Incoloy 825 Ketahanan Korosi dalam Asam Sulfat: Iso-Kurva Korosi dan Batas Konsentrasi

Perkenalan

Asam sulfat adalah salah satu bahan kimia industri yang paling banyak digunakan di dunia, dan juga merupakan salah satu asam yang lebih kompleks untuk dipilih suatu bahan, karena sifat korosifnya berubah seiring dengan konsentrasi. Menurut distributor paduan Langley Alloys, paduan INCOLOY 825 diperkenalkan ke pasar pada tahun 1952, dibuat secara khusus pada basis paduan 800 dengan tambahan tembaga untuk meningkatkan ketahanan terhadap asam pereduksi seperti asam sulfat - klaim yang konsisten dengan deskripsi Special Metals Corporation sendiri tentang peran metalurgi tembaga dalam paduan saat ini.

Artikel ini diambil langsung dari data korosi berair milik Special Metals Corporation - bagan korosi iso-pabrikan untuk paduan 825 dalam asam sulfat, hasil uji korosi tanaman yang dipublikasikan, dan peringkat komparatifnya terhadap paduan nikel lainnya - untuk memberikan gambaran yang jelas dan terukur mengenai di mana ketahanan asam sulfat paduan 825 bertahan, di mana ia mengecil, dan kapan bahan paduan-yang lebih tinggi seharusnya berada ditentukan sebagai gantinya.

Apa yang Membuat Paduan 825 Tahan Terhadap Asam Sulfat?

Ketahanan paduan 825 terhadap asam sulfat berasal dari kombinasi spesifik elemen paduan: nikel dan molibdenum tahan terhadap asam pereduksi yang ditemukan pada konsentrasi rendah-hingga-sedang, kromium tahan terhadap asam pengoksidasi yang ditemukan pada konsentrasi tinggi, dan tembaga - penambahan penentu paduan tersebut - secara khusus menargetkan pengurangan serangan asam sulfat dan hidrofluorat yang tidak dapat diatasi sepenuhnya oleh nikel dan molibdenum saja.

Asam sulfat tidak bersifat korosif tunggal dan seragam. Berdasarkan buku pegangan korosi berair Special Metals, asam sulfat berkurang dalam konsentrasi hingga sekitar 25%; di atas itu ia mulai mengambil karakteristik pengoksidasi; dan asam pekat di atas 87% berat pada suhu kamar - kadar komersial yang paling umum - dapat teroksidasi sepenuhnya. Ini berarti sebuah paduan tunggal harus tahan terhadap dua mekanisme korosi yang berbeda tergantung pada rentang konsentrasi dimana paduan tersebut beroperasi, dan pemilihan paduan harus mempertimbangkan keduanya.

Panduan umum Logam Khusus tentang unsur paduan bersifat langsung mengenai peran masing-masing unsur. Nikel meningkatkan ketahanan terhadap pereduksi asam dan kaustik. Molibdenum meningkatkan ketahanan terhadap pereduksi asam dan terhadap korosi lubang dan celah di lingkungan yang mengandung klorida-. Kromium meningkatkan ketahanan terhadap oksidasi korosif. Tembaga meningkatkan ketahanan terhadap asam pereduksi - khususnya asam sulfat dan fluorida non-aerasi - dan penambahan tembaga secara khusus terhadap nikel-kromium-molibdenum-paduan besi digambarkan memberikan peningkatan ketahanan terhadap asam klorida, fosfat, dan asam sulfat. Paduan 825 yang mengandung sekitar 38–46% nikel, 19,5–23,5% kromium, 2,5–3,5% molibdenum, dan 1,5–3,0% tembaga dikalibrasi untuk mencakup sistem reduksi dan oksidasi asam sulfat dalam satu paduan titanium-yang stabil yang dapat dilas.

Apa yang Sebenarnya Ditunjukkan pada Bagan Korosi Iso-Paduan 825 pada Asam Sulfat?

