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하스텔로이 B-3 대 기존 합금: 황산 응용 분야를 위한 성능 데이터
하스텔로이 B-3 대 기존 합금: 황산 응용 분야를 위한 성능 데이터
황산(H₂SO₄) 서비스에 적합한 재료를 선택하는 것은 화학 공정에서 가장 중요하고도 까다로운 결정 중 하나입니다. 잘못된 선택은 치명적인 부식, 예기치 못한 가동 중단, 안전 사고 및 고비용의 교체 작업으로 이어질 수 있습니다.
본 가이드는 첨단 니켈-몰리브덴 합금과 기존 재료 간의 성능 기반 비교를 제공합니다. 하스텔로이 B-3 귀하가 정보에 기반한, 경제적이며 안전한 선택을 할 수 있도록 필요한 데이터를 제공합니다.
왜 황산이 부식의 악몽인지
황산의 부식성은 농도 그리고 온도 희석된 산에 저항하는 재료는 농축된 산에 의해 파괴될 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지다. 불순물(예: 염화물, 산화제)의 존재는 재료 선택을 더욱 복잡하게 만든다. 핵심은 합금의 장점을 특정 공정 조건에 맞추는 것이다.
후보 재료: 합금 개요
| 합금 | 가족 | 주요 성분 | 주요 강점 | 주요 약점 |
|---|---|---|---|---|
| 하스텔로이 B-3 | 니켈-몰리브덴 | Ni (~65%), Mo (~28.5%), Cr (~1.5%) | 환원 조건에서 특히 모든 농도의 H₂SO₄에 탁월한 내성을 가짐. 가공성과 열적 안정성 측면에서 B-2보다 우수함. | 산화 환경에 대한 내성이 매우 낮음 (예: Fe³⁺, Cu²⁺, HNO₃, O₂). 염화물에서 피팅이 발생하기 쉬움. |
| 합금 20 (카펜터 20) | 오스테나이트계 스테인리스 | Fe (~40%), Cr (~20%), Ni (~35%), Mo (~2.5%), Cu (~3.5%) | 희석된 황산에 대한 우수한 내식성과 염화물 응력부식균열(SCC)에 대한 뛰어난 저항성. | 고온의 농축 황산(H₂SO₄)에서 심각한 흑연화 및 부식으로 인해 제한적임. |
| 316L 스테인리스 스틸 | 오스테나이트계 스테인리스 | Fe (잔여량), Cr (~17%), Ni (~13%), Mo (~2.2%) | 오염물질이 없고 매우 낮은 온도의 희석된 산(<20%) 서비스를 위한 저비용 옵션. | 염화물에서 피팅, 틈새 부식 및 SCC에 매우 취약함 염화물에서 피팅, 틈새 부식 및 SCC에 매우 취약함. 농축 산에는 사용 불가. |
| Hastelloy C-276 | 니켈-크롬-몰리브덴 | Ni (잔류량), Cr (~16%), Mo (~16%), W (~4%) | "보편적" 합금. 산화성 및 혼합 산에 탁월함. 피팅 및 응력부식균열(SCC)에 저항성 있음. | B-3보다 비쌈. 순수한 뜨거운 황산 환경용으로 최적화되지는 않음. |
성능 데이터 비교: 부식 속도
부식 속도는 일반적으로 연간 밀 단위(mpy)로 측정됩니다. 1mpy 미만은 매우 우수하며, 1~20mpy는 일반 부식에 대해 (부식 여유를 두고) 종종 허용 가능하고, 20mpy 초과는 보통 허용되지 않습니다.
다음 자료는 업계 자료 및 제조사 문헌을 바탕으로 정리된 것으로, 성능 격차를 보여줍니다.
시나리오 1: 농축 황산 (90-98%) 50°C (122°F)
이 조건은 산 취급, 이송 및 저장에서 흔히 발생합니다.
| 재질 | 일반적인 부식 속도 (mpy) | 평가 및 코멘트 |
|---|---|---|
| 하스텔로이 B-3 | <1 - 5 | 에 대해 알아보세요. 높은 몰리브덴 함량이 뛰어난 내식성을 제공합니다. 농축된 산 환경에서의 표준적인 선택입니다. |
| 316L 스테인리스 스틸 | >100 | 치명적입니다. 급격한 전반적인 부식과 흑연화가 발생합니다. 완전히 부적합합니다. |
| 합금 20 | 20 - 50 | 나쁨에서 매우 나쁨 높은 부식 속도가 예상됩니다. 큰 부식 여유를 두고 사용할 수는 있으나 오염 위험이 있습니다. |
| Hastelloy C-276 | 5 - 15 | 좋음에서 보통 일반적으로 작동은 하지만 이 서비스에 최적화되어 있지 않음. B-3이 일반적으로 더 우수함. |
시나리오 2: 80°C(176°F)에서의 50% 황산
처리 과정에서 흔히 사용되는 중간 농도.
