如何克服超合金™AL-6XN®和Hastelloy®C-22®的腐蚀
这些条件包括：
- 高温
- 低pH
- 在产品的化学品被处理
- 在产品使用的化学品来清洁设备
这就是为什么长期、可靠的耐腐蚀性是工程师在系统设计时必须考虑的要素之一，也是为什么正确选择建筑材料是至关重要的原因。
超级合金™:当加工条件要求更高时
许多现代的加工环境要求比奥氏体不锈钢一样316和316可以提供更好的耐腐蚀性。耐腐蚀高温合金™AL-6XN®和哈氏合金C-22®是设计和苛刻的条件下操作的系统建设优良的替代品。
既含有更高水平的铬，钼和镍比316不锈钢。增加的铬和点蚀和缝隙腐蚀钼附加阻力。
- 钼提供更高的电阻抗氧化环境，如甲酸和磷酸介质，高镍含量提高对氯离子应力腐蚀开裂的免疫力。
在这篇文章中，我们将讨论耐腐蚀超级合金AL-6XN和Hastelloy C-22之间的区别，以帮助您选择适合您的应用的正确材料。为了开始这一讨论，并提供超级合金应用之间的比较，让我们首先看看在加工中使用的一些标准的不锈钢材料及其局限性。
不锈钢：耐腐蚀，但不防腐蚀
我们将与落后的标准钢科学开始。钢是“不锈钢”——也就是说，在特定情况下不会因为腐蚀而“染色”——因为它形成了一种称为钝化膜的自我修复保护层。316不锈钢含有16-18%的铬，与空气中的氧或工艺溶液反应形成氧化铬层-钝化膜。随着时间的推移，它将继续重新形成，并提供一个屏障的腐蚀，因为金属划痕或其他降解作为日常使用的一部分。
316和316L是奥氏体不锈钢- 它们得到他们的奥氏体结构主要由加入镍（约总组合物的11.5％）。它们还含有少量的其它奥氏体稳定状碳，锰和氮元素。钼的加入提高了抗还原酸和耐点蚀和缝隙腐蚀的能力- 约2.1％。从316 316L相差其碳含量较低，从而降低了晶间腐蚀敏感性。
腐蚀灾害卫生和高纯度处理
所有的不锈钢和镍合金具有一道门槛，他们很可能会腐蚀。如果发生腐蚀作用，腐蚀的模式和严重性可以告诉你很多关于是否被用于作业的对错合金。
与卫生和高纯度应用中使用的不锈钢加工设备几十年的经验表明，腐蚀攻击最常见的模式是：
- 缝隙腐蚀和点蚀在含氯化物的处理解决方案的存在
- 应力腐蚀开裂在暴露于温度高于50℃/ 122°F含氯化物的环境中
缝隙腐蚀
缝隙腐蚀是通过设计或制造的缺陷产生的小缝隙的表面钝化层的击穿，或通过沉积形成的沉淀在加工设备。
工程改造的或“在设计”的过程中系统的裂缝或间隙可在接头处发生，或下法兰，和垫片或其它接触区域如阀座之间。
缝隙的几何形状是重要的和从紧的深缝隙更容易遭受攻击比宽浅缝隙。
缝隙腐蚀是最有可能在氯化钠水溶液含盐溶液，其在卫生及高纯度的处理几乎无处不在的情况发生：
- 食盐(氯化钠)在几乎所有的食品和饮料产品中都有不同数量的
- 氯化钾（KCl）中存在于汤、酱汁和运动饮料中
- 氯化镁,豆浆和花生酱中发现
- 氯化钙，在洗涤剂和清洁剂发现
在溶液中，氯离子(Cl-)和氢离子(H+)会聚集在缝隙内，形成一个酸性的氯环境，可以与316等不锈钢反应，导致被动膜的局部破裂和缝隙内的快速攻击。这种形式腐蚀的可能性随着温度的升高而增加。
点状腐蚀
点蚀发生深腔的形式在材料的表面。它也很可能出现在温度升高的含氯水溶液中。凹坑会在表面的弱点处产生，如夹杂物、机械缺陷和焊接热染处。
一旦一个坑开始，坑的增长是非常相似的缝隙腐蚀。凹坑的内部，氯化物和多个酸性变得富集，这加剧了坑的生长。这是为了避免点蚀容易得多，一旦它发起的，而不是阻止它。
应力腐蚀开裂
如材料的裂纹暴露于两者的腐蚀环境和拉伸应力这种类型的腐蚀的出现- 例如，约50℃/ 122°F或以上的氯化物和温度的存在。
拉伸应力的来源既可以来自高压应用等使用条件，也可以来自残余应力，如与焊接有关的应力。
最应力腐蚀裂纹发现邻近焊缝，其中服务应力和残余应力的组合是最高的。
超合金AL-6XN和哈氏合金C-22
AL-6XN：优秀的耐腐蚀性和加工
AL-6XN是一种超奥氏体不锈钢，其铬含量相对较高(20 - 22%)，钼含量约6%，氮含量较高(0.18 - 0.25%)。
除了具有更好的耐蚀性，它比300系列奥氏体不锈钢强约50%(基于屈服强度)，并具有良好的冲击韧性、可加工性和焊接性。
AL-6XN案例研究
食品和饮料产品的全球生产商联系CSI有关在现有的316L不锈钢管等配件经常泄漏的问题。CSI调查，发现生产者正在处理的超高温果汁和线正在经历的抗点蚀和应力腐蚀开裂。
