Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy B2: Verhalten in Salzsäure, Schwefelsäure und reduzierenden Umgebungen

Die Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy B2 beruht auf einer Zusammensetzung mit hohem Nickel- und Molybdänanteil, die in erster Linie für stark reduzierende chemische Umgebungen entwickelt wurde. Die Legierung, die auch als Alloy B2, UNS N10665 und Werkstoff 2.4617 bezeichnet wird, bietet eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Salzsäure, Chlorwasserstoffgas, vielen Schwefelsäurebedingungen sowie ausgewählten Phosphorsäure-, Essigsäure- und anderen reduzierenden Säurelösungen. Im Gegensatz zu chromhaltigen Legierungen der C-Familie weist Hastelloy B2 nur eine sehr begrenzte Beständigkeit gegenüber stark oxidierenden Chemikalien auf. Eisen(III)-Ionen, Kupfer(II)-Ionen, freies Chlor, Salpetersäure und andere oxidierende Verunreinigungen können zu einem raschen Korrosionsangriff führen. Die richtige Werkstoffauswahl erfordert daher eine genaue Kontrolle der gesamten Prozesschemie, der Temperatur, der Konzentration und des Verunreinigungsgrades.

Überblick über die Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy B2

Hastelloy B2 ist eine durch Festkörperlösung verfestigte Nickel-Molybdän-Legierung, die für extreme reduzierende Umgebungen entwickelt wurde. Ihr hoher Molybdängehalt sorgt für eine hohe Beständigkeit gegenüber Salzsäure und anderen nicht oxidierenden Säuren über einen breiten Konzentrationsbereich hinweg.

Die Legierung wird in chemischen Reaktoren, Rohrleitungen für den Transport von Säuren, Wärmetauschern, Pumpen, Ventilen, Verdampfern, Destillationsanlagen und Chlorwasserstoffanlagen eingesetzt. Sie kann auch für den Einsatz mit Essigsäure, pharmazeutischen Zwischenprodukten, in der organischen Chemie sowie zur Reduktion von Schwefelsäure gewählt werden.

B2 ist keine universell korrosionsbeständige Legierung. Aufgrund ihres geringen Chromgehalts bildet sie nicht denselben chromreichen Passivfilm wie C22, C276 oder Edelstahl. Diese Eigenschaft verbessert zwar ihre Beständigkeit gegenüber reduzierenden Säuren, schränkt jedoch die Beständigkeit gegenüber oxidierenden Chemikalien und oxidierenden Verunreinigungen ein.

Bei der Materialauswahl muss daher eine wichtige Frage geklärt werden: Bleibt der Prozess unter normalen Produktionsbedingungen sowie beim Anfahren, Abschalten, Reinigen und bei außerplanmäßigen Betriebszuständen reduktiv? Wenn Sauerstoff, Chlor, Eisen(III)-Ionen oder Salpetersäure in das System gelangen können, ist eine Nickellegierung der C-Familie möglicherweise die sicherere Wahl.

Chemische Zusammensetzung und ihre Rolle bei der Korrosionsbeständigkeit

Element	Typischer Inhalt, Gew. %	Einfluss auf das Korrosionsverhalten
Nickel	Saldo	Sorgt für eine duktile Matrix und Beständigkeit gegenüber vielen reduzierenden Chemikalien
Molybdän	26.0–30.0	Bietet eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Salzsäure und anderen reduzierenden Medien
Eisen	maximal 2,0	Eingeschränkt, um die Beständigkeit gegenüber reduzierenden Säuren zu erhalten
Chrom	Maximal ca. 1,0	Wird niedrig gehalten; schränkt die Beständigkeit gegenüber oxidierenden Umgebungen ein
Kobalt	maximal 1,0	Kontrolliertes Restelement
Kohlenstoff	maximal 0,02	Zur Verringerung schädlicher Niederschläge geregelt
Silizium	maximal 0,10	Auf Schweißnaht- und mikrostrukturelle Stabilität geprüft
Mangan	maximal 1,0	Verarbeitungs- und Entsauerstoffungskontrolle

Der hohe Molybdänanteil ist das charakteristische Merkmal von Hastelloy B2. Molybdän verbessert die Beständigkeit gegenüber reduzierenden Säuren und trägt dazu bei, die Legierung in Salzsäure über weite Konzentrations- und Temperaturbereiche hinweg zu schützen.