| 재질 | 일반적인 부식 속도 (mpy) | 평가 및 코멘트 |
|---|---|---|
| 하스텔로이 B-3 | <5 - 10 | 매우 우수함에서 양호함. 이 고온의 환원성 환경에서 여전히 최고 성능을 유지함. |
| 316L 스테인리스 스틸 | >500 | 치명적입니다. 매우 짧은 시간 내에 고장날 것임. |
| 합금 20 | 50 - 100 | 심각함. 높은 수준의 부식 및 예측 불가능할 가능성이 큼. 권장하지 않음. |
| Hastelloy C-276 | 10 - 20 | 좋음에서 보통(허용 가능). 신뢰할 수 있는 선택이지만, B-3은 종종 낮은 내식성을 보입니다. |
시나리오 3: 50°C(122°F)에서 10% 황산 - 염화물 1000ppm 포함
이와 같은 '오염된' 희석 산 환경에서는 상황이 복잡해집니다.
| 재질 | 일반적인 부식 속도 (mpy) | 평가 및 코멘트 |
|---|---|---|
| 하스텔로이 B-3 | <10 (일반적)이나 피팅 발생 위험 | 일반적인 부식에 대해 양호한 저항성. 그러나 B-3은 염화물에 의한 피팅/틈새 부식에 높은 저항성을 가지지 못합니다. 국부적인 부식 공격 위험이 있음. |
| 316L 스테인리스 스틸 | >500 + 심각한 피팅/SCC | 치명적입니다. 이 용도에 사용하기 가장 부적합한 재료. |
| 합금 20 | 20 - 50 + 가능성 있는 피팅 | 나쁨. 일반 부식은 심하지만, 더 높은 Cr/Ni 함량으로 인해 B-3보다 점식 부식 저항성이 우수합니다. 복잡한 트레이드오프입니다. |
| Hastelloy C-276 | <1 - 5 | 에 대해 알아보세요. 여기서 C-276이 빛을 발합니다. 크롬 함량이 염화물에 대한 탁월한 불동태화를 제공하여 최고의 선택이 됩니다. |
중요 고려사항: "산화제" 함정
고려할 때 가장 중요한 개념은 하스텔로이 B-3 .
Hastelloy B-3은 감소 환경에 널리 적용됩니다. 크롬이 없기 때문에 산화제에 취약합니다.
황산 유체에 다음 물질들이 극미량이라도 포함되어 있다면:
-
용존 산소(공기)
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철 이온 (Fe³⁺)
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구리 이온 (Cu²⁺)
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질산염 이온 (NO³⁻)
하스텔로이 B-3의 부식 속도는 급격히 증가할 수 있으며 , 5 mpy 미만에서 100 mpy 이상으로 증가한다. 이러한 환경에서는 크롬(Cr)을 포함한 합금( 하스텔로이 C-276, Alloy 20 또는 316L )이 필수적이다.
결론: 성능 대비 경제성
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산화성 불순물이 없고 순도가 높은 농축 황산(특히 70% 이상) 용도의 경우, 해스텔로이 B-3은 성능 최적화된 최고 제품입니다. 최고의 내식성을 제공하며, 초기 비용은 높지만 수명 주기 비용을 고려할 때 종종 가장 경제적인 선택이 됩니다.
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희석된 산 또는 산화성 이온이나 염화물이 포함된 산의 경우 해스텔로이 B-3은 부적절한 선택입니다. 이러한 환경에서는 크롬을 함유한 합금에 프리미엄을 지불해야 합니다. 예를 들어 Hastelloy C-276 .
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일반적인 스테인리스강 (316L, Alloy 20) 매우 특정하고 온화하며 깨끗한 황산 조건에서만 사용 가능합니다. 낮은 초기 비용은 거의 항상 더 높은 위험성, 짧은 수명 및 치명적인 고장 가능성으로 상쇄됩니다.
최종 권장사항: 황산용 합금을 선택할 때는 가격만으로 결정해서는 안 됩니다. 정확한 공정 조건(농도, 온도, 불순물)을 정의한 후, 해당 조건에서 생존 가능한 성능 데이터를 보유한 합금을 선택하세요. 중요한 용도의 경우, 우수하고 데이터로 입증된 성능에 투자하는 것이 중요합니다. 하스텔로이 B-3 (환원성 산용) 또는 C-276 (혼합/산화성 산용)은 장비의 전체 수명 주기 동안 가장 비용 효율적인 선택입니다.