在暴露于高酸，高温环境下，316L的保护无源层被损坏，从而允许产生坑腐蚀，最终突破到表面。这些坑成为起始位点为在基体金属应力腐蚀裂纹，相对于所述焊接区域，揭示316L达不到手头的处理任务。
CSI发现腐蚀的根本原因后，厂家决定从316L升级到AL-6XN来解决这个问题。CSI能够帮助生产商重建系统，从现有库存供应所有必要的管材和配件。制片人没有经历进一步的材料的失误，导致数百万美元的节省。
哈氏C-22:最恶劣环境的腐蚀防护
AL-6XN的耐蚀性和优异的制造性能是任何传统不锈钢无法比拟的，但它也有局限性。
在高温度，高氯化物，和酸性条件下非常侵蚀性环境，AL-6XN可能易受点蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀开裂。
在环境所要求太苛刻了AL-6XN，哈氏合金C-22是一个很好的替代，提供耐腐蚀性显着增加。
C-22是一种镍合金，镍和钼的几乎量为AL-6XN两次和大致相同量的铬。它还含有3.5％的钨从氯化物进一步的腐蚀提高抵抗力。它具有高的延展性，良好的焊接性，并且容易加工成工业部件。
C-22能够在极端腐蚀性的条件下工作，对点蚀和缝隙腐蚀、高浓度氯化物/高温溶液中的应力腐蚀开裂以及无机酸提供了优越的保护。
无机酸是一组腐蚀性的无机酸，包括盐酸、硝酸和硫酸。食品，饮料，家庭和个人护理，制药，化工等行业使用的盐酸，例如，用于多种用途，其中包括：
- 作为一种添加剂，以调节水，食物和药物的pH值
- 在生产明胶，果糖，柠檬酸，赖氨酸，天冬甜素，以及水解植物蛋白的
- 在家居清洁产品，如消毒剂和瓷砖清洗剂
- 产生无机化合物
- 精制食盐
无机酸腐蚀性有时对产品负责的有效性- 像洁厕剂除垢产品家用电热壶和熨斗 - 和原因，产品中含有它们。但是，腐蚀性的特点，使这些产品的工作也创造了什么，使他们在设备上极端和持续的需求。
次氯酸钠，通常用来清洗和消毒的加工设备，也极其苛刻。家用漂白剂大约是5.25％次氯酸钠。次氯酸根离子（OCl-）是高度侵袭性并且将导致在大多数不锈钢牌号点蚀和缝隙腐蚀在室温下的5％溶液。在较高的温度，应力腐蚀是可能发生。
C-22对氧化和还原环境也有很强的抵抗力。高铬含量(20%-22.5%)可以增强对氧化介质(如湿氯)的耐腐蚀性，因为它可以创建并保持一个保护层。C-22含有约3.5%的钨，对还原环境具有卓越的抵抗能力。AL-6XN和标准钢都不含钨。C-22的钼含量也防止了还原环境——它包括12.5%至14.5%的钼，大约是AL-6XN的两倍，是316不锈钢的3至4倍。
表1:Hastelloy C-22、AL-6XN和316L的化学组成
| C-22 | AL-6XN | 316L | |
|---|---|---|---|
| 镍 | 剩余（〜56） | 23.5 - -25.5 | 10.00-14.00 |
| 钴 | 2.5 | - | - |
| 铬 | 20.00 - -22.50 | 20.00 - -22.00 | 16.00-18.00 |
| 钼 | 12.50-14.50 | 6.00 - -7.00 | 2.00-3.00 |
| 钨 | 3.50 | - | - |
| 铁 | 2.00 - -6.00 | 剩余部分 | 剩余部分 |
| 硅 | 0.08 | 1.00 | 0.75 |
| 锰 | 0.50 | 2.00 | 2.00 |
| 碳 | 0.015 | 0.03 | 0.03 |
| 库珀 | 0.50 | 0.75 | - |
| 钒 | 0.35 | - | - |
| 磷 | 0.02 | 0.04 | - |
| 硫 | 0.02 | 0.03 | 0.03 |
| 氮 | - | 0.18 - -0.25 | 0.10 |
注：表中所有的值都是允许的最大除非另有说明
C-22和AL-6XN：选择合适的合金
选择合适的耐腐蚀超级合金项目设计为高纯度和卫生加工设备的重要组成部分。材料必须具有足够的耐腐蚀性，以承受使用环境和使用的清洗方案。如果他们不这样做，系统就会很容易受到降低使用寿命，意外关机，维护成本增加，以及安全隐患。
选择一个在合金材料（比条件下，可能需要更高的耐腐蚀性）可能增加工程造价，而且具有安全边际也可以保护你在生产过程中的无意或有意的变化强加更加积极的条件的情况下。
那么，您如何知道您的工艺要求意味着从316/316L不锈钢转向AL-6XN或C-22，以及哪一种是适合您的情况的?
