Q1: ハステロイ B-2 プレートの化学組成は何ですか?また、その特徴は何ですか?
A:ハステロイ B-2 は、塩酸やその他の強力な還元環境に対する優れた耐性を実現するために特別に設計された固溶強化ニッケルモリブデン合金です。公称化学組成はおよそ次のとおりです。ニッケル (残部、通常 ≥68%)、モリブデン 26.0 ～ 30.0%、鉄 ≤ 2.0%、クロム ≤ 1.0%、マンガン ≤ 1.0%、シリコン ≤ 0.10%、炭素 ≤ 0.02%、コバルト ≤ 1.0%、および微量のリンと硫黄 (それぞれ ≤0.025%)。
ハステロイ B-2 のユニークな点は、炭素とシリコンの含有量が極めて低い大幅なクロムの欠如と組み合わされます。酸化媒体に対する耐性を高めるために 14 ～ 16% のクロムを含む C シリーズ合金 (C-276、C-22) とは異なり、B-2 にはクロムが実質的に含まれていません (≤1.0%)。これは意図的なものです。塩酸のような強い還元性の酸では、クロムは安定性の低い不動態皮膜を形成したり、局所的な攻撃を促進したりすることにより、実際に腐食性能を低下させる可能性があります。モリブデン含有量が高い (26 ～ 30%) ため、高温の濃 HCl 溶液中でも、孔食や隙間腐食に対して優れた耐性が得られます。
しかし、B-2 に優れた還元酸耐性を与えるのと同じ化学的性質により、B-2 は冶金学的に不安定特定の条件下で。 B-2 は、600 ～ 900°C (1110 ～ 1650°F) の範囲の温度にさらされると、金属間化合物相 (特に Ni4Mo および Ni3Mo) の析出を非常に受けやすくなります。溶接や熱間成形中など、この範囲に短時間でも入った場合でも、これらの脆性相が形成され、延性と耐食性が大幅に低下する可能性があります。{8}}この熱感度は B-2 の唯一の最も重要な制限であり、より熱的に安定な B-3 合金の開発に直接つながりました。このため、B-2 プレートは現在も入手可能であり、純粋な還元酸に対して優れた耐食性を備えていますが、B-3 よりもはるかに慎重な製造が必要であり、新しい重要な用途では一般に B-3 に置き換えられています。
Q2: ハステロイ B-2 プレートは現在でもどのような産業用途に使用されていますか?
A:新しい機器ではハステロイ B-3 に置き換わることが増えていますが、ハステロイ B-2 プレートは引き続き使用されており、優れた耐還元酸性が要求され、製造を慎重に制御できる特定の用途に指定され続けています。主な用途は次のとおりです。
塩酸貯蔵タンクおよび容器– B-2 プレートは、周囲温度で濃塩酸 (30 ～ 37%) を含む大気圧または低圧の貯蔵タンクに使用されます。この合金は、純 HCl 中での腐食速度が 0.05 mm/年未満であり、耐用年数は 20+ 年です。ただし、タンクは腐食を促進する酸化性汚染物質 (空気の侵入、第二鉄イオンなど) を避けるように設計する必要があります。
スチールおよびチタン加工の酸洗槽– 製鉄所では、熱塩酸 (80 ～ 95°C / 175 ～ 205°F、10 ～ 18% HCl) を使用して鋼ストリップからスケールを除去します (酸洗)。 B-2プレートはタンク壁、加熱コイル、カバーに使用されます。この合金は酸と熱サイクルの両方に耐性があります。 B-3 の導入前に建設された既存の酸洗ラインの多くは、今でも B-2 コンポーネントで稼働しており、交換部品は既存の材料に合わせて B-2 から作られることがよくあります。
塩素化中間体の化学反応容器– 塩化ビニルモノマー (VCM)、塩素化溶剤、その他の塩素ベースの化学物質の製造において、塩酸は副生成物または反応物です。 B-2 プレート反応器は、加圧下で最大 120°C (250°F) の温度で熱 HCl を処理します。しかし、酸化種（塩素ガス、塩化第二鉄など）を導入する何らかの異常は、急速な攻撃を引き起こす可能性があります。
