Resistenza alla corrosione dell'Hastelloy B2: comportamento in presenza di acido cloridrico, acido solforico e in ambienti riducenti

La resistenza alla corrosione dell’Hastelloy B2 si basa su una composizione ad alto contenuto di nichel e molibdeno, sviluppata principalmente per ambienti chimici fortemente riducenti. Conosciuta anche come Lega B2, UNS N10665 e Werkstoff 2.4617, questa lega offre un'eccezionale resistenza all'acido cloridrico, al gas cloruro di idrogeno, a molte condizioni in cui è presente l'acido solforico e a determinate soluzioni di acido fosforico, acetico e altri acidi riducenti. A differenza delle leghe della famiglia C contenenti cromo, l’Hastelloy B2 presenta una resistenza molto limitata alle sostanze chimiche fortemente ossidanti. Gli ioni ferrici, gli ioni cuprici, il cloro libero, l’acido nitrico e altri contaminanti ossidanti possono causare un rapido attacco. Una corretta scelta del materiale richiede quindi un controllo accurato dell’intero processo chimico, della temperatura, della concentrazione e del livello di contaminazione.

Panoramica sulla resistenza alla corrosione dell'Hastelloy B2

L'Hastelloy B2 è una lega di nichel-molibdeno rinforzata mediante soluzione solida, progettata per ambienti fortemente riducenti. Il suo elevato contenuto di molibdeno garantisce un'elevata resistenza all'acido cloridrico e ad altri acidi non ossidanti in un ampio intervallo di concentrazioni.

La lega viene impiegata in reattori chimici, tubazioni per il trasporto di acidi, scambiatori di calore, pompe, valvole, evaporatori, impianti di distillazione e sistemi a base di acido cloridrico. Può inoltre essere scelta per l’acido acetico, gli intermedi farmaceutici, i processi di lavorazione della chimica organica e l’impiego in presenza di acido solforico riducente.

Il B2 non è una lega universalmente resistente alla corrosione. Il suo basso contenuto di cromo fa sì che non sviluppi lo stesso strato passivo ricco di cromo che si riscontra nel C22, nel C276 o nell'acciaio inossidabile. Questa caratteristica ne migliora le prestazioni in presenza di acidi riducenti, ma ne limita la resistenza alle sostanze chimiche ossidanti e ai contaminanti ossidanti.

La scelta del materiale deve quindi rispondere a una domanda fondamentale: il processo rimarrà riducente durante la normale produzione, l’avvio, l’arresto, la pulizia e in condizioni di funzionamento anomalo? Se nell’impianto possono penetrare ossigeno, cloro, ioni ferrici o acido nitrico, una lega di nichel della famiglia C potrebbe risultare più sicura.

Composizione chimica e suo ruolo nella resistenza alla corrosione

Elemento	Contenuto tipico, peso %	Ruolo nel comportamento alla corrosione
Nichel	Saldo	Garantisce una matrice duttile e resistenza a numerose sostanze chimiche riducenti
Molibdeno	26.0–30.0	Garantisce un'eccezionale resistenza all'acido cloridrico e ad altri agenti riducenti
Ferro	2,0 al massimo	Limitato per preservare la resistenza agli acidi riducenti
Cromo	Circa 1,0 al massimo	Mantenuto basso; limita la resistenza agli ambienti ossidanti
Cobalto	1,0 al massimo	Elemento residuo controllato
Carbonio	0,02 al massimo	Controllato per ridurre le precipitazioni dannose
Silicio	0,10 al massimo	Verificato in termini di stabilità della saldatura e della microstruttura
Manganese	1,0 al massimo	Controllo della lavorazione e della disossidazione

L'elevato contenuto di molibdeno è la caratteristica distintiva dell'Hastelloy B2. Il molibdeno migliora la resistenza agli acidi riducenti e contribuisce a proteggere la lega in presenza di acido cloridrico in un ampio intervallo di concentrazioni e temperature.

Il bassissimo contenuto di cromo spiega perché il B2 non sia adatto a molte sostanze chimiche ossidanti. Il cromo forma normalmente una pellicola protettiva di ossido, ma un aumento della sua percentuale può ridurre le prestazioni delle leghe di nichel-molibdeno in alcuni acidi fortemente riducenti. Il B2 è quindi un materiale specializzato piuttosto che universalmente applicabile.