Bagan korosi-iso{0}}Logam Khusus untuk paduan 825 dalam asam sulfat membagi medan suhu-versus-suhu menjadi tiga pita laju-korosi - di bawah 5 mpy, 5 hingga 20 mpy, dan lebih dari 20 mpy - dan zona yang dapat digunakan ('ketahanan sangat baik') paduan tersebut mencakup sebagian besar konsentrasi-hingga-menengah pada suhu sedang, menyempit tajam saat konsentrasi dan suhu mendekati kurva titik didih.

Bagan korosi iso-memplot laju korosi sebagai fungsi dari dua variabel sekaligus - konsentrasi asam (sumbu horizontal, 0–100% berat) dan suhu (sumbu vertikal, dari lingkungan hingga titik didih asam pada setiap konsentrasi). Garis-garis pada grafik menghubungkan titik-titik dengan laju korosi yang sama, itulah sebabnya garis-garis tersebut disebut garis iso-korosi (-korosi yang sama). Membacanya sangatlah mudah: temukan suhu proses Anda pada sumbu vertikal dan konsentrasi asam Anda pada sumbu horizontal; zona tempat titik Anda berada menunjukkan rentang laju korosi yang diharapkan untuk paduan anil 825 dalam asam yang relatif murni dan tidak terkontaminasi.

Sumber: Special Metals Corporation, Paduan-Performa Tinggi untuk Ketahanan terhadap Korosi Berair (Buku Panduan Korosi Berair), Gambar 2 - Bagan korosi Iso-untuk paduan INCOLOY 825 dalam asam sulfat.

Logam Khusus menyatakan lingkup operasi praktis paduan secara langsung daripada mengharuskan pembaca untuk menginterpolasi grafik dengan mata. Berdasarkan hasil pengujian dan pengalaman servis, paduan 825 seharusnya memiliki ketahanan yang sangat baik (di bawah 5 mpy) dalam larutan asam sulfat antara konsentrasi 40% dan 80% berat pada 120 derajat F (50 derajat). Publikasi yang sama mencatat ketahanan paduan tersebut meluas ke seluruh rentang konsentrasi penuh pada suhu hingga 150 derajat F (65 derajat ), dan konsentrasi hingga 78% pada 176 derajat F (80 derajat ).

Pabrikan dengan hati-hati menambahkan peringatan penting tepat di samping data ini: penyimpangan parah dari perilaku ini dapat terjadi dengan adanya kontaminan, yang umum terjadi pada asam berkekuatan-menengah dalam proses kimia nyata - sebagai pengingat bahwa bagan korosi iso-menggambarkan asam laboratorium murni atau mendekati-murni, belum tentu kondisi tanaman.

Sumber: Special Metals Corporation, Buku Pegangan Korosi Berair, teks bagian Asam Sulfat yang menyertai Gambar 2.

Bagaimana Laju Korosi Tumbuhan Nyata Dibandingkan dengan Grafik Korosi-Iso?

Laju korosi lapangan sebenarnya untuk paduan 825 dalam asam sulfat industri dan layanan asam-campuran, dalam sebagian besar kasus yang terdokumentasi, jauh di bawah ambang batas konservatif 5 mpy - yang sudah ada pada grafik, sering kali sebesar satu atau dua kali lipat - karena sebagian besar proses nyata berjalan pada tingkat keparahan efektif yang lebih rendah dibandingkan kondisi laboratorium asam-murni yang digunakan untuk membuat bagan korosi iso-.

Special Metals menerbitkan tabel penting hasil pengujian korosi-lapangan untuk paduan 825 di berbagai macam lingkungan pabrik asam sulfat dan asam campuran, beberapa di antaranya direproduksi di bawah ini. Polanya konsisten: bahkan asam dalam kisaran konsentrasi 40–90%+, pada suhu jauh di atas suhu sekitar, sering kali menghasilkan laju korosi di bawah 1 mpy. - merupakan pengingat yang berguna bahwa bagan korosi iso-adalah alat penyaringan konservatif untuk pemilihan material, bukan alat prediksi yang tepat untuk laju korosi tanaman tertentu.