Der sehr geringe Chromgehalt erklärt, warum B2 für viele oxidierende Chemikalien ungeeignet ist. Chrom sorgt normalerweise für einen schützenden Oxidfilm, doch ein höherer Chromgehalt kann die Leistungsfähigkeit von Nickel-Molybdän-Legierungen in bestimmten stark reduzierenden Säuren beeinträchtigen. B2 ist daher eher für spezielle Anwendungen vorgesehen als allgemein einsetzbar.

Resistenz gegenüber reduzierenden Umgebungen

Hastelloy B2 zeigt seine beste Leistung in reduzierenden oder nicht oxidierenden Umgebungen. Zu diesen Bedingungen zählen Salzsäure, Chlorwasserstoff, reduzierende Schwefelsäure, bestimmte Phosphorsäurelösungen und verschiedene organische Säuren.

Reduzierende Umgebungen weisen ein geringes Oxidationspotenzial auf und ermöglichen in der Regel nicht die Bildung der stabilen Passivschichten, die bei chromreichen rostfreien Stählen auftreten. Unter diesen Bedingungen stützt sich B2 eher auf seine Nickel-Molybdän-Chemie als auf die Chrom-Passivierung.

Die Legierung weist in starker Salzsäure deutlich geringere Korrosionsraten auf als Edelstahl 316L, Duplex-Edelstahl und viele chromhaltige Legierungen. Geringe Mengen oxidierender Verunreinigungen können diesen Vorteil jedoch beeinträchtigen.

Beständigkeit gegen Korrosion durch Salzsäure

Die Beständigkeit gegenüber Salzsäure ist einer der Hauptgründe für die Wahl von Hastelloy B2. Die Legierung zeigt in vielen Salzsäurekonzentrationen eine gute Leistung, auch unter Bedingungen, unter denen Edelstahl und viele Nickel-Chrom-Legierungen einem raschen Angriff ausgesetzt sind.

Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen Salzsäure-Reaktoren, Lagerbehälter, Förderleitungen, Pumpen, Ventile, Destillationsanlagen, Säurerückgewinnungssysteme und Wärmetauscher.

Die Temperatur spielt weiterhin eine wichtige Rolle. Korrosionsreaktionen beschleunigen sich im Allgemeinen mit steigender Temperatur, und die Bedingungen beim Sieden können extremer sein als bei der Einwirkung der Umgebungsbedingungen. Auch die Konzentration kann sich durch Verdunstung oder Verdünnung verändern.

Oxidierende Verunreinigungen erfordern besondere Aufmerksamkeit. Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, gelöstes Chlor, Hypochlorit und Sauerstoff können die Korrosionsrate erhöhen. Ein Verfahren, das einfach als “Salzsäure” bezeichnet wird, ist möglicherweise nicht für B2 geeignet, wenn nennenswerte Mengen an oxidierenden Ionen vorhanden sind.

Beständigkeit gegen Schwefelsäurekorrosion

Hastelloy B2 weist eine hohe Beständigkeit gegenüber vielen reduzierenden Schwefelsäurebedingungen auf. Seine Leistungsfähigkeit hängt von der Säurekonzentration, der Temperatur, der Belüftung und den Verunreinigungen ab.

Verdünnte Schwefelsäure kann aufgrund ihrer Leitfähigkeit stark korrosiv sein, während konzentrierte Säure zunehmend oxidierend wirken kann. B2 ist am attraktivsten, wenn die Schwefelsäure reduzierend bleibt und oxidierende Verunreinigungen unter Kontrolle gehalten werden.

