Résistance à la corrosion de l'Hastelloy B2 : comportement dans l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique et les milieux réducteurs

La résistance à la corrosion de l'Hastelloy B2 repose sur une composition à forte teneur en nickel et en molybdène, mise au point principalement pour les milieux chimiques fortement réducteurs. Également désigné sous les noms d’Alloy B2, UNS N10665 et Werkstoff 2.4617, cet alliage offre une résistance exceptionnelle à l’acide chlorhydrique, au chlorure d’hydrogène gazeux, à de nombreuses conditions d’exposition à l’acide sulfurique, ainsi qu’à certaines solutions d’acide phosphorique, d’acide acétique et d’autres acides réducteurs. Contrairement aux alliages de la famille C contenant du chrome, l’Hastelloy B2 présente une résistance très limitée aux produits chimiques fortement oxydants. Les ions ferriques, les ions cuivriques, le chlore libre, l’acide nitrique et d’autres contaminants oxydants peuvent provoquer une attaque rapide. Le choix correct du matériau nécessite donc un contrôle précis de l’ensemble des paramètres chimiques du procédé, de la température, de la concentration et du niveau de contamination.

Présentation générale de la résistance à la corrosion de l'Hastelloy B2

L'Hastelloy B2 est un alliage nickel-molybdène renforcé par solution solide, conçu pour les environnements réducteurs extrêmes. Sa forte teneur en molybdène lui confère une grande résistance à l'acide chlorhydrique et à d'autres acides non oxydants sur de larges plages de concentration.

Cet alliage est utilisé dans les réacteurs chimiques, les canalisations de transfert d'acide, les échangeurs de chaleur, les pompes, les vannes, les évaporateurs, les équipements de distillation et les systèmes à chlorure d'hydrogène. Il peut également être choisi pour l'acide acétique, les intermédiaires pharmaceutiques, les procédés chimiques organiques et les applications impliquant l'acide sulfurique réducteur.

Le B2 n'est pas un alliage universellement résistant à la corrosion. En raison de sa faible teneur en chrome, il ne forme pas le même film passif riche en chrome que l'on retrouve sur le C22, le C276 ou l'acier inoxydable. Cette caractéristique améliore ses performances face aux acides réducteurs, mais limite sa résistance aux produits chimiques oxydants et aux contaminants oxydants.

Le choix des matériaux doit donc répondre à une question essentielle : le processus restera-t-il réducteur dans des conditions normales de production, de démarrage, d'arrêt, de nettoyage et de fonctionnement hors norme ? Si de l'oxygène, du chlore, des ions ferriques ou de l'acide nitrique sont susceptibles de pénétrer dans le système, un alliage de nickel de la famille C peut s'avérer plus sûr.

Composition chimique et son rôle dans la résistance à la corrosion

Élément	Contenu type, poids : %	Rôle dans le comportement à la corrosion
Nickel	Solde	Assure une matrice ductile et une résistance à de nombreux produits chimiques réducteurs
Molybdène	26.0–30.0	Offre une résistance exceptionnelle à l'acide chlorhydrique et à d'autres milieux réducteurs
Fer	2,0 au maximum	Limité afin de préserver la résistance aux acides réducteurs
Chrome	Environ 1,0 au maximum	Niveau faible ; limite la résistance à un environnement oxydant
Cobalt	1,0 au maximum	Élément résiduel contrôlé
Carbone	0,02 au maximum	Contrôlé afin de réduire les précipitations néfastes
Silicium	0,10 au maximum	Contrôle de la stabilité des soudures et de la microstructure
Manganèse	1,0 au maximum	Contrôle du traitement et de la désoxydation

La teneur élevée en molybdène est la caractéristique principale de l'Hastelloy B2. Le molybdène améliore la résistance aux acides réducteurs et contribue à protéger l'alliage dans l'acide chlorhydrique sur de larges plages de concentration et de température.