Resistenza agli ambienti riducenti

L'Hastelloy B2 offre prestazioni ottimali in ambienti riducenti o non ossidanti. Tra queste condizioni figurano l'acido cloridrico, il cloruro di idrogeno, l'acido solforico riducente, alcune soluzioni di acido fosforico e diversi acidi organici.

Gli ambienti riducenti hanno un basso potenziale di ossidazione e normalmente non favoriscono la formazione dei film passivi stabili tipici degli acciai inossidabili ricchi di cromo. In queste condizioni, il B2 fa affidamento sulla sua composizione chimica a base di nichel e molibdeno piuttosto che sulla passivazione del cromo.

Questa lega presenta velocità di corrosione notevolmente inferiori rispetto all'acciaio inossidabile 316L, all'acciaio inossidabile duplex e a molte leghe contenenti cromo in presenza di acido cloridrico concentrato. Tuttavia, piccole quantità di contaminanti ossidanti potrebbero compromettere questo vantaggio.

Resistenza alla corrosione da acido cloridrico

La resistenza all'acido cloridrico è uno dei motivi principali per cui si sceglie l'Hastelloy B2. Questa lega offre ottime prestazioni in presenza di diverse concentrazioni di acido cloridrico, comprese quelle in cui l'acciaio inossidabile e molte leghe di nichel-cromo subiscono un rapido attacco corrosivo.

Tra le applicazioni tipiche figurano i reattori per l'acido cloridrico, i serbatoi di stoccaggio, le tubazioni di trasferimento, le pompe, le valvole, gli impianti di distillazione, i sistemi di recupero dell'acido e gli scambiatori di calore.

La temperatura rimane un fattore importante. Le reazioni di corrosione tendono generalmente ad accelerare all’aumentare della temperatura e le condizioni di ebollizione possono essere più aggressive rispetto all’esposizione a temperatura ambiente. Anche la concentrazione può variare a causa dell’evaporazione o della diluizione.

I contaminanti ossidanti richiedono particolare attenzione. Il cloruro ferrico, il cloruro rameico, il cloro disciolto, l’ipoclorito e l’ossigeno possono aumentare la velocità di corrosione. Un processo descritto semplicemente come “acido cloridrico” potrebbe non essere adatto al B2 in presenza di ioni ossidanti in quantità significative.

Resistenza alla corrosione da acido solforico

L'Hastelloy B2 offre un'elevata resistenza a molte condizioni di acido solforico riducente. Le sue prestazioni dipendono dalla concentrazione dell'acido, dalla temperatura, dall'aerazione e dalle impurità.

L'acido solforico diluito può essere fortemente corrosivo a causa della sua conduttività, mentre quello concentrato può diventare sempre più ossidante. Il B2 risulta particolarmente vantaggioso quando l'acido solforico mantiene le sue proprietà riducenti e i contaminanti ossidanti sono tenuti sotto controllo.

Tra le applicazioni figurano le apparecchiature per il trasferimento di acidi, i reattori, i serbatoi di stoccaggio e i sistemi di recupero. Nel caso di acidi caldi o concentrati, i dati relativi alla corrosione dovrebbero riguardare l’esatta combinazione di concentrazione e temperatura.

Se il processo dovesse passare a condizioni fortemente ossidanti con acido solforico, il C22 o il C276 potrebbero rappresentare un’opzione più equilibrata. La decisione dovrebbe tenere conto dei prodotti chimici utilizzati in fase di avvio, arresto e pulizia, piuttosto che limitarsi alla sola produzione normale.

Resistenza agli acidi fosforico e acetico

Acido fosforico

L'Hastelloy B2 offre una buona resistenza alle soluzioni di acido fosforico puro o riducente. L'acido fosforico industriale ottenuto con processo a umido può contenere fluoruri, cloruri, acido solforico, composti del ferro e altre impurità ossidanti.