Zu den Anwendungsbereichen zählen unter anderem Anlagen zum Säuretransport, Reaktoren, Lagerbehälter und Rückgewinnungssysteme. Bei heißer oder konzentrierter Säure sollten die Korrosionsdaten die jeweilige Kombination aus Konzentration und Temperatur abdecken.

Sollte der Prozess in stark oxidierende Schwefelsäurebedingungen übergehen, könnten C22 oder C276 eine ausgewogenere Option darstellen. Bei der Entscheidung sollten nicht nur die normale Produktion, sondern auch die Chemikalien für Anfahren, Abschalten und Reinigung berücksichtigt werden.

Beständigkeit gegenüber Phosphorsäure und Essigsäure

Phosphorsäure

Hastelloy B2 weist eine gute Beständigkeit gegenüber reinen oder reduzierenden Phosphorsäurelösungen auf. Industriell hergestellte Phosphorsäure aus dem Nassverfahren kann Fluoride, Chloride, Schwefelsäure, Eisenverbindungen und andere oxidierende Verunreinigungen enthalten.

Sind oxidierende Verunreinigungen vorhanden, bieten C22 oder C276 möglicherweise eine zuverlässigere Leistung. Bei verunreinigten Produktionsströmen aus der Düngemittel- und Phosphorsäureherstellung werden praktische Tests mit der Prozessflüssigkeit empfohlen.

Essigsäure

B2 weist im Allgemeinen eine hervorragende Beständigkeit gegenüber Essigsäure auf, insbesondere unter reduzierenden Bedingungen. Es kann für Essigsäure-Reaktoren, Destillationsanlagen, Förderleitungen und Anlagen für die organische Chemie in Betracht gezogen werden.

Katalysatoren, Chloride, gelöster Sauerstoff und andere organische Säuren können das Korrosionsverhalten beeinflussen. Vor der endgültigen Auswahl sollte das gesamte Prozessgemisch überprüft werden.

Beständigkeit gegen Chlorwasserstoffgas

Hastelloy B2 weist unter ordnungsgemäß kontrollierten reduzierenden Bedingungen eine hohe Beständigkeit gegenüber Chlorwasserstoffgas auf. Es kann in Gaserzeugungsanlagen, Förderleitungen, Absorbern, Reaktoren und Prozessanschlüssen eingesetzt werden.

Trockenes Chlorwasserstoff und feuchtes Chlorwasserstoff stellen nicht dieselbe Korrosionsumgebung dar. Feuchtigkeit kann auf der Metalloberfläche konzentrierte Salzsäure bilden, während Verunreinigungen durch Sauerstoff oder Chlor das Kondensat oxidierender machen können.

Zu den wichtigen Variablen gehören:

• Gastemperatur
• Wasser- und Taupunktniveau
• Sauerstoffkonzentration
• Gehalt an freiem Chlor
• Kondensation beim An- und Abfahren
• Strömungsgeschwindigkeit und Erosion
• Ablagerungen und Standgewässer

Kondensationszonen sind oft korrosiver als das Gas im übrigen Bereich. Die niedrigste Wandtemperatur und die zu erwartende Chemie des Kondensats sollten bei der Materialauswahl berücksichtigt werden.

Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion

Hastelloy B2 weist in vielen reduzierenden Chlorid- und Säureumgebungen eine hohe Beständigkeit gegen lokale Korrosion auf. Sein hoher Molybdängehalt verbessert die Beständigkeit gegen Lochfraß und Spaltkorrosion, solange die Prozessumgebung reduktiv bleibt.

Seine Beständigkeit gegen lokale Korrosion ist unter oxidierenden Bedingungen nicht so breit gefächert wie die von C22 oder C276. Oxidierende Verunreinigungen können zu Korrosionsangriffen in Spalten, unter Ablagerungen oder in der Nähe von Gas-Flüssigkeits-Grenzflächen führen.