La très faible teneur en chrome explique pourquoi le B2 ne convient pas à de nombreux produits chimiques oxydants. Le chrome forme généralement un film d’oxyde protecteur, mais une augmentation de sa teneur peut réduire les performances des alliages nickel-molybdène dans certains acides fortement réducteurs. Le B2 est donc un alliage spécialisé plutôt qu’universel.

Résistance aux milieux réducteurs

L'Hastelloy B2 offre les meilleures performances dans les milieux réducteurs ou non oxydants. Ces conditions comprennent l'acide chlorhydrique, le chlorure d'hydrogène, l'acide sulfurique réducteur, certaines solutions d'acide phosphorique et plusieurs acides organiques.

Les environnements réducteurs présentent un faible potentiel d'oxydation et ne favorisent généralement pas la formation des couches passives stables propres aux aciers inoxydables riches en chrome. Dans ces conditions, le B2 s'appuie sur sa composition chimique à base de nickel et de molybdène plutôt que sur la passivation du chrome.

Cet alliage présente des taux de corrosion nettement inférieurs à ceux de l'acier inoxydable 316L, de l'acier inoxydable duplex et de nombreux alliages contenant du chrome lorsqu'il est exposé à de l'acide chlorhydrique concentré. Toutefois, la présence de faibles quantités de contaminants oxydants peut compromettre cet avantage.

Résistance à la corrosion par l'acide chlorhydrique

La résistance à l'acide chlorhydrique est l'une des principales raisons pour lesquelles on choisit l'Hastelloy B2. Cet alliage offre de bonnes performances dans une large gamme de concentrations d'acide chlorhydrique, y compris dans des conditions où l'acier inoxydable et de nombreux alliages nickel-chrome subissent une attaque rapide.

Parmi les applications courantes, on peut citer les réacteurs à acide chlorhydrique, les cuves de stockage, les conduites de transfert, les pompes, les vannes, les équipements de distillation, les systèmes de récupération d'acide et les échangeurs de chaleur.

La température reste un facteur important. Les réactions de corrosion s'accélèrent généralement à mesure que la température augmente, et les conditions d'ébullition peuvent être plus agressives qu'une exposition à température ambiante. La concentration peut également varier sous l'effet de l'évaporation ou de la dilution.

Les contaminants oxydants nécessitent une attention particulière. Le chlorure ferrique, le chlorure cuivrique, le chlore dissous, l’hypochlorite et l’oxygène peuvent accélérer la corrosion. Un procédé simplement désigné sous le nom d“” acide chlorhydrique » peut ne pas convenir au B2 en cas de présence d’ions oxydants en quantités importantes.

Résistance à la corrosion par l'acide sulfurique

L'Hastelloy B2 offre une forte résistance à de nombreuses conditions d'acide sulfurique réducteur. Ses performances dépendent de la concentration en acide, de la température, de l'aération et des impuretés.

L'acide sulfurique dilué peut être fortement corrosif en raison de sa conductivité, tandis que l'acide concentré peut présenter un pouvoir oxydant croissant. L'option B2 est la plus intéressante lorsque l'acide sulfurique conserve son caractère réducteur et que les contaminants oxydants sont maîtrisés.

Les applications peuvent inclure les équipements de transfert d'acide, les réacteurs, les cuves de stockage et les systèmes de récupération. Pour les acides chauds ou concentrés, les données de corrosion doivent porter sur la combinaison précise de concentration et de température.

Si le procédé peut évoluer vers des conditions d'acide sulfurique fortement oxydantes, les formules C22 ou C276 pourraient constituer une option plus équilibrée. La décision doit tenir compte des produits chimiques utilisés lors du démarrage, de l'arrêt et du nettoyage, et non pas uniquement de la production normale.

Résistance aux acides phosphorique et acétique

Acide phosphorique

L'Hastelloy B2 offre une bonne résistance aux solutions d'acide phosphorique pur ou réductrices. L'acide phosphorique industriel issu d'un procédé par voie humide peut contenir des fluorures, des chlorures, de l'acide sulfurique, des composés ferreux et d'autres impuretés oxydantes.

