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ハステロイB-3 vs. 従来の合金：硫酸用途における性能データ
ハステロイB-3 vs. 従来の合金：硫酸用途における性能データ
硫酸（H₂SO₄）用途に適した材料を選定することは、化学プロセスにおいて最も重要かつ困難な判断の一つです。誤った選択は重大な腐食、予期せぬ停止、安全事故、高額な交換費用につながります。
本ガイドでは、高度なニッケル・モリブデン合金と従来の材料との間で、性能に基づく比較を示しています。 ハステロイ B-3 そして、経済的で安全な材料選定を行うために必要なデータを提供します。
なぜ硫酸は腐食の悪夢なのか
硫酸の腐食性は、非常にその濃度や温度に依存しています 集中度 と 温度 希薄な酸に耐性のある材料は濃縮酸によって破壊される可能性があり、逆も同様です。不純物（例：塩化物、酸化剤）の存在は、さらに材料選定を複雑にします。重要なのは、合金の強みを特定のプロセス条件に合わせることです。
候補合金：概要
| 合金 | 家族 | 主な組成 | 主な強み | 主な弱点 |
|---|---|---|---|---|
| ハステロイ B-3 | ニッケル-モリブデン | Ni（約65％）、Mo（約28.5％）、Cr（約1.5％） | 還元性条件下で特に優れたH₂SO₄全濃度に対する耐腐食性。 加工性および熱的安定性においてB-2より優れている。 | 酸化性環境に対する耐性が非常に低い。 (例: Fe³⁺, Cu²⁺, HNO₃, O₂)。塩化物イオン中で点食の影響を受けやすい。 |
| 合金20 (カーペンター20) | オーステナイト系ステンレス | Fe (~40%)、Cr (~20%)、Ni (~35%)、Mo (~2.5%)、Cu (~3.5%) | 希薄な硫酸に対して良好な耐性があり、塩化物応力腐食割れ(SCC)に対して優れた耐性を持つ。 | 高温濃縮H₂SO₄中での重度の黒鉛化および腐食により使用が制限される。 |
| 316L 不鋼 | オーステナイト系ステンレス | Fe (残り)、Cr (~17%)、Ni (~13%)、Mo (~2.2%) | 不純物のない非常に低温で非常に希薄な(<20%)酸環境向けの低コスト選択肢。 | 塩化物イオン中で点食、隙間腐食、SCCに対して非常に感受性が高い。 塩化物イオン中では濃厚な酸に対しても無効。 |
| ハステロイ C-276 | ニッケル-クロム-モリブデン | Ni（残部）、Cr（～16％）、Mo（～16％）、W（～4％） | 「ユニバーサル」合金。酸化性環境および混合酸に非常に適しています。孔食／応力腐食割れ（SCC）に耐性があります。 | B-3よりも高価です。純粋で高温の硫酸環境用として最適化されていません。 |
性能データ比較：腐食速度
腐食速度は通常、年間ミル（mpy）で測定されます。<1 mpyは優秀、1～20 mpyは一般的な腐食に対して許容範囲内（腐食余裕度を考慮）とされることが多く、>20 mpyは通常、許容できません。
以下のデータは、業界資料およびメーカー文献から収集したもので、性能差を示しています。
シナリオ1：濃硫酸（90～98％）50°C（122°F）
これは酸の取り扱い、移送、貯蔵においてよく見られる条件です。
| 材質 | 典型的な腐食速度（mpy） | 評価とコメント |
|---|---|---|
| ハステロイ B-3 | <1 - 5 | 優れたものにしましょう。 モリブデン含有量が高いため、優れた耐性を示します。濃厚な酸環境での使用における標準的な選択です。 |
| 316L 不鋼 | >100 | 破壊的です。 急速な全面腐食および黒鉛化が発生します。全く不適切です。 |
| Alloy 20 | 20 - 50 | 不良から重度まで。 高い腐食速度が予想されます。大きな腐食余裕を設ければ使用可能ですが、汚染のリスクがあります。 |
| ハステロイ C-276 | 5 - 15 | 良好から普通まで。 許容できる性能を発揮するが、この用途に対して最適化されていない。通常、B-3の方が優れている。 |
シナリオ2：80°C（176°F）における50%硫酸
処理工程で一般的な中間濃度。
| 材質 | 典型的な腐食速度（mpy） | 評価とコメント |
|---|---|---|
