Конструкционные материалы
Как правило, реакторы и сосуды высокого давления компании Parr изготовляются из нержавеющей стали 316, но также они могут быть изготовлены и из других сплавов. Список доступных конструкционных материалов включает в себя:
- Нержавеющая сталь 316
- Сплав 20
- Углеродистая сталь С1018
- Сплав 400
- Сплав 600
- Титан 2, 4 и 7 классов
- Никель 200
- Сплав В-2
- Сплав С-276
- Цирконий 702 и 705
Когда указывается специальный конструкционный сплав для реакторов или сосудов высокого давления компании Parr, крышка, корпус и все внутренние части, контактирующие с продуктом, будут изготовлены из заданного материала, внешние клапаны и фитинги будут изготовлены из нержавеющей стали. Обычно внешние части реактора не подвергаются тем же агрессивным условиям, что и внутренние детали, таким образом, более высокая стоимость внешних деталей, изготовленных из специальных сплавов, редко бывает оправдана. Если же необходимо изготовление внешних деталей из специальных сплавов, компания Parr попытается выполнить это требование.
Обозначение сплавов
Для идентификации различных коррозионностойких сплавов, использующихся при изготовлении реакторов и сосудов высокого давления, компания Parr применяет номерные обозначения сплавов. Эти сплавы могут быть идентифицированы с помощью торговых наименований, присвоенных ASTM, ASME, DIN, а также другими классификациями. Многие из высоконикелевых сплавов были запатентованы и сейчас они продаются под торговыми наименованиями, такими как монель, инконель, инколой, карпентер, хастелой и другие. Срок большинства оригинальных патентов истек, и эти сплавы являются в настоящее время конструкционными материалами, поставляющимися как от известных поставщиков, так и от владеющих оригинальными торговыми наименованиями компаний.
- Монель, инконель и инколой являются зарегистрированными торговыми марками компании Special Metals Corp.
- Хастелой является зарегистрированной торговой маркой компании Haynes International, Inc.
-
Карпентер 20 является зарегистрированной торговой маркой компании Carpenter Technology Corporation.
Основные составы этих сплавов сведены в таблицу, приведенной во вкладке характеристики. Информация о коррозионной устойчивости может быть получена из различных коррозионных справочников и публикаций по металлургии. Полезная информация также может быть получена от отдельных производителей сплавов.
Любой урезанный список коррозионной стойкости различных металлов и сплавов может потенциально ввести в заблуждение, так как он не может рассматривать влияние концентрации, температуры, давления, наличия дополнительных ионов, которые значительно влияют на способность реактора или сосуда высокого давления выдержать коррозию. Кроме того, при оценке пригодности материала для конкретной задачи необходимо также учитывать восприимчивость любого материала к коррозионному растрескиванию, межкристаллическую коррозию и точечную коррозию.
Основные характеристики некоторых материалов, предлагаемых компанией Parr, приведены ниже. Данные перечни предназначены для использования только в качестве отправной точки при сравнительном анализе коррозионной стойкости и физических свойств. Также на нашем сайте доступны буклеты изготовителей каждого сплава. Дополнительная информация может быть получена и из других источников.
Нержавеющая сталь 316/316L
Нержавеющая сталь 316 является отличным материалом для использования с большинством органических систем. Некоторые органические кислоты и галогениды могут при определенных условиях гидролизоваться с образованием неорганических галогенсодержащих кислот, которые могут воздействовать на Т316SS. Т316SS хорошо подходит для работы с уксусной, муравьиной и другими органическими кислотами.
Т316SS не предназначен для систем, содержащих неорганические кислоты. При температуре окружающей среды материал проявляет устойчивость к разбавленной серной, сернистой, фосфорной и азотной кислотам, но такие кислоты охотно реагируют с Т316SS при повышенных температурах и давлениях. Галогенсодержащие кислоты взаимодействуют со всеми формами нержавеющей стали даже при низких температурах и в разбавленном виде.
Щелочные вещества могут вызвать коррозионное растрескивание сосудов высокого давления, изготовленных из нержавеющей стали, хотя Т316SS и проявляет отличную устойчивость к ним. Это явление начинает проявлять себя только при температурах выше 100°С и является наиболее частой причиной разрушения сосудов из нержавеющей стали. В лабораторных условиях Т316SS проявляет хорошую стойкость к аммиаку и большинства его соединений.