Bei der Konstruktion von Anlagen sollte Folgendes minimiert werden:

• Dichtungsspalten
• Überlappungsverbindungen
• Schwere Beine
• Prozessanschlüsse mit Gewinde
• Ablagerungen und festsitzende Feststoffe
• Unsaubere oder unvollständige Schweißnähte
• Bereiche, aus denen das Wasser nicht vollständig abfließen kann

Eine niedrige durchschnittliche Korrosionsrate ist kein Beweis dafür, dass kein lokaler Korrosionsbefall vorliegt. Bei Inspektionen und Prüfungen sollte gezielt nach Lochfraß und Spaltkorrosion gesucht werden.

Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion

Hastelloy B2 weist im Vergleich zu gängigen austenitischen Edelstählen im Allgemeinen eine hohe Beständigkeit gegen chloridinduzierte Spannungsrisskorrosion auf. Dies ist vorteilhaft in säure- und chloridhaltigen Umgebungen, in denen geschweißte oder kaltgeformte Anlagen Restzugspannungen aufweisen.

Für die Spannungsrisskorrosion sind ein anfälliger Werkstoff, eine bestimmte Umgebung und Zugspannung erforderlich. Obwohl B2 die Anfälligkeit in vielen reduzierenden Umgebungen verringert, erfordern ungewöhnliche Bedingungen, bei denen Oxidationsmittel, Laugen, Schwefelverbindungen oder hohe Temperaturen eine Rolle spielen, eine individuelle Bewertung.

Restspannungen können durch Schweißen, Umformen, zerspanende Bearbeitung, Richten oder Montage entstehen. Qualifizierte Schweißverfahren und eine kontrollierte Fertigung verringern das Risiko von Rissbildung und Verformungen.

Korrosionsbeständigkeit bei verschiedenen Temperaturen und Konzentrationen

Temperatur und Konzentration müssen gemeinsam berücksichtigt werden. Ein Test bei Raumtemperatur in verdünnter Säure kann die Leistung im Einsatz mit heißer, konzentrierter Säure nicht vorhersagen.

Betriebszustand	Allgemeines Verhalten von B2	Leitfaden zur Auswahl
Verdünne die reduzierende Säure bei Raumtemperatur	Insgesamt hervorragend	Stellen Sie sicher, dass der Gehalt an oxidierenden Verunreinigungen gering bleibt
Konzentrierte reduzierende Säure bei Raumtemperatur	Oft hervorragend	Konzentrationsspezifische Korrosionsdaten überprüfen
Heiße Salzsäure	Hohe Beständigkeit unter vielen Bedingungen	Kochergebnisse und Verunreinigungen prüfen
Heiße Schwefelsäure	Gut geeignet für Reduktionsreaktionen	Vermeiden Sie es, Daten zu reduzierenden Säuren auf oxidierende Säuren anzuwenden.
Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche	Möglicherweise aggressiver als Flüssigkeit in Großgebinden	Bewertung des Sauerstoffeintritts und der Kondensatchemie
Hochtemperaturgas	Anwendungsspezifisch	Überprüfung der Gaszusammensetzung, der Oxidation und der Phasenstabilität

In der Nähe von Heizelementen, Verdampfern und Wärmetauscheroberflächen kann die Temperatur an den Wänden höher sein als die Temperatur der Flüssigkeit im Inneren. Durch die Verdampfung können sich zudem Verunreinigungen am Metall ansammeln.

Einschränkungen in oxidierenden Umgebungen

Die größte Einschränkung von Hastelloy B2 ist die geringe Beständigkeit gegenüber stark oxidierenden Chemikalien und oxidierenden Verunreinigungen. Sein geringer Chromgehalt gewährleistet nicht die gleiche Passivschichtstabilität wie bei C22 oder C276.

