Q1: Apa komposisi kimia pelat Hastelloy B-2, dan apa yang membuatnya unik?
A:Hastelloy B-2 adalah paduan nikel-molibdenum yang diperkuat dengan larutan padat yang dirancang khusus untuk ketahanan luar biasa terhadap asam klorida dan lingkungan pereduksi kuat lainnya. Komposisi kimia nominalnya kira-kira:Nikel (keseimbangan, biasanya ≥68%), Molibdenum 26,0–30,0%, Besi ≤2,0%, Kromium ≤1,0%, Mangan ≤1,0%, Silikon ≤0,10%, Karbon ≤0,02%, Kobalt ≤1,0%, dan sejumlah kecil fosfor dan belerang (masing-masing ≤0,025%).
Yang membuat Hastelloy B-2 unik adalah kemampuannyakandungan karbon dan silikon yang sangat rendahdikombinasikan dengan tidak adanya kromium yang signifikan. Berbeda dengan paduan seri C (C-276, C-22) yang mengandung 14–16% kromium agar tahan terhadap media pengoksidasi, B-2 hampir tidak mengandung kromium (≤1,0%). Hal ini disengaja: dalam asam pereduksi kuat seperti asam klorida, kromium sebenarnya dapat menurunkan kinerja korosi dengan membentuk lapisan pasif yang kurang stabil atau dengan mendorong serangan lokal. Kandungan molibdenum yang tinggi (26–30%) memberikan ketahanan yang luar biasa terhadap korosi lubang dan celah, bahkan dalam larutan HCl pekat dan panas.
Namun, bahan kimia yang sama yang memberikan B-2 ketahanan terhadap asam pereduksi yang luar biasa juga menjadikannya demikiantidak stabil secara metalurgidalam kondisi tertentu. B-2 sangat rentan terhadap pengendapan fase intermetalik (khususnya Ni₄Mo dan Ni₃Mo) bila terkena suhu dalam kisaran 600–900°C (1110–1650°F). Bahkan perubahan singkat ke dalam kisaran ini-seperti selama pengelasan atau pembentukan panas-dapat menyebabkan terbentuknya fase rapuh ini, sehingga sangat mengurangi keuletan dan ketahanan terhadap korosi. Sensitivitas termal ini adalah satu-satunya batasan terpenting dari B-2 dan mengarah langsung pada pengembangan paduan B-3 yang lebih stabil secara termal. Oleh karena itu, meskipun pelat B-2 masih tersedia dan menawarkan kinerja korosi yang sangat baik pada asam pereduksi murni, pelat ini memerlukan fabrikasi yang jauh lebih hati-hati dibandingkan pelat B-3 dan umumnya digantikan oleh B-3 untuk aplikasi kritis baru.
Q2: Dalam aplikasi industri apa pelat Hastelloy B-2 masih digunakan sampai sekarang?
A:Meskipun semakin banyak digantikan oleh Hastelloy B-3 untuk peralatan baru, pelat Hastelloy B-2 tetap digunakan dan terus ditetapkan untuk aplikasi tertentu yang memerlukan ketahanan terhadap asam pereduksi yang luar biasa dan di mana fabrikasi dapat dikontrol dengan cermat. Aplikasi utama meliputi:
Tangki dan bejana penyimpanan asam klorida– Pelat B-2 digunakan untuk tangki penyimpanan atmosferik atau bertekanan rendah yang mengandung asam klorida pekat (30–37%) pada suhu kamar. Paduan ini memberikan tingkat korosi di bawah 0,05 mm/tahun pada HCl murni, sehingga menawarkan masa pakai 20+ tahun. Namun, tangki harus dirancang untuk menghindari kontaminan pengoksidasi (misalnya, masuknya udara, ion besi) yang dapat mempercepat korosi.
Tangki pengawetan dalam pemrosesan baja dan titanium– Pabrik baja menggunakan asam klorida panas (80–95°C / 175–205°F, 10–18% HCl) untuk menghilangkan kerak dari strip baja (pengawetan). Pelat B-2 digunakan untuk dinding tangki, koil pemanas, dan penutup. Paduan ini tahan terhadap asam dan siklus termal. Banyak jalur pengawetan yang dibangun sebelum diperkenalkannya B-3 masih beroperasi dengan komponen B-2, dan suku cadang pengganti sering kali dibuat dari B-2 agar sesuai dengan material yang ada.