排煙脱硫 (FGD) コンポーネント– FGD スクラバーの還元ゾーン (pH が低く、塩化物が濃縮されている場所) では、B-2 プレートがライナー、出口ダクト、およびスラリー配管に使用されています。ただし、C-276 はプロセスの混乱をより許容できるため、現在では C-276 の方が一般的です。
医薬品およびファインケミカルの合成– 一部のバッチ反応では、触媒または試薬として濃塩酸が使用されます。 B-2 プレート リアクターと貯蔵容器は古い製薬工場で使用されており、プロセスに酸化性不純物が含まれていない限り、引き続き信頼性の高い性能を発揮します。
重要な注意事項:のために新しいプロジェクト、現在、ほとんどのエンジニアは B-2 ではなくハステロイ B-3 プレートを指定しています。 B-3 は、還元酸に対する本質的に同等の耐食性を備えていますが、熱安定性がはるかに優れているため、溶接や製造の信頼性がはるかに高くなります。 B-2 は主に、既存の機器の交換部品、または低コスト (B-2 は B-3 よりわずかに安価) により追加の製造上の注意が必要となる用途に使用されます。
Q3: ハステロイ B-2 プレートの溶接と製造における重要な課題は何ですか?
A:ハステロイ B-2 プレートの溶接と製造は、金属間相析出に対する極度の影響を受けやすいため、他のほとんどのニッケル合金よりもはるかに困難です。次の課題と要件が重要です。
1. 金属間化合物の析出 (Ni₄Mo、Ni₃Mo):600 ～ 900°C (1110 ～ 1650°F) の範囲の温度に数分間でもさらされると、これらの脆い相が析出する可能性があります。溶接では、溶接部に隣接する熱影響部 (HAZ) が容易にこれらの温度に達する可能性があります。析出物は延性の重大な損失を引き起こし（伸びが 40% から 5% 未満に低下する可能性があります）、次のような事故につながる可能性があります。応力緩和亀裂冷却中、またはコンポーネントが使用開始された直後。この亀裂は HAZ で発生することが多く、通常は粒界で発生します。
2. 溶接手順の要件:敏感な温度範囲で費やす時間を最小限に抑えるために、溶接工は以下を使用する必要があります。
低入熱– 通常、GTAW (ガスタングステンアーク溶接) の場合は ≤1.0 kJ/mm (≤25 kJ/in)、GMAW (ガスメタルアーク溶接) の場合は ≤1.5 kJ/mm (≤38 kJ/in) です。
パス間温度は厳密に ≤150°C (300°F)– 多くの場合、パス間に強制空冷が必要になります
ストリンガービードテクニック– 幅広の織りビーズではなく、狭くて重なり合うビーズ
予熱なし– 予熱により、感知範囲内の時間が増加します。
適合するフィラーメタル– ERNiMo‑7 (AWS A5.14) は B-2 の標準フィラーです。 B-2 に似た組成ですが、溶接金属の安定化を助けるために鉄がわずかに多く含まれています。
3. 溶接後熱処理 (PWHT):PWHT が残留応力を軽減する多くの合金とは異なり、PWHT は通常、B-2 には推奨されませんただし、完全溶体化焼鈍 (1060 ～ 1100°C / 1940 ～ 2010°F) に続いて急速水冷処理を行う場合は除きます。局所的または低温 PWHT (例: 400 ～ 500°C) は、実際には脆化を促進する可能性があります。ほとんどの製造された B-2 コンポーネントでは、溶接は溶接されたままの状態で使用されますが、HAZ 亀裂のリスクは残ります。
4.熱間成形:B-2 プレートを熱間成形する必要がある場合 (皿頭、圧延シリンダーなど)、成形温度を注意深く制御する必要があります。プレートは 1060 ～ 1200°C (1940 ～ 2190°F) まで急速に加熱して成形し、すぐに水冷する必要があります。 600 ～ 900°C の範囲でゆっくり冷却すると脆化が発生します。冷間成形が推奨されますが、冷間圧下が 15 ～ 20% を超える場合は、その後に完全な溶体化焼き鈍しが必要になります。