Zu den potenziell schädlichen oxidierenden Spezies zählen:

• Salpetersäure
• Eisen(III)-chlorid
• Kupferchlorid
• Freies Chlor
• Hypochlorite
• Chlorate
• Peroxide
• Hoher Gehalt an gelöstem Sauerstoff
• Stark oxidierende Katalysatoren

Schon geringe Mengen an Eisen(III)-- oder Kupfer(II)-Ionen können das Korrosionsverhalten verändern. Verunreinigungen können aus Rohstoffen, vorgelagerten Korrosionsprozessen, Reinigungschemikalien, rückgeführten Prozessströmen oder Luftleckagen stammen.

B2 sollte nicht gewählt werden, wenn das Oxidationspotenzial des Prozesses ungewiss ist oder sich während des Betriebs ändern kann. Eine chromhaltige Legierung wie C22 oder C276 bietet in der Regel ein sichereres Gleichgewicht für gemischte oxidierende und reduzierende Umgebungen.

Korrosionsbeständigkeitsdiagramm für Hastelloy B2

Chemie oder Umwelt	Allgemeiner Widerstand	Wichtiger Hinweis
Salzsäure	Hervorragend	Eisen(III)-, Kupfer(II)- und Chlorverunreinigungen kontrollieren
Chlorwasserstoffgas	Ausgezeichnet bis sehr gut	Überprüfen Sie Feuchtigkeit, Sauerstoff und Kondensation
Reduktion von Schwefelsäure	Ausgezeichnet bis sehr gut	Konzentration und Temperatur prüfen
Phosphorsäure	Sehr gut bei Reduktionsreaktionen	Industrielle Verunreinigungen können die Leistung beeinträchtigen
Essigsäure	Hervorragend	Katalysatoren, Chloride und Sauerstoff wiederholen
Ameisensäure	Sehr gut	Heiße, konzentrierte Bedingungen bestätigen
Reduzierende Chloridlösungen	Sehr gut	Oxidierende Ionen können zu lokal begrenzten Korrosionsschäden führen
Salpetersäure	Mangelhaft oder ungeeignet	Stark oxidierende Chemikalie
Eisen(III)-chlorid	Eingeschränkt oder ungeeignet	Stark oxidierende Verunreinigung
Kupferchlorid	Eingeschränkt oder ungeeignet	Kann zu schneller Korrosion führen
Nasses Chlor	Begrenzt	Legierungen der C-Familie werden im Allgemeinen bevorzugt
Natriumhypochlorit	Mangelhaft oder mit Einschränkungen	Stark oxidierende Umgebung
Meerwasser	Bedingt	Sauerstoff und biologische Aktivität bewirken, dass es oxidierend wirkt
Gemischte Säureströme	Anwendungsspezifisch	Jede oxidierende Komponente kann die Selektion beeinflussen

Hastelloy B2 im Vergleich zu B3, C22 und C276

Material	Größte Stärke	Wesentliche Einschränkung oder Anmerkung zur Auswahl
Hastelloy B2	Hervorragende Beständigkeit gegen Salzsäure und reduzierende Säuren	Begrenzte Oxidationsbeständigkeit und geringere thermische Stabilität als B3
Hastelloy B3	Hervorragende Beständigkeit gegen reduzierende Säuren bei verbesserter thermischer Stabilität	Nach wie vor nur begrenzt einsetzbar bei stark oxidierenden Chemikalien
Hastelloy C22	Hervorragende Ausgewogenheit in oxidierenden, reduzierenden und chloridhaltigen Umgebungen	Erreicht möglicherweise nicht in jeder rein reduzierenden Säurebedingung die Leistung der B-Familie
Hastelloy C276	Breites Spektrum an Beständigkeit gegen reduzierende Säuren, verschiedene Chemikalien und Chlorid	Vielseitiger einsetzbar als B2, unterscheidet sich jedoch in Zusammensetzung und Kosten

Hastelloy B3 wurde entwickelt, um die thermische Stabilität und die Verarbeitungseigenschaften von B2 zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Beständigkeit gegen reduzierende Säuren zu gewährleisten. Es wird häufig für neue Anlagen in Betracht gezogen, wenn eine Legierung der B-Familie erforderlich ist.