Sumber: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Tabel 4 - Uji korosi pabrik pada paduan INCOLOY 825 dalam larutan asam sulfat dan campuran (pilihan disingkat).

Dua entri patut ditandai secara khusus karena menggambarkan hal yang benar-benar berguna dan tidak jelas: dalam larutan pembersih asam 20% ditambah 4% natrium dikromat, laju korosi (19 mpy) berada tepat di tepi pita 'resistensi berguna' meskipun konsentrasi asamnya relatif encer, karena dikromat adalah garam pengoksidasi kuat yang bereaksi dengan bahan kimia paduan yang disetel sebagian untuk mengurangi-layanan asam. Ini adalah demonstrasi langsung-dunia nyata dari karakter reduksi/oksidasi yang bergantung pada konsentrasi yang dibahas di atas - asam encer tidak secara otomatis menjadi asam ringan setelah kontaminan pengoksidasi ditambahkan.

Bagaimana Paduan 825 Dibandingkan dengan Paduan Nikel Lainnya dalam Asam Sulfat?

Dalam asam sulfat encer (di bawah konsentrasi 50%), paduan 825 pada dasarnya diikat untuk ketahanan terbaik di antara lini paduan nikel Logam Khusus, bersama dengan paduan INCONEL 686 dan paduan INCONEL G-3; dalam asam pekat (lebih dari 50%), paduan 825 berada di belakang paduan molibdenum yang lebih tinggi, paduan kromium yang lebih tinggi 686, C-276, 622, dan 625, dalam urutan tersebut.

Special Metals secara langsung mengurutkan ketahanan asam sulfat paduannya menggunakan garis korosi iso-20 mpy (0,51 mm/a) sebagai dasar perbandingan, karena ambang nilai-tunggal lebih mudah untuk menentukan peringkat pada beberapa paduan daripada membandingkan grafik lengkap. Pemeringkatan tersebut berbeda-beda tergantung pada sisi transisi reduksi/oksidasi asam sulfat mana yang diterapkan pada - yang merupakan temuan yang berguna dan jujur: tidak ada satu paduan pun dalam kelompok ini yang tanpa syarat merupakan 'yang terbaik' di seluruh rentang konsentrasi.

Sumber: Special Metals Corporation, Aqueous Corrosion Handbook, Gambar 4 - Perbandingan perilaku paduan Ni-Cr-Mo dalam asam sulfat (ringkasan korosi iso-20 mpy).

The practical takeaway for a buyer: alloy 825 is frequently the most cost-effective adequate choice for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty, since it matches the resistance of considerably more expensive, higher-molybdenum alloys like 686 in that range. Once a process moves into concentrated (>50%),-suhu tinggi, asam pengoksidasi - atau jika terdapat kontaminasi klorida yang signifikan - semakin tinggi-nilai paduan,-biaya yang lebih tinggi akan mendapatkan nilai premium.

Apa Yang Terjadi Jika Klorida Ada dalam Aliran Asam Sulfat?

Paduan 825 mentoleransi paparan klorida yang terputus-putus atau sedang dalam asam sulfat dengan sangat baik - termasuk penambahan garam batu yang digunakan dalam operasi pengawetan - tetapi untuk paparan yang terus-menerus dan terendam penuh terhadap asam sulfat yang terkontaminasi klorida-, literatur Special Metals sendiri menyarankan untuk menggunakan paduan molibdenum yang lebih tinggi seperti C-276, 622, 625, atau 686.

Logam Khusus menyatakan perbedaan ini dengan jelas: dalam aplikasi yang mengandung klorida, seperti penambahan garam batu pada rendaman pengawet belerang, paduan INCOLOY 825 telah memberikan layanan yang sangat baik, dan keberadaan garam pengoksidasi selain klorida sebenarnya bermanfaat bagi ketahanan paduan tersebut.