5. 表面の汚染:すべての B シリーズ合金と同様、B-2 は鉄汚染に敏感です。炭素鋼の工具、作業面、さらには研削粉からの鉄粒子は、HCl サービスで電気腐食を引き起こす可能性があります。 B-2 プレートに接触するすべての工具はステンレス鋼または超硬製である必要があります。製造後、プレートを酸洗い (硝酸とフッ化水素酸の混合物) して、埋め込まれた鉄と表面の酸化物を除去する必要があります。
6. 検査:溶接後、液体浸透試験 (PT) を使用して HAZ に亀裂がないか検査する必要があります。 HAZ の硬度試験（≤100 HRB である必要があります）は、脆化相が形成されているかどうかを示すことができます。-硬い値は析出を示唆しています。重要な用途には、サンプル溶接クーポンの金属組織学的検査をお勧めします。
これらの課題のため、多くの製造業者は B-2 プレートの使用を拒否し、より寛容な B-3 を好みます。新しいプロジェクトでは、B-2 を使用する特別な理由 (既存の装置との適合、または B-2 に実績のある非常に狭いプロセスウィンドウなど) がない限り、B-2 ではなく B-3 を選択することを強くお勧めします。
Q4: 使用中のハステロイ B-2 プレートの制限と故障モードは何ですか?
A:ハステロイ B-2 プレートには純粋な還元酸における優れた性能にもかかわらず、適切に対処しないと早期故障につながる可能性があるいくつかの重大な制限があります。
1. 酸化酸攻撃（急速全体腐食）– B-2はまったく不適当酸化環境用。プロセスの流れに、硝酸、クロム酸、第二鉄イオン (Fe3⁺)、第二銅イオン (Cu2⁺)、溶存酸素、塩素などの酸化種-がたとえ少量 (100 万分の 1) 含まれていると、合金の不動態皮膜が不安定になり、腐食速度が加速する可能性があります。<0.05 mm/year to >5mm/年。これは、B-2 機器の早期故障の最も一般的な原因です。たとえば、塩酸を扱う B-2 プレート反応器は、上流プロセスからの少量の硝酸で誤って汚染されると、数週間以内に故障する可能性があります。
2. 金属間相脆化（Ni₄Mo、Ni₃Mo）– Q3 で説明したように、製造中または使用中に 600 ～ 900°C (1110 ～ 1650°F) にさらされると、これらの脆性相の析出が発生します。結果として延性が失われるため、プレートは損傷を受けやすくなります。脆性破壊引張応力下（圧力、熱膨張、機械的負荷など）。亀裂は通常、溶接 HAZ で発生し、粒間に伝播します。この故障モードは遅延することが多く、-コンポーネントは初期圧力テストに合格しても、最初の熱サイクル中または数か月の使用後に亀裂が発生する場合があります。
3. 水素脆化– 酸を還元すると、腐食の副産物として水素原子が生成されます (B-2 の低い腐食速度でもある程度の水素が生成されます)。引張応力下では、水素がニッケル格子に拡散し、脆化を引き起こす可能性があります。これは、温度が 80°C (175°F) 未満で、硫化水素 (H2S) が存在する場合にはさらに深刻になります。 B-2 は、厳密な硬度管理 (≤100 HRB) と応力制限 (≤ 降伏の 80%) が維持されない限り、サワー (H₂S) サービスには通常推奨されません。 NACE MR0175 には、B-2 に特有の制限があります。
4. 不純な酸における孔食および隙間腐食– B-2 は純粋な HCl には耐性がありますが、酸化性金属イオン (Fe3+、Cu2+) の存在により、特に停滞ゾーン (ガスケットの下、サポート パッド、溶接のアンダーカットなど) で孔食が発生する可能性があります。純粋な HCl 中で耐孔食性を提供する高モリブデン含有量は、酸化種の存在下では効果がなくなるため、孔食が発生すると急速に拡大する可能性があります。