Bejana reaktor kimia untuk zat antara terklorinasi– Dalam produksi monomer vinil klorida (VCM), pelarut terklorinasi, dan bahan kimia berbasis klorin lainnya, asam klorida merupakan produk sampingan atau reaktan. Reaktor pelat B-2 menangani HCl panas pada suhu hingga 120°C (250°F) di bawah tekanan. Namun, setiap gangguan yang menimbulkan spesies pengoksidasi (misalnya gas klor, besi klorida) dapat menyebabkan serangan yang cepat.
Komponen desulfurisasi gas buang (FGD).– Di zona reduksi scrubber FGD (di mana pH rendah dan klorida terkonsentrasi), pelat B-2 telah digunakan untuk pelapis, saluran keluar, dan pipa slurry. Namun, C-276 lebih umum digunakan saat ini karena lebih mudah memaafkan gangguan proses.
Sintesis kimia farmasi dan halus– Beberapa reaksi batch menggunakan asam klorida pekat sebagai katalis atau reagen. Reaktor pelat B-2 dan bejana penyimpanan ditemukan di pabrik farmasi yang lebih tua, dimana kinerjanya tetap andal jika prosesnya tetap bebas dari pengotor pengoksidasi.
Catatan penting:Untukproyek baru, sebagian besar insinyur sekarang menentukan pelat Hastelloy B-3, bukan B-2. B-3 pada dasarnya menawarkan ketahanan korosi yang sama dalam mereduksi asam namun dengan stabilitas termal yang jauh lebih baik, membuat pengelasan dan fabrikasi jauh lebih andal. B-2 terutama digunakan untuk suku cadang pengganti pada peralatan yang sudah ada atau untuk aplikasi yang biayanya lebih rendah (B-2 sedikit lebih murah dibandingkan B-3) sehingga diperlukan perawatan fabrikasi tambahan.
Q3: Apa saja tantangan penting dalam pengelasan dan fabrikasi pelat Hastelloy B-2?
A:Pengelasan dan fabrikasi pelat Hastelloy B-2 secara signifikan lebih menantang dibandingkan sebagian besar paduan nikel lainnya karena sensitivitasnya yang ekstrem terhadap presipitasi fase intermetalik. Tantangan dan persyaratan berikut ini sangat penting:
1. Curah hujan intermetalik (Ni₄Mo, Ni₃Mo):Paparan suhu dalam kisaran 600–900°C (1110–1650°F) bahkan selama beberapa menit saja dapat menyebabkan pengendapan fase rapuh ini. Dalam pengelasan, zona yang terkena dampak panas (HAZ) yang berdekatan dengan lasan dapat dengan mudah mencapai suhu ini. Endapan tersebut menyebabkan hilangnya keuletan yang parah (perpanjangan dapat turun dari 40% menjadi kurang dari 5%) dan dapat menyebabkanretak pelepas stresselama pendinginan atau segera setelah komponen digunakan. Retakan ini sering terjadi di HAZ dan biasanya bersifat intergranular.
2. Persyaratan prosedur pengelasan:Untuk meminimalkan waktu yang dihabiskan dalam kisaran suhu sensitif, tukang las harus menggunakan:
Masukan panas rendah– biasanya ≤1,0 kJ/mm (≤25 kJ/in) untuk GTAW (pengelasan busur tungsten gas) dan ≤1,5 kJ/mm (≤38 kJ/in) untuk GMAW (pengelasan busur logam gas)
Suhu interpass sangat ≤150°C (300°F)– seringkali memerlukan pendinginan udara paksa di antara lintasan
Teknik manik stringer– manik-manik yang sempit dan tumpang tindih, bukan manik-manik tenun yang lebar
Tidak ada pemanasan awal– pemanasan awal akan menambah waktu dalam rentang sensitif
Logam pengisi yang cocok– ERNiMo‑7 (AWS A5.14) adalah pengisi standar untuk B-2; ia memiliki komposisi yang mirip dengan B-2 tetapi dengan besi yang sedikit lebih tinggi untuk membantu menstabilkan logam las
3. Perlakuan panas pasca-las (PWHT):Tidak seperti banyak paduan dimana PWHT menghilangkan tegangan sisa,PWHT umumnya TIDAK direkomendasikan untuk B-2kecuali jika merupakan anil larutan penuh (1060–1100°C / 1940–2010°F) yang diikuti dengan pendinginan air secara cepat. PWHT yang terlokalisasi atau bersuhu rendah (misalnya, 400–500°C) sebenarnya dapat mempercepat penggetasan. Untuk sebagian besar komponen B-2 yang difabrikasi, pengelasan digunakan dalam kondisi as‑welded, namun risiko retak HAZ tetap ada.