En présence de contaminants oxydants, les produits C22 ou C276 peuvent offrir des performances plus fiables. Il est recommandé de procéder à des essais concrets sur le bain de traitement pour les flux de production d'engrais et d'acide phosphorique contaminés.

Acide acétique

Le B2 offre généralement une excellente résistance à l'acide acétique, en particulier dans des conditions réductrices. Il peut être envisagé pour les réacteurs à acide acétique, les systèmes de distillation, les conduites de transfert et les équipements de chimie organique.

Les catalyseurs, les chlorures, l'oxygène dissous et d'autres acides organiques peuvent modifier le comportement à la corrosion. Il convient d'examiner l'ensemble du mélange utilisé dans le procédé avant de procéder au choix définitif.

Résistance au gaz chlorhydrique

L'Hastelloy B2 offre une forte résistance au chlore hydrique gazeux dans des conditions réductrices correctement contrôlées. Il peut être utilisé dans les équipements de production de gaz, les conduites de transfert, les absorbeurs, les réacteurs et les raccords de process.

Le chlorure d'hydrogène sec et le chlorure d'hydrogène humide ne constituent pas le même environnement corrosif. L'humidité peut entraîner la formation d'acide chlorhydrique concentré à la surface du métal, tandis qu'une contamination par l'oxygène ou le chlore peut rendre le condensat plus oxydant.

Parmi les variables importantes, on peut citer :

• Température du gaz
• Niveau d'eau et de point de rosée
• Concentration en oxygène
• Teneur en chlore libre
• Condensation lors de la mise en marche et de l'arrêt
• Vitesse d'écoulement et érosion
• Dépôts et zones de stagnation

Les zones de condensation sont souvent plus corrosives que le gaz lui-même. La température minimale de la paroi et la composition chimique prévue du condensat doivent être prises en compte lors de l'évaluation des matériaux.

Résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse

L'Hastelloy B2 offre une forte résistance aux attaques localisées dans de nombreux milieux acides et chlorurés réducteurs. Sa forte teneur en molybdène améliore la résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion interstitielle lorsque le processus reste réducteur.

Sa résistance à la corrosion localisée n'est pas aussi stable dans toutes les conditions oxydantes que celle des aciers C22 ou C276. Les contaminants oxydants peuvent provoquer une attaque dans les interstices, sous les dépôts ou à proximité des interfaces vapeur-liquide.

La conception des équipements doit viser à réduire au minimum :

• Fissures dans les joints
• Assemblages à recouvrement
• Jambes lourdes
• Raccords filetés pour processus
• Dépôts et matières solides en suspension
• Soudures irrégulières ou incomplètes
• Zones qui ne peuvent pas s'assécher complètement

Un faible taux de corrosion moyen ne prouve pas l'absence d'attaque localisée. Les inspections et les essais doivent porter spécifiquement sur la recherche de piqûres et de dommages dans les interstices.

Résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte

L'Hastelloy B2 offre généralement une forte résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte induite par les chlorures par rapport aux aciers inoxydables austénitiques courants. Cette propriété s'avère utile dans les environnements acides et chlorurés où les équipements soudés ou formés à froid conservent des contraintes de traction résiduelles.

La fissuration par corrosion sous contrainte nécessite un matériau sensible, un environnement spécifique et une contrainte de traction. Bien que le B2 réduise la sensibilité dans de nombreux environnements réducteurs, les conditions particulières impliquant des agents oxydants, des produits caustiques, des composés soufrés ou des températures élevées nécessitent une évaluation au cas par cas.

Les contraintes résiduelles peuvent provenir du soudage, du formage, de l'usinage, du redressage ou de l'assemblage. Des procédures de soudage homologuées et un processus de fabrication contrôlé permettent de réduire le risque de fissuration et de déformation.

Résistance à la corrosion à différentes températures et concentrations

La température et la concentration doivent être prises en compte conjointement. Un essai à température ambiante dans un acide dilué ne permet pas de prédire les performances en service à chaud avec un acide concentré.