Соли галогенводородов могут вызвать серьезную точечную коррозию во всех типах нержавеющей стали. Хлориды могут привести к коррозионному растрескиванию, но многие другие солевые растворы могут обрабатываться в сосуде из нержавеющей стали, в частности нейтральные или щелочные соли.
При умеренных температурах и давлениях Т316SS можно использовать с большинством промышленных газов. В безводных системах в сосудах из нержавеющей стали может быть использован даже хлористый водород, фтористый водород и хлор. По существу, все Т316SS, производимые на данный момент, также отвечают требованиям к T316L, низкоуглеродистой нержавеющей стали.
Сплав 20
Сплав 20 представляет собой обогащенный сорт нержавеющей стали, предназначенный специально для использования с разбавленной (до 30% по весу) серной кислотой при повышенных температурах. Он также может быть использован для систем, содержащих азотную и фосфорную кислоты, а кроме того для всех систем, для которых пригоден Т316SS.
Сплав 400
Сплав 400 представляет собой сплав, по существу состоящий из двух третей никеля и одной трети меди. Он нашел широкое применение и обладает примерно такой же коррозионной стойкостью, как и никель, но выдерживает более высокие максимальные рабочие давления и температуры при низкой стоимости за счет его значительно лучшей обрабатываемости.
Сплав 400 широко используется для щелочных растворов, так как не подвержен коррозионному растрескиванию. Хлориды также не вызывают коррозионное растрескивание сплава 400. Это отличный материал для систем, содержащих фтор, фтористый водород и плавиковую кислоту. Сплав 400 обладает некоторой стойкостью к соляной и серной кислотам при умеренных температурах и концентрациях, но редко используется для работы с ними. Как и следовало ожидать, из-за высокого содержания меди сплав 400 быстро разрушается под воздействием азотной кислоты и аммиака.
Сплав 600
Сплав 600 это сплав с высоким содержанием никеля, обладающий отличной устойчивостью к щелочам и хлоридам при высоких температурах и давлениях в присутствии серосодержащих соединений. Сплав 600 обладает непревзойденной устойчивостью к щелочам. Кроме того, его часто выбирают из-за высокой прочности при повышенных температурах. Хотя сплав и можно порекомендовать для широкого спектра условий, на деле из-за высокой стоимости его применяют только в тех случаях, когда реально необходимы исключительные характеристики этого материала.
Сплав В-2
Сплав В-2 представляет собой сплав, обогащенный никелем и молибденом, который был разработан в основном для снижения воздействия кислых сред, в частности хлористоводородной, серной и фосфорной кислот. Его устойчивость к ним является непревзойденной, но присутствие ионов-окислителей (железа и других) в количестве хотя бы 50 частей на миллион может значительно ухудшить стойкость этого сплава.
Сплав С-276
Сплав С-276 это никель-хром-молибденовый сплав, устойчивый, пожалуй, к самому широкому спектру коррозионноактивных сред среди всех наиболее часто используемых сплавов. Первоначально был разработан для использования с влажным хлором, но показал высокую стойкость к сильным окислителям, таким как хлориды меди и железа, а также различным соединениям хлора и веществам, загрязненных хлором. Из-за его широкой химической устойчивости сплав С-276 является вторым по популярности сплавом после Т316SS для изготовления сосудов, использующихся в научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах.
Никель 200
Никель 200 является одним из торговых наименований чистого никеля. Он обладает коррозионной стойкостью к горячим щелочным средам, однако его применение ограничено из-за плохой обрабатываемости и, как следствие, высокой стоимости изделий.
Титан
Титан является отличным материалом для работы с окислителями, такими как азотная кислота, царская водка и смеси других кислот. Он обладает очень хорошей устойчивостью к хлорид-ионам. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, такие как разбавленная серная соляная, которые проявляют неприемлемо высокую скорость коррозии по отношению к титану в чистом виде, могут проявлять скорость коррозии, сниженную до приемлемого уровня в присутствии относительно малых количеств ионов окислителей, таких как медь, железо, никель или даже азотная кислота, действующие как ингибиторы коррозии.
Это явление привело к широкому применению титана в гидрометаллургии, где кислоты, особенно серная, используются в процессе выщелачивания. В этих процессах извлеченные ионы действуют в качестве ингибиторов коррозии.