5. 熱疲労– B-2 は、オーステナイト系ステンレス鋼と同様の熱膨張係数 (~13.5 μm/m・K) を持ちます。頻繁な熱サイクルにさらされる装置 (毎日加熱および冷却されるバッチ反応器など) では、構成部品 (チューブやチューブシートなど) 間の膨張差により熱疲労亀裂が発生する可能性があります。 B-2 は延性が低いため、特に金属間化合物相が形成されている場合は、B-3 よりもこの故障モードの影響を受けやすくなります。
6. コストと入手可能性– B-2 プレートはステンレス鋼よりも高価で (通常 316L のコストの 6 ～ 10 倍)、工場が生産を B-3 に移行するにつれて入手可能ではなくなりつつあります。 B-2 プレートの納期は長くなる可能性があり (12 ～ 20 週間)、最小注文数量が必要になる場合があります。
緩和戦略:
酸化種を排除するためにプロセスを厳密に制御します (貯蔵タンクに窒素ブランケットを使用し、Fe3⁺/Cu2⁺ を監視し、空気の侵入を避けます)。
厳密な溶接手順に従ってください (低入熱、低パス間温度、完全溶体化焼きなまし以外の PWHT なし)。
定期的な厚さ監視 (超音波検査) を実行して、全体腐食や孔食を検出します。
B-3 は同等の耐食性とはるかに優れた熱安定性を備えているため、計画的なメンテナンス停止中に B-2 コンポーネントを B-3 に交換することを検討してください。
Q5: ハステロイ B-2 プレートにはどのような規格と試験要件が適用されますか?
A:ハステロイ B-2 プレートは、いくつかの業界標準に従って製造およびテストされていますが、多くの仕様では B-2 が段階的に廃止され、B-3 が採用されていることに注意することが重要です。主な標準は次のとおりです。
材料規格:
ASTM B333– ニッケル・モリブデン合金の板、シート、およびストリップの標準仕様（これは、B-2 プレートの主な標準であり、組成、機械的特性、および寸法公差をカバーします）
ASME SB-333– ASTM B333 の ASME 圧力容器コード バージョン (ASME セクション VIII、ディビジョン 1 容器で使用)
ASTM B575– 低炭素ニッケル・モリブデン・クロム合金板の標準仕様（この規格は当初 B-2 を対象としていましたが、改訂されました。B-2 は特定のグレードに含まれる場合があります）
NACE MR0175 / ISO 15156– 酸性ガスサービス用 (H₂S 含有環境)。 B-2 には、この規格に基づく特定の硬度と熱処理要件があります。
寸法規格:
ASTM B333厚さの公差 (例: 5 ～ 10 mm プレートの場合 ±0.25 mm)、平坦度 (例: 1 メートルあたり ≤3 mm)、およびエッジの状態が含まれます。
プレートの寸法は通常、メートル法 (例: 1500 × 6000 mm) またはインチ法 (例: 48 × 120 インチ) で注文されます。
B-2 プレートの必須テスト:
化学分析 (ASTM E1473 による)– Ni ≥68%、Mo 26 ～ 30%、Fe ≤ 2.0%、Cr ≤ 1.0%、C ≤ 0.02%、Si ≤ 0.10%、Mn ≤ 1.0% を確認します。低炭素とシリコンは熱安定性にとって重要です。
引張特性 (ASTM E8/E8M による) – At room temperature: yield strength (0.2% offset) ≥350 MPa (50 ksi), ultimate tensile strength ≥750 MPa (109 ksi), elongation ≥40% in 50 mm (2 in). For plate thickness >50 mm (2 インチ)、伸び率 ≥35% は許容される場合があります。