化学品，温度和PHS的多个，在无限的组合，鉴定卫生和高纯度处理环境，使其具有挑战性的地址选择准则适用于所有情况充分。
最广泛遇到腐蚀性的环境，但是，涉及在接近中性pH氯化物承载水溶液。在氯化物存在的情况下，不锈钢最容易在暴露在外的表面上发生点蚀和狭窄空间中的缝隙腐蚀。环境变得更有腐蚀性，并且在大胆暴露的表面上有潜在的点蚀和缝隙腐蚀，有:
- 瑞星氯化物含量
- 温度上升
- pH值下降
- 氧化条件如与氧化性消毒剂例如氯或臭氧中遇到。
第一步-评估应力腐蚀开裂风险
为评估应力腐蚀的潜在开裂简单，因为应力腐蚀开裂可能会导致灾难性的快速系统故障，良好的第一步中确定合适的材料。
The combination of chlorides, tensile stress, and service temperatures above 50°C/122°F can cause stress corrosion cracking of 316/316L stainless steel, and it shouldn’t be used without thorough review of your process needs and demands by a qualified corrosion specialist.
当应力腐蚀开裂的风险是存在的，AL-6XN是316 / 316L一个很好的替代。
AL-6XN开裂的起始温度明显高于316/316L不锈钢，这取决于氯含量。
即使在最浓氯化物含量（高达100,000毫克/升 - 10％氯溶液），AL-6XN将在温度抗蚀裂化高达约120℃/ 250°F。当服务条件涉及氯化物水平和温度下把AL-6XN在开裂的风险，C-22，其是免疫氯化物应力腐蚀开裂，是正确的选择。
第二步 - 评估点蚀和缝隙腐蚀风险
评估应力腐蚀开裂的风险后，看在你的处理环境点蚀和缝隙腐蚀的可能性。在近中性pH值环境下，你可以使用的最大工作温度和氯化物含量为这个。
由于缝隙腐蚀比点蚀更容易开始，所以了解系统是否有缝隙非常重要——通常很难消除所有缝隙。除非你是某些系统缝隙自由，它的建议基础上，缝隙腐蚀门槛，选择您的施工材料。
下面的表2给出了阈值的温度下在不同的氯化物浓度为316 / 316L不锈钢和6％钼superaustenitic牌号如AL-6XN发起点蚀和缝隙腐蚀。它表明，如果所提议的服务环境具有1,000毫克/升氯化物的最大氯化物含量和40℃/ 100°F，316/316级预计坑和缝隙腐蚀，因为阈值温度的最大工作温度缝隙腐蚀和在1000毫克/升氯化物点蚀是远低于40℃/ 100°F。
在这些条件下，AL-6XN是一个很好的候选者，因为在40℃/ 100°F，将抗蚀剂缝隙腐蚀和高于该氯化物水平点蚀。
表2：阈值温度用于启动点蚀和缝隙腐蚀
| 氯浓度(毫克/升) | 316 / 316L：门槛缝隙肺心病。温度 | 316 / 316L：阈值点蚀温度 | 6％钼SST：阈值缝隙肺心病。温度 | 6％钼SST - 阈值点蚀温度 |
|---|---|---|---|---|
| 31 | 100℃/ 212°F | |||
| 40 | 95°C / 203°F | |||
| 80 | 75°C / 167°F | |||
| 160 | 100℃/ 212°F | |||
| 200 | 50℃/ 122°F | 86℃/ 187°F | ||
| 600 | 20℃/ 68°F | 40℃/ 104°F | ||
| 800 | 30℃/ 86°F | |||
| 1000 | 20℃/ 68°F | |||
| 2000年 | 83℃/ 181°F | |||
| 8000年 | 50℃/ 122°F | 85°C / 185°F | ||
| 10000年 | 47℃/ 117°F | 77°C / 171°F | ||
| 20000 | 30℃/ 86°F | 43°C / 110°F | ||
| 30000年 | 20℃/ 68°F | 25°C / 77°F |
从数据奥托昆普腐蚀手册，第十版，奥托昆普不锈钢AB，2009年
如果您发现材料是不太可能在过程中的环境坑，但可能会受到缝隙腐蚀，你仍然可以使用的材料，如果你能确认你的系统是免费的缝隙。
当你的环境是AL-6XN过于激进，例如20000毫克/升氯化物，在50℃/ 122°F，它的时间考虑使用C-22。
C-22具有局部腐蚀优秀性和已经显示出抵抗缝隙腐蚀高达55℃/ 131°F，并在6％的氯化铁溶液点蚀高达100℃/ 212°F，这对应于一个的39000毫克/升，pH值为约2氯化物含量。
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