Conditions d'utilisation	Comportement général du B2	Conseils pour le choix
Diluer l'acide réducteur à température ambiante	Dans l'ensemble, excellent	Vérifier que les impuretés oxydantes restent à un faible niveau
Acide réducteur concentré à température ambiante	Souvent excellent	Examiner les données relatives à la corrosion en fonction de la concentration
Acide chlorhydrique chaud	Une forte résistance dans de nombreuses conditions	Vérifier les conditions d'ébullition et l'absence de contamination
Acide sulfurique chaud	Efficace dans les conditions de réduction	Évitez d'appliquer les données relatives aux acides réducteurs aux acides oxydants
Interface vapeur-liquide	Potentiellement plus agressif que le liquide en vrac	Évaluer l'apport en oxygène et la composition chimique des condensats
Gaz à haute température	Spécifique à une application	Examen de la composition des gaz, de l'oxydation et de la stabilité des phases

La température locale des parois peut être supérieure à celle du liquide en vrac à proximité des éléments chauffants, des évaporateurs et des surfaces des échangeurs de chaleur. L'évaporation peut également entraîner une concentration des impuretés au contact du métal.

Limites dans les milieux oxydants

La principale limite de l'Hastelloy B2 réside dans sa faible résistance aux produits chimiques fortement oxydants et aux contaminants oxydants. Sa faible teneur en chrome ne lui confère pas la même stabilité de la couche passive que les nuances C22 ou C276.

Les espèces oxydantes potentiellement nocives comprennent :

• Acide nitrique
• Chlorure ferrique
• Chlorure cuivrique
• Chlore libre
• Hypochlorites
• Chlorates
• Peroxydes
• Teneur élevée en oxygène dissous
• Catalyseurs oxydants puissants

Même de faibles quantités d'ions ferriques ou cuivriques peuvent modifier le comportement à la corrosion. La contamination peut provenir des matières premières, d'une corrosion en amont, des produits chimiques de nettoyage, des flux de procédé recyclés ou de fuites d'air.

Il ne faut pas choisir le B2 lorsque le potentiel d'oxydation du procédé est incertain ou susceptible de varier pendant le fonctionnement. Un alliage contenant du chrome, tel que le C22 ou le C276, offre généralement un meilleur équilibre dans les environnements mixtes, à la fois oxydants et réducteurs.

Tableau de résistance à la corrosion de l'Hastelloy B2

Chimie ou environnement	Résistance générale	Point important à prendre en compte
Acide chlorhydrique	Excellent	Maîtriser la contamination par le fer (III), le cuivre (I) et le chlore
Chlorure d'hydrogène gazeux	Excellent à très bien	Passer en revue les questions relatives à l'humidité, à l'oxygène et à la condensation
Acide sulfurique réducteur	Excellent à très bien	Vérifier la concentration et la température
Acide phosphorique	Très efficace dans les conditions de réduction	Les contaminants industriels peuvent altérer les performances
Acide acétique	Excellent	Révision : catalyseurs, chlorures et oxygène
Acide formique	Très bien	Vérifier la présence de conditions de concentration à chaud
Solutions réductrices de chlorure	Très bien	Les ions oxydants peuvent provoquer une corrosion localisée
Acide nitrique	Médiocre ou inadapté	Produit chimique fortement oxydant
Chlorure ferrique	Limitée ou inadaptée	Contaminant fortement oxydant
Chlorure cuivrique	Limitée ou inadaptée	Peut entraîner une corrosion rapide
Chlore en solution	Limité	On privilégie généralement les alliages de la famille C
Hypochlorite de sodium	Insuffisant ou sous réserve	Milieu fortement oxydant
Eau de mer	Conditionnel	L'oxygène et l'activité biologique lui confèrent un pouvoir oxydant
Flux d'acides mixtes	Spécifique à une application	Tout composant oxydant peut influencer la sélection

