساسي.

تطبيقات مادة هاستيلوي B2 المقاومة للتآكل

معالجة حمض الهيدروكلوريك

يمكن استخدام الفئة B2 في المفاعلات وأوعية التخزين والأنابيب والمضخات والصمامات والمبادلات الحرارية، شريطة أن تخضع الملوثات المؤكسدة لرقابة صارمة.

أنظمة كلوريد الهيدروجين

يمكن استخدام مادة B2 في مولدات الغاز وخطوط النقل والممتصات ووصلات العمليات في تطبيقات كلوريد الهيدروجين الجافة أو الرطبة بعد مراجعة الخصائص الكيميائية الكاملة للغاز والمكثفات.

معدات حمض الكبريتيك

يمكن اختيار B2 في أنظمة نقل وتخزين وتفاعل واستعادة حمض الكبريتيك.

إنتاج المواد الكيميائية العضوية

قد يتطلب حمض الأسيتيك، وبعض الأحماض العضوية المختارة، والمواد الوسيطة الصيدلانية، والأصباغ، والمواد الكيميائية المتخصصة، استخدام ظروف معالجة مخففة تتناسب مع المستوى B2.

معدات التفريغ والتقطير

يمكن استخدام B2 في المبخرات والمكثفات والأعمدة وأجهزة إعادة الغليان عند تقليل أبخرة الأحماض ووجود المكثفات.

التصنيع الصيدلاني

يمكن استخدام B2 في معدات التفاعل والنقل المحددة التي يتم فيها التعامل مع الأحماض المختزلة، مع استبعاد المواد الكيميائية التنظيفية المؤكسدة أو التحكم فيها بعناية.

الأسئلة الشائعة حول مقاومة التآكل في مادة «هاستيلوي B2»

ما هي المواد الكيميائية التي يقاومها هاستيلوي B2؟
يتميز «هاستيلوي B2» بمقاومة عالية لحمض الهيدروكلوريك، وغاز كلوريد الهيدروجين، والعديد من محاليل حمض الكبريتيك المختزلة، وبعض الأحماض الفوسفورية والخلية والعضوية. وتعتمد ملاءمته للاستخدام على درجة الحرارة والتركيز وغياب الملوثات المؤكسدة.

هل مادة هاستيلوي B2 مناسبة للاستخدام مع المواد الكيميائية المؤكسدة؟
بشكل عام، لا. فالفئة B2 تحتوي على نسبة منخفضة من الكروم، وتتمتع بمقاومة محدودة لحمض النيتريك، وكلوريد الحديد(III)، وكلوريد النحاس(II)، والكلور الحر، وهيبوكلوريتات، وغيرها من المواد الكيميائية شديدة التأكسد. وعادةً ما تكون الفئة C22 أو C276 أكثر ملاءمةً في حالة وجود مواد مؤكسدة.

ما الفرق بين هاستيلوي B2 وB3؟
وكلاهما من سبائك النيكل والموليبدينوم المصممة لتخفيض الأحماض. وقد تم تطوير السبيكة B3 لتتمتع باستقرار حراري وخصائص تصنيع محسّنة، مما يقلل من خطر التقصف أثناء اللحام والتعرض لدرجات حرارة مرتفعة، مع الحفاظ في الوقت نفسه على مقاومة قوية لحمض الهيدروكلوريك.