硬度– ロックウェル B ≤100 (または ≤220 HV)。適切な溶体化焼鈍と金属間化合物相の不在を確認します。材料が硬い場合は、析出または過剰な冷間加工を示します。
粒界腐食試験 (ASTM G28 メソッド A による)– 120 時間の硫酸第二鉄・硫酸試験。腐食速度は 12 mm/年 (0.5 ipy) 以下でなければならず、金属組織検査では粒界攻撃の証拠が示されてはなりません。このテストは不可欠B-2 の場合は、金属間化合物相が粒界に沿って急速な攻撃を引き起こすためです。一部の仕様では、特定の環境ではメソッド B (硝酸) も必要です。
金属組織検査– 200 ～ 500 倍の倍率で、析出物、介在物、粒子構造を確認します。微細構造は完全にオーステナイト系で等軸でなければならず、粒径は通常 ASTM 5 以上 (平均直径 45 ～ 64 ミクロン) でなければなりません。連続粒界炭化物または金属間化合物相 (Ni₄Mo、Ni₃Mo) は許可されません。
ASTM A435 または A578 に基づく超音波検査 (UT) – For plate thickness >6 mm (0.25 インチ)、UT は、元のインゴットの内部空隙、偏析、または積層を検出するために必要です。
表面検査– ASTM E165 に準拠した視覚的および液体浸透剤 (PT) により、ラップ、継ぎ目、亀裂、またはスケールを検出します。プレートのエッジは、磁性粒子または渦電流検査によって検査されることがよくあります。
重要なアプリケーションにはオプションですが推奨されるテスト:
模擬溶接後熱処理 (SPWHT) 試験– プレートのサンプルは、溶接を模倣する熱サイクル (例: 700°C で 1 時間、その後空冷) にさらされ、ASTM G28 メソッド A に従ってテストされます。これにより、プレートが製造後に耐食性を保持していることが検証されます。 B-2 は熱に敏感であるため、現在多くのユーザーがこのテストを必要としています。
フェロキシル試験– 表面の鉄汚染を検出します (青い染色は遊離鉄を示します)。鉄が検出された場合は、酸洗いまたは廃棄が必要です。
低温衝撃試験 (ASTM E23 準拠)– 寒冷地または極低温サービスで使用される B-2 プレート用 (ただし、B-2 は -50°C 未満で使用されることはほとんどありません)。
第三者による検査– 重要な用途 (例: HCl サービス用の圧力容器) については、独立機関 (例: TÜV、DNV、ビューローベリタス) がすべてのテストを立会い、MTR をレビューします。
ドキュメント:製造業者は、ヒート番号、ロット番号、すべての試験結果、および ASTM B333 (またはその他の指定された規格) への準拠に関する声明を含む、認定された材料試験レポート (MTR) を提供する必要があります。 MTR には、溶体化焼鈍温度 (通常 1060 ～ 1100°C) と急冷方法 (B-2 では必要な冷却速度を達成するために水冷が必要です) も含める必要があります。
仕様の更新に関する重要な注意事項:多くの業界標準は、B-2 よりも B-3 を優先するように改訂されています。たとえば、ASTM B333 では依然として B-2 が許容グレードとしてリストされていますが、多くのエンド ユーザーは承認された材料リストから B-2 を削除しています。 B-2 プレートを指定する前に、エンジニアは対象の規格に B-2 が含まれていること、および製造業者が B-2 の固有の要件を熟知していることを確認する必要があります。ほとんどの場合、新しいプロジェクトでは、B-3 プレート (同じ ASTM B333 規格に準拠しているがグレード指定が異なる) にアップグレードすることが推奨されるアプローチです。