4. Pembentukan panas:Jika pelat B-2 harus dibentuk panas (misalnya, kepala piringan, silinder yang digulung), suhu pembentukan harus dikontrol dengan hati-hati. Pelat harus dipanaskan dengan cepat hingga 1060–1200°C (1940–2190°F), dibentuk, dan kemudian segera didinginkan dengan air. Pendinginan lambat pada kisaran 600–900°C akan menyebabkan penggetasan. Pembentukan dingin lebih disukai, tetapi jika reduksi dingin melebihi 15-20%, diperlukan anil larutan penuh setelahnya.
5. Kontaminasi permukaan:Seperti semua paduan seri B, B-2 sensitif terhadap kontaminasi besi. Partikel besi dari perkakas baja karbon, permukaan kerja, atau bahkan debu gerinda dapat menyebabkan korosi galvanik pada layanan HCl. Semua perkakas yang bersentuhan dengan pelat B-2 harus terbuat dari baja tahan karat atau karbida. Setelah fabrikasi, pelat harus diasamkan (campuran asam nitrat-hidrofluorat) untuk menghilangkan besi yang tertanam dan oksida permukaan.
6. Inspeksi:Setelah pengelasan, HAZ harus diperiksa apakah ada keretakan dengan menggunakan uji penetran cair (PT). Pengujian kekerasan HAZ (harus ≤100 HRB) dapat menunjukkan apakah fase penggetasan telah terbentuk-nilai yang lebih keras menunjukkan adanya presipitasi. Pemeriksaan metalografi dari sampel kupon las direkomendasikan untuk aplikasi kritis.
Karena tantangan ini, banyak perakit yang menolak bekerja dengan pelat B-2, lebih memilih B-3 yang lebih mudah memaafkan. Untuk setiap proyek baru, sangat disarankan untuk memilih B-3 daripada B-2, kecuali jika ada alasan khusus (misalnya, mencocokkan peralatan yang ada, atau jendela proses yang sangat sempit di mana B-2 memiliki rekam jejak yang terbukti) untuk menggunakan B-2.
Q4: Apa saja batasan dan mode kegagalan pelat Hastelloy B-2 dalam pelayanan?
A:Meskipun kinerjanya sangat baik dalam asam pereduksi murni, pelat Hastelloy B-2 memiliki beberapa keterbatasan signifikan yang dapat menyebabkan kegagalan dini jika tidak ditangani dengan benar:
1. Serangan asam pengoksidasi (korosi umum yang cepat)– B-2 adalahsama sekali tidak cocokuntuk mengoksidasi lingkungan. Jika aliran proses mengandung sejumlah kecil (bagian per juta) spesies pengoksidasi-seperti asam nitrat, asam kromat, ion besi (Fe³⁺), ion kupri (Cu²⁺), oksigen terlarut, atau klorin-lapisan pasif paduan menjadi tidak stabil, dan laju korosi dapat meningkat dari<0.05 mm/year to >5mm/tahun. Ini adalah penyebab paling umum kegagalan dini pada peralatan B-2. Misalnya, reaktor pelat B-2 yang menangani asam klorida yang secara tidak sengaja terkontaminasi dengan sejumlah kecil asam nitrat dari proses hulu dapat gagal dalam beberapa minggu.
2. Penggetasan fase intermetalik (Ni₄Mo, Ni₃Mo)– Seperti yang dibahas di Q3, paparan suhu 600–900°C (1110–1650°F) selama fabrikasi atau servis menyebabkan pengendapan fase getas ini. Hilangnya keuletan yang diakibatkannya membuat pelat rentan terhadappatah getasdi bawah tekanan tarik (misalnya, dari tekanan, ekspansi termal, atau beban mekanis). Retakan biasanya dimulai pada HAZ las dan menyebar secara intergranular. Mode kegagalan ini sering kali tertunda-komponen mungkin lolos pengujian tekanan awal namun retak selama siklus termal pertama atau setelah beberapa bulan digunakan.
3. Penggetasan hidrogen– Dalam mereduksi asam, atom hidrogen dihasilkan sebagai produk sampingan dari korosi (bahkan laju korosi B-2 yang rendah menghasilkan sejumlah hidrogen). Di bawah tekanan tarik, hidrogen dapat berdifusi ke dalam kisi nikel dan menyebabkan penggetasan. Hal ini lebih parah pada suhu di bawah 80°C (175°F) dan adanya hidrogen sulfida (H₂S). B-2 umumnya tidak direkomendasikan untuk layanan asam (H₂S) kecuali kontrol kekerasan yang ketat (≤100 HRB) dan batas tegangan (≤80% hasil) dipertahankan. NACE MR0175 memiliki batasan khusus untuk B-2.