C22 und C276 enthalten einen hohen Chromanteil und eignen sich besser für Prozessströme, die oxidierende Verunreinigungen enthalten. B2 kann weiterhin das bevorzugte Werkstoffmaterial sein, wenn die chemischen Bedingungen zuverlässig reduzierend sind und die Beständigkeit gegenüber Salzsäure die wichtigste Anforderung darstellt.

Korrosionsbeständige Anwendungen von Hastelloy B2

Verarbeitung mit Salzsäure

Reaktoren, Behälter, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile und Wärmetauscher dürfen aus B2 bestehen, sofern oxidierende Verunreinigungen streng kontrolliert werden.

Chlorwasserstoffanlagen

Gasgeneratoren, Förderleitungen, Absorber und Prozessanschlüsse können im trockenen oder nassen Chlorwasserstoffbetrieb mit B2 betrieben werden, nachdem die gesamte Gas- und Kondensatchemie überprüft wurde.

Schwefelsäureanlagen

B2 kann für Systeme zum Transport, zur Lagerung, zur Reaktion und zur Rückgewinnung von Schwefelsäure ausgewählt werden.

Produktion organischer Chemikalien

Bei Essigsäure, ausgewählten organischen Säuren, pharmazeutischen Zwischenprodukten, Farbstoffen und Spezialchemikalien können reduzierende Prozessbedingungen zum Einsatz kommen, die für B2 geeignet sind.

Vakuum- und Destillationsanlagen

In Verdampfern, Kondensatoren, Kolonnen und Nacherhitzern kann B2 verwendet werden, wenn Säuredämpfe reduziert werden sollen und Kondensate vorhanden sind.

Pharmazeutische Verarbeitung

B2 kann in ausgewählten Reaktions- und Transferanlagen eingesetzt werden, in denen reduzierende Säuren verwendet werden und oxidierende Reinigungschemikalien ausgeschlossen oder sorgfältig kontrolliert werden.

Häufig gestellte Fragen zur Korrosionsbeständigkeit von Hastelloy B2

Gegen welche Chemikalien ist Hastelloy B2 beständig?
Hastelloy B2 weist eine hohe Beständigkeit gegenüber Salzsäure, Chlorwasserstoffgas, vielen reduzierenden Schwefelsäurelösungen sowie ausgewählten Phosphorsäuren, Essigsäuren und organischen Säuren auf. Die Eignung hängt von der Temperatur, der Konzentration und dem Fehlen oxidierender Verunreinigungen ab.

Ist Hastelloy B2 für oxidierende Chemikalien geeignet?
Im Allgemeinen nein. B2 weist einen geringen Chromgehalt auf und ist nur begrenzt beständig gegen Salpetersäure, Eisen(III)-chlorid, Kupfer(II)-chlorid, freies Chlor, Hypochlorite und andere stark oxidierende Chemikalien. Bei Vorhandensein von Oxidationsmitteln ist C22 oder C276 in der Regel besser geeignet.

Was ist der Unterschied zwischen Hastelloy B2 und B3?
Beide sind Nickel-Molybdän-Legierungen, die für die Reduktion von Säuren entwickelt wurden. B3 wurde mit verbesserter thermischer Stabilität und besseren Verarbeitungseigenschaften entwickelt, wodurch das Risiko einer Versprödung beim Schweißen und bei Einwirkung erhöhter Temperaturen verringert wird, während die hohe Beständigkeit gegenüber Salzsäure erhalten bleibt.