In presenza di contaminanti ossidanti, i modelli C22 o C276 possono garantire prestazioni più affidabili. Si raccomanda di effettuare prove effettive sul liquido di processo per i flussi contaminati provenienti dalla produzione di fertilizzanti e di acido fosforico.

Acido acetico

Il B2 offre in genere un'eccellente resistenza all'acido acetico, specialmente in condizioni riducenti. Può essere preso in considerazione per reattori per l'acido acetico, impianti di distillazione, linee di trasferimento e apparecchiature per la chimica organica.

I catalizzatori, i cloruri, l’ossigeno disciolto e altri acidi organici possono alterare il comportamento alla corrosione. È opportuno esaminare la miscela di processo completa prima della scelta definitiva.

Resistenza al cloruro di idrogeno gassoso

L'Hastelloy B2 offre un'elevata resistenza al cloruro di idrogeno gassoso in condizioni riducenti adeguatamente controllate. Può essere utilizzato in impianti di generazione di gas, condotte di trasferimento, assorbitori, reattori e raccordi di processo.

Il cloruro di idrogeno secco e quello umido non costituiscono lo stesso ambiente corrosivo. L’umidità può generare acido cloridrico concentrato sulla superficie metallica, mentre la contaminazione da ossigeno o cloro può rendere la condensa più ossidante.

Tra le variabili importanti figurano:

• Temperatura del gas
• Livello dell'acqua e del punto di rugiada
• Concentrazione di ossigeno
• Contenuto di cloro libero
• Condensa durante l'avvio e lo spegnimento
• Velocità del flusso ed erosione
• Depositi e zone di ristagno

Le zone di condensazione sono spesso più corrosive rispetto al gas stesso. Nella valutazione dei materiali occorre tenere conto della temperatura minima delle pareti e delle caratteristiche chimiche previste del condensato.

Resistenza alla corrosione puntiforme e interstiziale

L’Hastelloy B2 offre un’elevata resistenza all’attacco localizzato in molti ambienti riduttivi contenenti cloruri e acidi. Il suo elevato tenore di molibdeno migliora la resistenza alla corrosione puntiforme e interstiziale quando il processo rimane riduttivo.

La sua resistenza alla corrosione localizzata non è altrettanto stabile in condizioni ossidanti quanto quella dei gradi C22 o C276. I contaminanti ossidanti possono causare attacchi nelle fessure, sotto i depositi o in prossimità delle interfacce vapore-liquido.

La progettazione delle apparecchiature dovrebbe ridurre al minimo:

• Fessure delle guarnizioni
• Giunti sovrapposti
• Gambe stanche
• Attacchi filettati per i processi
• Depositi e solidi in sospensione
• Saldature irregolari o incomplete
• Aree che non riescono a drenare completamente

Un basso tasso medio di corrosione non dimostra l’assenza di attacchi localizzati. Le ispezioni e le prove devono verificare in modo specifico la presenza di cavità e danni da corrosione interstiziale.

Resistenza alla fessurazione da corrosione sotto sforzo

L’Hastelloy B2 offre in genere un’elevata resistenza alla corrosione sotto sforzo indotta dai cloruri rispetto ai comuni acciai inossidabili austenitici. Ciò risulta utile in ambienti acidi e ricchi di cloruri, dove le attrezzature saldate o formate a freddo presentano tensioni residue di trazione.

La corrosione da tensocorrosione richiede un materiale suscettibile, un ambiente specifico e una sollecitazione di trazione. Sebbene il B2 riduca la suscettibilità in molti ambienti riducenti, condizioni insolite che coinvolgono agenti ossidanti, sostanze caustiche, composti solforati o temperature elevate richiedono una valutazione caso per caso.

Le tensioni residue possono derivare dalla saldatura, dalla formatura, dalla lavorazione meccanica, dalla raddrizzatura o dall'assemblaggio. Procedure di saldatura qualificate e un processo di fabbricazione controllato riducono il rischio di fessurazioni e deformazioni.

Resistenza alla corrosione a diverse temperature e concentrazioni

La temperatura e la concentrazione devono essere considerate congiuntamente. Un test a temperatura ambiente in acido diluito non è in grado di prevedere le prestazioni in condizioni di utilizzo con acido concentrato a caldo.