4. Korosi lubang dan celah pada asam tidak murni– Meskipun B-2 menolak HCl murni, keberadaan ion logam pengoksidasi (Fe³⁺, Cu²⁺) dapat menyebabkan lubang, terutama di zona stagnan (misalnya, di bawah gasket, di bantalan penyangga, atau di bagian bawah las). Setelah lubang dimulai, lubang tersebut dapat menyebar dengan cepat karena kandungan molibdenum yang tinggi yang memberikan ketahanan lubang pada HCl murni menjadi tidak efektif dengan adanya spesies pengoksidasi.
5. Kelelahan termal– B-2 memiliki koefisien muai panas yang mirip dengan baja tahan karat austenitik (~13,5 μm/m·K). Pada peralatan yang sering mengalami siklus termal (misalnya, reaktor batch yang dipanaskan dan didinginkan setiap hari), perbedaan ekspansi antar komponen (misalnya, tabung dan tubesheet) dapat menyebabkan keretakan kelelahan termal. Rendahnya keuletan B-2-terutama jika ada fase intermetalik yang terbentuk-membuatnya lebih rentan terhadap modus kegagalan ini dibandingkan B-3.
6. Biaya dan ketersediaan– Pelat B-2 lebih mahal dibandingkan baja tahan karat (biasanya 6–10 kali lipat harga 316L) dan ketersediaannya semakin berkurang karena pabrik mengalihkan produksi ke B-3. Waktu tunggu untuk pelat B-2 bisa lama (12–20 minggu) dan mungkin memerlukan jumlah pesanan minimum.
Strategi mitigasi:
Kontrol proses secara ketat untuk mengecualikan spesies pengoksidasi (gunakan selimut nitrogen pada tangki penyimpanan, pantau Fe³⁺/Cu²⁺, hindari masuknya udara).
Ikuti prosedur pengelasan yang ketat (input panas rendah, suhu interpass rendah, tidak ada PWHT kecuali anil larutan penuh).
Lakukan pemantauan ketebalan secara berkala (pengujian ultrasonik) untuk mendeteksi korosi umum atau korosi pitting.
Pertimbangkan untuk mengganti komponen B-2 dengan B-3 selama pemadaman pemeliharaan terjadwal, karena B-3 menawarkan ketahanan korosi yang sama dengan stabilitas termal yang jauh lebih baik.
Q5: Standar dan persyaratan pengujian apa yang mengatur pelat Hastelloy B-2?
A:Pelat Hastelloy B-2 diproduksi dan diuji sesuai dengan beberapa standar industri, meskipun penting untuk dicatat bahwa B-2 sedang dihapuskan dan digantikan dengan B-3 dalam banyak spesifikasi. Standar utamanya adalah:
Standar Bahan:
ASTM B333– Spesifikasi Standar untuk Pelat, Lembaran, dan Strip Paduan Nikel‑Molibdenum (ini adalah standar utama untuk pelat B-2; mencakup komposisi, sifat mekanik, dan toleransi dimensi)
ASME SB‑333– Bejana tekan ASME versi kode ASTM B333 (untuk digunakan pada bejana ASME Bagian VIII, Divisi 1)
ASTM B575– Spesifikasi Standar untuk Pelat Paduan Nikel‑Molibdenum‑Kromium Rendah Karbon (standar ini awalnya mencakup B-2 tetapi telah direvisi; B-2 mungkin disertakan dalam kelas tertentu)
NACE MR0175 / ISO 15156– Untuk layanan gas asam (lingkungan yang mengandung H₂S); B-2 memiliki persyaratan kekerasan dan perlakuan panas khusus berdasarkan standar ini
Standar Dimensi:
ASTM B333mencakup toleransi ketebalan (misalnya, ±0,25 mm untuk pelat 5–10 mm), kerataan (misalnya, ≤3 mm per meter), dan kondisi tepi.
Dimensi pelat biasanya diurutkan dalam bentuk metrik (misalnya, 1500 × 6000 mm) atau imperial (misalnya, 48 × 120 inci).
Pengujian Wajib untuk Plat B-2:
Analisis kimia (sesuai ASTM E1473)– Diverifikasi Ni ≥68%, Mo 26–30%, Fe ≤2.0%, Cr ≤1.0%, C ≤0.02%, Si ≤0.10%, Mn ≤1.0%. Karbon rendah dan silikon sangat penting untuk stabilitas termal.