Namun, pada aplikasi yang paparannya terus-menerus terendam dalam kondisi terkontaminasi klorida, diperlukan paduan molibdenum yang lebih tinggi - paduan INCONEL C-276, 622, 625, atau 686 -. Hal ini konsisten dengan peran umum molibdenum dalam kelompok paduan ini: ia secara khusus meningkatkan ketahanan terhadap korosi lubang dan celah di lingkungan yang mengandung klorida, dan kandungan molibdenum 2,5–3,5% pada paduan 825, meskipun cukup untuk paparan intermiten, lebih rendah dari 9–16% yang ditemukan dalam 'paduan super' Ni-Cr-Mo yang dibuat untuk layanan klorida berkelanjutan.

• Paparan klorida tingkat-rendah secara intermiten atau rendah dalam larutan asam sulfat - paduan 825 umumnya cukup.
• Penambahan garam batu atau klorida serupa pada-kimia rendaman pengawetan - didokumentasikan sebagai layanan terbaik untuk paduan 825.
• Paparan yang terus-menerus dan terendam seluruhnya dalam klorida-asam sulfat yang terkontaminasi - tentukan paduan molibdenum yang lebih tinggi-(C-276, 622, 625, atau 686).

Apa Komposisi Kimia Lengkap Incoloy 825?

Paduan 825 (UNS N08825, W.Nr. 2.4858) ditentukan dengan 38,0–46,0% nikel, 19,5–23,5% kromium, 22,0% besi minimum, 2,5–3,5% molibdenum, 1,5–3,0% tembaga, dan 0,6–1,2% titanium, dengan karbon dibatasi pada 0,05% hingga batasnya risiko sensitisasi.

Sumber: Special Metals Corporation, buletin teknis INCOLOY alloy 825 (Tabel 1 - Pembatas Komposisi Kimia), diverifikasi silang dengan lembar data strip INCOLOY alloy 825 yang diterbitkan oleh Elgiloy Specialty Metals.

Batas atas karbon yang rendah (maks. 0,05%) dikombinasikan dengan stabilisasi titanium memungkinkan paduan 825 digunakan dalam kondisi seperti-pengelasan tanpa anil larutan las pasca-wajib di sebagian besar layanan - titanium mengikat karbon sebagai titanium karbida secara istimewa, melindungi batas butir dari sensitisasi yang digerakkan oleh-kromium-karbida- baja tahan karat austenitik. Hal ini merupakan keuntungan fabrikasi dan biaya yang berarti dibandingkan baja tahan karat seri 300 dalam lingkungan asam, yang mana perlakuan panas pasca-pengelasan sering kali tidak dapat dihindari.

Kapan Anda Harus Menentukan Paduan 825 vs.-Opsi Paduan yang Lebih Tinggi untuk Layanan Asam Sulfat?

Specify alloy 825 for dilute-to-intermediate sulfuric acid duty up to roughly 80% concentration at moderate temperatures, or for mixed-acid and pickling environments with intermittent chloride content; move up to a Ni-Cr-Mo alloy (622, 625, C-276, or 686) for concentrated, high-temperature, continuously chloride-contaminated, or otherwise aggressive sulfuric acid duty where alloy 825's iso-corrosion chart shows the 5–20 mpy or >20 band mpy.

Paduan 825 - pipa dan bejana proses asam sulfat encer dan menengah; rendaman pengawetan asam sulfat, termasuk rendaman dengan-garam batu atau penambahan klorida sesekali serupa; campuran aliran asam sulfat/fosfat; produksi asam umum dan peralatan pengendalian polusi-; pemrosesan ulang bahan bakar nuklir dan penanganan limbah radioaktif, di mana sejarah 825 dalam proses pelarutan tipe Sulfex-didokumentasikan dengan baik.

Ni-Cr-Mo alloys (622 / 625 / C-276 / 686) - concentrated (>50%), asam sulfat panas; perendaman terus menerus dalam klorida-asam sulfat yang terkontaminasi; layanan di mana bagan korosi iso-825 menunjukkan kombinasi asam/suhu berada di atas garis 5 mpy.