Заказчики должны помнить, что титан интенсивно горит в присутствии кислорода при повышенных температурах и давлениях. Несмотря на то, что титан успешно применяется в металлургии, где в оборудовании из него ведутся процессы с участием серной кислоты и кислорода, всегда присутствует опасность воспламенения титана и оборудование должно быть защищено всякий раз, когда титан и кислород используются вместе.
Существует титан нескольких сортов. Титана сорта 2 является наиболее часто использующимся материалом для изготовления промышленного оборудования, так как при его изготовлении может применяться сварка, что утверждено Нормами ASME для сосудов высокого давления. Титана сорта 4, который имеет более высокое содержание железа и кислорода, обладает более высокой прочностью, чем сорт 2, но он не подходит для сварки и не утвержден нормами ASME.
Так как большинство сосудов компании Parr не являются сварными, они обычно изготавливаются из титана сорта 4, что обеспечивает более высокие рабочие давления. Титан сорта 7, содержащий небольшое количество палладия, и титан сорта 12, содержащий небольшие количества никеля и молибдена, в ряде случаев обладают повышенной устойчивостью, и при желании заказчика могут быть использованы для изготовления сосудов высокого давления компании Parr.
Цирконий
Цирконий обладает высокой стойкостью к соляной и серной кислотам, однако следует исключить присутствие окисляющих ионов, таких как соединения трехвалентного железа, меди и фторидов, как и для сплава В-2. Цирконий также проявляет высокую устойчивость к фосфорной и азотной кислотам, щелочным растворам. Доступны два сорта циркония: сорт 702, содержащий гафний, являющийся стандартным, обладает наилучшей устойчивостью к большинству агрессивных агентов, сорт 705, который содержит небольшое количество гафния и ниобия, что улучшает прочностные характеристики и обеспечивает большее максимальное рабочее давление. Сорт 702 имеет большую коррозионную стойкость, а кроме того более коммерчески доступен, чем сорт 705.
Углеродистая сталь
Углеродистая сталь обычно используется только для изготовления лабораторных реакторов, когда необходимо воспроизвести конструкционный материал, используемый в заводском оборудовании. Углеродистая сталь легко ржавеет, поэтому сосуды из нее не изготавливаются впрок, а только по специальному заказу, что часто приводит к тому, что расходы на изготовление таких реакторов превышает стоимость оборудования из нержавеющей стали, несмотря на более низкую стоимость сырья.
Совместимое оборудование:
- Серия 4520. Объем 1 л и 2 л, до 200 бар и 350 °С (настольные)
- Серия 4530. Объем 1 л и 2 л, до 200 бар и 350°С (напольные)
- Серия 4540. Объем 600-1200 мл, до 345 бар и 350 °С
- Серия 4550. Объем 3.75 л и 7.5 л, до 131 бар и 350 °С
- Серия 4555. Объем 10 л и 18.75 л, до 131 бар и 350 °С
- Серия 4560. Объем 100-600 мл, до 200 бар и 500 °С
- Серия 4570. Объем 250-1800 мл, до 345 бар и 500 °С
- Серия 4570. Объем 250-1800 мл, до 345 бар и 500 °С
- Серия 4580. Объем 3.75 л и 5.5 л, до 200 бар и 500 °С
- Серия 4590. Объем 25-100 мл, до 345 бар и 350 °С
- Серия 4600. Объем 1 и 2 л, до 200 бар и 350 °С
- Серия 4605. Объем 600 мл и 1200 мл, до 350 бар и 350 °С
- Серия 4650. Объем 250-1000 мл, до 410 бар и 600 °С
- Серия 4660. Объем 3.8 л и 7.6 л, до 130 бар и 350 °С
- Серия 4670. Объем 3.8 л и 5.7 л, до 200 бар и 600 °С
- Серия 4675. Объем 10 л и 18.5 л, до 130 бар и 350 °С
- Серия 4680. Объем 1 л и 1.8 л, до 410 бар и 600 °С
- Серия 4700. Объем 22 мл и 45 мл, до 115 бар и 300 °С
- Серия 4740. Объем 25 мл и 75 мл, до 585 бар и 540 °С
- Серия 4750. Объем 125 мл и 200 мл, до 200 бар и 350 °С
- Серия 4760. Объем 100-600 мл, до 200 бар и 500 °С
- Серия 4790. Объем 25-100 мл, до 345 бар и 500 °С
- Серия 5500. Объем 25-600 мл, до 200 бар и 350 °С