Sifat tarik (sesuai ASTM E8/E8M) – 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 in), perpanjangan ≥35% mungkin dapat diterima.
Kekerasan– Rockwell B ≤100 (atau ≤220 HV) untuk memastikan anil larutan yang tepat dan tidak adanya fase intermetalik. Bahan yang lebih keras menunjukkan curah hujan atau pekerjaan dingin yang berlebihan.
Uji korosi intergranular (sesuai ASTM G28 Metode A)– Uji besi sulfat‑asam sulfat selama 120 jam. Laju korosi harus ≤12 mm/tahun (0,5 ipy), dan pemeriksaan metalografi harus tidak menunjukkan bukti serangan antar butir. Tes ini adalahpentinguntuk B-2 karena fase intermetalik akan menyebabkan serangan cepat sepanjang batas butir. Beberapa spesifikasi juga memerlukan Metode B (asam nitrat) untuk lingkungan tertentu.
Pemeriksaan metalografi– Pada perbesaran 200–500× untuk memeriksa endapan, inklusi, dan struktur butiran. Struktur mikro harus sepenuhnya austenitik, sama sumbu, dengan ukuran butir biasanya ASTM 5 atau lebih halus (diameter rata-rata 45–64 mikron). Karbida batas butir kontinu atau fase intermetalik (Ni₄Mo, Ni₃Mo) tidak diperbolehkan.
Pemeriksaan ultrasonik (UT) per ASTM A435 atau A578 – For plate thickness >6 mm (0,25 in), UT diperlukan untuk mendeteksi rongga internal, segregasi, atau laminasi dari ingot asli.
Inspeksi permukaan– Penetran visual dan cair (PT) sesuai ASTM E165 untuk mendeteksi lap, jahitan, retakan, atau kerak. Tepi pelat sering diperiksa dengan pengujian partikel magnetik atau arus eddy.
Pengujian opsional namun direkomendasikan untuk aplikasi penting:
Pengujian simulasi perlakuan panas pasca-las (SPWHT).– Sampel pelat dikenakan siklus termal yang meniru pengelasan (misalnya, 700°C selama 1 jam, kemudian didinginkan dengan udara) dan kemudian diuji sesuai ASTM G28 Metode A. Hal ini memverifikasi bahwa pelat tetap tahan terhadap korosi setelah fabrikasi. Banyak pengguna sekarang memerlukan tes ini untuk B-2 karena sensitivitas termalnya.
Tes feroksil– Mendeteksi kontaminasi besi permukaan (pewarnaan biru menunjukkan besi bebas). Setiap zat besi yang terdeteksi memerlukan pengawetan atau penolakan.
Pengujian dampak suhu rendah (sesuai ASTM E23)– Untuk pelat B-2 yang digunakan di iklim dingin atau layanan kriogenik (meskipun B-2 jarang digunakan di bawah −50°C).
Inspeksi pihak ketiga– Untuk aplikasi kritis (misalnya bejana tekan untuk layanan HCl), lembaga independen (misalnya TÜV, DNV, Bureau Veritas) menyaksikan semua pengujian dan meninjau MTR.
Dokumentasi:Pabrikan harus memberikan laporan pengujian bahan bersertifikat (MTR) termasuk nomor panas, nomor lot, semua hasil pengujian, dan pernyataan kepatuhan terhadap ASTM B333 (atau standar lain yang ditentukan). MTR juga harus mencakup suhu anil larutan (biasanya 1060–1100°C) dan metode quench (quench air diperlukan agar B-2 dapat mencapai laju pendinginan yang diperlukan).
Catatan penting tentang pembaruan spesifikasi:Banyak standar industri telah direvisi untuk lebih mengutamakan B-3 dibandingkan B-2. Misalnya, ASTM B333 masih mencantumkan B-2 sebagai nilai yang diperbolehkan, namun banyak pengguna akhir telah menghapus B-2 dari daftar bahan yang disetujui. Sebelum menentukan pelat B-2, teknisi harus memverifikasi bahwa standar yang dimaksud masih mencakup B-2 dan bahwa pabrikan berpengalaman dengan persyaratan unik B-2. Dalam kebanyakan kasus, peningkatan ke pelat B-3 (yang memenuhi standar ASTM B333 yang sama tetapi dengan penetapan tingkat yang berbeda) adalah pendekatan yang direkomendasikan untuk proyek baru.