| ハステロイ B-3 | <5 - 10 | 非常に良好から良好。 この高温で還元性の環境において依然として最良の性能を維持。 |
| 316L 不鋼 | >500 | 破壊的です。 非常に短時間で劣化する。 |
| Alloy 20 | 50 - 100 | 重度。 腐食が激しく、予測できない可能性が高い。推奨しない。 |
| ハステロイ C-276 | 10 - 20 | 良好から普通（許容可）。 信頼性の高い選択肢ですが、B-3は頻繁に低いレートを示します。 |
シナリオ3：50°C（122°F）における10％硫酸 - 1000 ppmの塩化物を含む
この「汚れた」希薄酸環境では状況が複雑になります。
| 材質 | 典型的な腐食速度（mpy） | 評価とコメント |
|---|---|---|
| ハステロイ B-3 | 10未満（一般）、ただし点食のリスクあり | 一般的な腐食に対して良好な耐性。 しかし、B-3は塩化物による点食・隙間腐食に対して高い耐性を有していません。局所的な腐食のリスクがあります。 |
| 316L 不鋼 | 500以上＋重度の点食／応力腐食割れ | 破壊的です。 この用途において最も不適切な材料です。 |
| Alloy 20 | 20 - 50 + 考えられる点食 | 不良。 一般的な腐食は高いが、より高いCr／Ni含有量により、B-3よりも優れた点食耐性を持つ。複雑なトレードオフである。 |
| ハステロイ C-276 | <1 - 5 | 優れたものにしましょう。 ここでC-276の真価が発揮される。クロム含有量が塩化物に対する優れた不動態化を実現し、最も優れた選択肢となる。 |
重要な考慮点：「酸化剤」の落とし穴
検討する際に最も重要な概念である ハステロイ B-3 .
ハステロイB-3は、 減量 環境を クロムを含まないため、いかなる酸化剤に対しても脆弱である。
硫酸の流れに以下の成分がごく微量でも含まれている場合、
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溶解した酸素（空気）
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三価鉄イオン (Fe³⁺)
-
銅イオン (Cu²⁺)
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硝酸イオン (NO³⁻)
ハステロイ・B-3の腐食速度は 指数関数的に 、<5 mpy から >100 mpy へと増加する可能性があります。このような環境では、クロムを含む合金（ ハステロイ・C-276、アロイ20、または316L ）の使用が必須です。
結論：性能対経済性
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酸化性不純物が存在せず、特に70％を超える高濃度の純硫酸用途の場合、 Hastelloy B-3は性能最適化された最強の材料です。 最も優れた耐腐食性を提供し、初期コストが高価であってもライフサイクルコストを考慮すれば、多くの場合最も経済的な選択となります。
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希薄な酸や酸化性イオンまたは塩化物で汚染された酸に対しては、 Hastelloy B-3は不適切な選択です。 このような環境では、クロムを含む合金にプレミアム価格を支払う必要があります。例えば ハステロイ C-276 .
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従来のステンレス鋼（316L、Alloy 20） は非常に特定の、穏和で清浄な硫酸条件下でのみ使用可能です。初期コストの安さは、ほとんど常にリスクの高さ、短い耐用年数、および重大な故障の可能性によって相殺されます。
最終的な推奨事項： 硫酸用途において合金を選ぶ際は、価格だけで判断してはいけません。正確なプロセス条件（濃度、温度、不純物）を定義した上で、その性能データが実際に耐えうることを証明している合金を選んでください。重要な用途では、性能データに基づいて優れた性能を発揮する ハステロイ B-3 （還元性酸用）または C-276 （混合／酸化性酸用）は、装置のライフサイクル全体を通じて最も費用対効果の高い選択です。