Paduan INCOLOY 25-6MO - alternatif baja tahan karat super-austenitik yang layak dievaluasi secara khusus untuk encer (<10% at boiling, up to 50% at 140°F/60°C) sulfuric acid contaminated with chlorides, where its 6% molybdenum content gives it an edge over alloy 825 under crevice conditions.

Catatan pengadaan yang perlu dinyatakan dengan jelas: bagan iso-korosi menggambarkan perilaku asam yang relatif murni atau sedikit tercampur dalam kondisi laboratorium. Special Metals sendiri memperingatkan bahwa penyimpangan yang parah dapat terjadi karena adanya kontaminan yang umum terjadi pada proses kimia nyata. Sebelum menyelesaikan pemilihan material untuk aliran proses tertentu, mintalah atau jalankan pengujian kupon korosi pada fluida proses sebenarnya daripada mengandalkan bagan iso-korosi saja untuk aplikasi garis batas.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Q: Berapa konsentrasi asam sulfat maksimum yang dapat ditangani oleh paduan 825?

A: Itu sepenuhnya bergantung pada suhu. Pada suhu hingga 150 derajat F (65 derajat), paduan 825 mempertahankan ketahanan yang sangat baik (<5 mpy) across the full concentration range, 0–100%. As temperature rises toward the boiling point, the safe concentration window narrows - at 176°F (80°C) it extends to about 78% concentration, and at boiling temperature it is generally limited to lower concentrations, below roughly 40%.

Q: Mengapa tembaga secara khusus membantu ketahanan terhadap asam sulfat?

A: Penambahan tembaga pada paduan besi-kromium-molibdenum-besi didokumentasikan oleh Logam Khusus untuk meningkatkan ketahanan khususnya terhadap asam pereduksi - sulfat, fosfat, dan hidroklorik - suatu mekanisme yang berbeda dari peran kromium dalam melawan asam pengoksidasi. Karena asam sulfat tereduksi di bawah konsentrasi sekitar 25% dan teroksidasi di atas sekitar 50%, tembaga dan kromium secara efektif membagi rentang konsentrasi di antara keduanya dalam komposisi paduan 825.

Q: Apakah paduan 825 memerlukan perlakuan panas pasca-pengelasan sebelum digunakan dalam layanan asam sulfat?

A: Umumnya tidak. Paduan 825 distabilkan terhadap sensitisasi dengan penambahan titaniumnya, yang memungkinkannya digunakan dalam kondisi seperti-pengelasan di sebagian besar layanan tanpa anil larutan las pasca-wajib - suatu keunggulan dibandingkan baja tahan karat austenitik non-yang distabilkan, yang biasanya memerlukan perlakuan panas untuk memulihkan ketahanan korosi antarbutir setelah pengelasan.

Q: Apakah paduan 825 atau paduan Ni-Cr-Mo seperti 625 merupakan pilihan ekonomis yang lebih baik untuk asam sulfat?

A: Untuk asam sulfat encer dengan konsentrasi di bawah sekitar 50%, paduan 825 menawarkan ketahanan yang pada dasarnya sama dengan paduan yang jauh lebih mahal seperti INCONEL 686, menjadikannya pilihan yang lebih-efektif dalam kisaran tersebut. Konsentrasi di atas 50%, atau dengan kontaminasi klorida terus-menerus, paduan molibdenum yang lebih tinggi kinerjanya cukup mengungguli paduan 825 sehingga biaya tambahannya biasanya dapat dibenarkan.

Q: Dapatkah paduan 825 digunakan jika terdapat asam sulfat dan klorida?

A: Ya, dalam banyak kasus - Special Metals mendokumentasikan layanan terbaik untuk paduan 825 dalam rendaman pengawet belerang dengan tambahan-garam batu (klorida). Peringatan ini berlaku khususnya pada paparan asam sulfat yang terkontaminasi klorida-terendam seluruhnya secara terus menerus, sehingga disarankan menggunakan paduan-molibdenum yang lebih tinggi.