Condizioni di funzionamento	Comportamento generale del B2	Linee guida per la selezione
Diluire l'acido riducente a temperatura ambiente	Nel complesso eccellente	Verificare che il livello delle impurità ossidanti rimanga basso
Acido riducente concentrato a temperatura ambiente	Spesso eccellente	Esaminare i dati relativi alla corrosione in funzione della concentrazione
Acido cloridrico caldo	Elevata resistenza in numerose condizioni	Verificare le condizioni di ebollizione e la presenza di contaminazioni
Acido solforico caldo	Ottimo nelle condizioni riducenti	Evitare di applicare i dati relativi agli acidi riducenti agli acidi ossidanti
Interfaccia vapore-liquido	Potenzialmente più aggressivo del liquido sfuso	Valutare l'ingresso di ossigeno e la composizione chimica della condensa
Gas ad alta temperatura	Specifico per l'applicazione	Analisi della composizione del gas, dell'ossidazione e della stabilità di fase

La temperatura locale delle pareti può essere superiore alla temperatura del liquido in massa in prossimità di riscaldatori, evaporatori e superfici degli scambiatori di calore. L'evaporazione può inoltre causare la concentrazione delle impurità a contatto con il metallo.

Limiti negli ambienti ossidanti

Il principale limite dell'Hastelloy B2 è la scarsa resistenza alle sostanze chimiche fortemente ossidanti e ai contaminanti ossidanti. Il suo basso contenuto di cromo non garantisce la stessa stabilità del film passivo del C22 o del C276.

Tra le specie ossidanti potenzialmente dannose figurano:

• Acido nitrico
• Cloruro ferrico
• Cloruro di rame
• Cloro libero
• Ipocloriti
• Clorati
• Perossidi
• Elevato livello di ossigeno disciolto
• Catalizzatori fortemente ossidanti

Anche piccole quantità di ioni ferrici o cuprici possono modificare il comportamento alla corrosione. La contaminazione può provenire dalle materie prime, dalla corrosione a monte, dai prodotti chimici utilizzati per la pulizia, dai flussi di processo riciclati o da perdite d’aria.

Non si dovrebbe scegliere il B2 quando il potenziale di ossidazione del processo è incerto o può variare durante il funzionamento. Una lega contenente cromo, come la C22 o la C276, offre solitamente un equilibrio più sicuro in ambienti misti, sia ossidanti che riducenti.

Tabella di resistenza alla corrosione dell'Hastelloy B2

Chimica o ambiente	Resistenza generale	Considerazione importante
Acido cloridrico	Eccellente	Controllo della contaminazione da ferro (III), rame (II) e cloro
Cloruro di idrogeno gassoso	Da eccellente a molto buono	Esaminare l’umidità, l’ossigeno e la condensa
Acido solforico riducente	Da eccellente a molto buono	Controllare la concentrazione e la temperatura
Acido fosforico	Ottimo nelle condizioni riducenti	I contaminanti industriali possono alterare le prestazioni
Acido acetico	Eccellente	Esaminare i catalizzatori, i cloruri e l'ossigeno
Acido formico	Ottimo	Verificare la presenza di condizioni di calore intenso e concentrazione elevata
Soluzioni riducenti a base di cloruro	Ottimo	Gli ioni ossidanti possono causare un attacco localizzato
Acido nitrico	Scadente o inadatto	Sostanza chimica fortemente ossidante
Cloruro ferrico	Limitato o inadeguato	Contaminante fortemente ossidante
Cloruro di rame	Limitato o inadeguato	Può causare una rapida corrosione
Cloro liquido	Limitato	In genere si preferiscono le leghe della famiglia C
Ipoclorito di sodio	Scadente o con riserva	Ambiente fortemente ossidante
Acqua di mare	Condizionale	L'ossigeno e l'attività biologica lo rendono ossidante
Flussi di acidi misti	Specifico per l'applicazione	Qualsiasi componente ossidante può influenzare la selezione