Hastelloy B2 vs B3, C22 et C276

Matériau	Point fort principal	Restriction principale ou remarque relative à la sélection
Hastelloy B2	Excellente résistance à l'acide chlorhydrique et aux acides réducteurs	Résistance à l'oxydation limitée et stabilité thermique inférieure à celle du B3
Hastelloy B3	Excellente résistance aux acides réducteurs et stabilité thermique améliorée	Toujours limité aux produits chimiques fortement oxydants
Hastelloy C22	Excellent équilibre dans les milieux oxydants, réducteurs et chlorurés	Peut ne pas offrir les mêmes performances que la famille B dans toutes les conditions d’acides réducteurs purs
Hastelloy C276	Large résistance aux acides réducteurs, aux produits chimiques divers et aux chlorures	Plus polyvalent que le B2, mais sa composition et son coût diffèrent

L'Hastelloy B3 a été mis au point pour améliorer la stabilité thermique et les caractéristiques de mise en œuvre du B2, tout en conservant une forte résistance aux acides réducteurs. Il est souvent envisagé pour les nouveaux équipements lorsqu'un alliage de la famille B est requis.

Les nuances C22 et C276 contiennent une forte teneur en chrome et conviennent mieux aux flux de traitement contenant des contaminants oxydants. La nuance B2 peut rester le matériau de choix lorsque le milieu chimique est clairement réducteur et que la résistance à l'acide chlorhydrique est l'exigence principale.

Applications de l'Hastelloy B2 dans les environnements corrosifs

Traitement à l'acide chlorhydrique

Les réacteurs, les cuves de stockage, les canalisations, les pompes, les vannes et les échangeurs de chaleur peuvent utiliser le B2 lorsque les contaminants oxydants font l'objet d'un contrôle rigoureux.

Systèmes à base de chlorure d'hydrogène

Les générateurs de gaz, les conduites de transfert, les absorbeurs et les raccords de process peuvent utiliser le B2 dans des applications impliquant du chlorure d'hydrogène sec ou humide, après examen complet des caractéristiques chimiques du gaz et des condensats.

Équipements pour l'acide sulfurique

Le B2 peut être choisi pour les systèmes de transfert, de stockage, de réaction et de récupération de l'acide sulfurique.

Production de produits chimiques organiques

L'acide acétique, certains acides organiques, les intermédiaires pharmaceutiques, les colorants et les produits chimiques de spécialité peuvent nécessiter des conditions de traitement réductrices adaptées à la catégorie B2.

Équipements de vide et de distillation

Les évaporateurs, les condenseurs, les colonnes et les réchauffeurs peuvent utiliser le B2 lorsqu'il s'agit de réduire les vapeurs acides et qu'il y a présence de condensats.

Fabrication pharmaceutique

Le B2 peut être utilisé dans certains équipements de réaction et de transfert où des acides réducteurs sont manipulés et où les produits de nettoyage oxydants sont exclus ou strictement contrôlés.

FAQ sur la résistance à la corrosion de l'Hastelloy B2

À quels produits chimiques l'Hastelloy B2 résiste-t-il ?
L'Hastelloy B2 présente une grande résistance à l'acide chlorhydrique, au chlorure d'hydrogène gazeux, à de nombreuses solutions réductrices d'acide sulfurique ainsi qu'à certains acides phosphoriques, acétiques et organiques. Son adéquation dépend de la température, de la concentration et de l'absence de contaminants oxydants.

L'Hastelloy B2 est-il adapté aux produits chimiques oxydants ?
En règle générale, non. L'acier B2 présente une faible teneur en chrome et une résistance limitée à l'acide nitrique, au chlorure ferrique, au chlorure cuivrique, au chlore libre, aux hypochlorites et à d'autres produits chimiques fortement oxydants. Les aciers C22 ou C276 sont généralement plus adaptés en présence d'agents oxydants.

Quelle est la différence entre l'Hastelloy B2 et l'Hastelloy B3 ?
Ces deux alliages de nickel-molybdène sont destinés à la réduction des acides. Le B3 a été mis au point pour offrir une meilleure stabilité thermique et de meilleures caractéristiques de mise en œuvre, ce qui réduit le risque de fragilisation lors du soudage et de l'exposition à des températures élevées, tout en conservant une forte résistance à l'acide chlorhydrique.