Hastelloy B2 rispetto a B3, C22 e C276

Materiale	Punto di forza principale	Limitazione primaria o nota di selezione
Hastelloy B2	Eccellente resistenza all'acido cloridrico e agli acidi riducenti	Resistenza all'ossidazione limitata e stabilità termica inferiore rispetto al B3
Hastelloy B3	Eccellente resistenza agli acidi riducenti con una maggiore stabilità termica	Ancora limitato alle sostanze chimiche fortemente ossidanti
Hastelloy C22	Eccellente equilibrio in ambienti ossidanti, riducenti e clorurati	Potrebbe non eguagliare le prestazioni della famiglia B in tutte le condizioni di acido puramente riducente
Hastelloy C276	Ampia resistenza agli acidi riducenti, alle sostanze chimiche miste e ai cloruri	È più versatile del B2, ma la composizione e il costo sono diversi

L'Hastelloy B3 è stato sviluppato per migliorare la stabilità termica e le caratteristiche di lavorabilità del B2, mantenendo al contempo un'elevata resistenza agli acidi riducenti. Viene spesso preso in considerazione per le nuove apparecchiature quando è richiesta una lega della famiglia B.

I tipi C22 e C276 contengono una quantità significativa di cromo e sono più adatti a flussi di processo che contengono contaminanti ossidanti. Il tipo B2 può rimanere il materiale preferito quando la composizione chimica è chiaramente riducente e la resistenza all’acido cloridrico è il requisito principale.

Applicazioni dell'Hastelloy B2 in ambienti corrosivi

Lavorazione con acido cloridrico

I reattori, i serbatoi di stoccaggio, le tubazioni, le pompe, le valvole e gli scambiatori di calore possono utilizzare il B2 qualora i contaminanti ossidanti siano sottoposti a un rigoroso controllo.

Impianti a cloruro di idrogeno

I generatori di gas, le linee di trasferimento, gli assorbitori e gli attacchi di processo possono utilizzare il B2 in servizio con acido cloridrico secco o umido, previa verifica completa delle caratteristiche chimiche del gas e del condensato.

Apparecchiature per l'acido solforico

Il B2 può essere scelto per i sistemi di trasferimento, stoccaggio, reazione e recupero dell'acido solforico.

Produzione di sostanze chimiche organiche

L'acido acetico, alcuni acidi organici, gli intermedi farmaceutici, i coloranti e i prodotti chimici speciali possono richiedere condizioni di processo ridotte, adatte alla categoria B2.

Apparecchiature per il vuoto e la distillazione

Gli evaporatori, i condensatori, le colonne e i ribollitori possono utilizzare il B2 quando si riducono vapori acidi e sono presenti condensati.

Lavorazione farmaceutica

Il B2 può essere utilizzato in determinate apparecchiature di reazione e trasferimento in cui vengono manipolati acidi riducenti e in cui i prodotti chimici di pulizia ossidanti sono esclusi o attentamente controllati.

Domande frequenti sulla resistenza alla corrosione dell'Hastelloy B2

A quali sostanze chimiche è resistente l’Hastelloy B2?
L'Hastelloy B2 è altamente resistente all'acido cloridrico, al cloruro di idrogeno gassoso, a molte soluzioni riducenti di acido solforico e ad alcuni acidi fosforici, acetici e organici. La sua idoneità dipende dalla temperatura, dalla concentrazione e dall'assenza di contaminanti ossidanti.

L'Hastelloy B2 è adatto all'uso con sostanze chimiche ossidanti?
In genere no. Il B2 presenta un basso contenuto di cromo e una resistenza limitata all’acido nitrico, al cloruro ferrico, al cloruro rameico, al cloro libero, agli ipocloriti e ad altre sostanze chimiche fortemente ossidanti. Il C22 o il C276 sono solitamente più indicati in presenza di agenti ossidanti.

Qual è la differenza tra Hastelloy B2 e B3?
Entrambe sono leghe di nichel-molibdeno progettate per la riduzione degli acidi. La lega B3 è stata sviluppata con una maggiore stabilità termica e migliori caratteristiche di lavorabilità, riducendo il rischio di infragilimento durante la saldatura e l’esposizione a temperature elevate, pur mantenendo un’elevata resistenza all’acido cloridrico.