Hastelloy C2000 vs C276 : l'alliage universel résistant à la corrosion-pour les environnements acides mixtes

Hastelloy C2000(UNS N10200, 23Cr-16Mo-1.6Cu) a été spécifiquement développé pour surmonter la limitation du C276 (UNS N10276, 15Cr-16Mo-4W) dans les environnements acides mixtes oxydants-réducteurs. Le C2000 offre une résistance supérieure à l'acide sulfurique (en particulier 10 à 60 pour cent à 50 à 100 degrés C), à l'acide nitrique, au chlore humide et aux flux d'acides mixtes, tandis que le C276 reste le choix préféré pour les acides réducteurs purs (HCl toute concentration, diluer H2SO4 en dessous de 10 pour cent) en raison de sa teneur plus élevée en Mo et W. Le C2000 entraîne une prime de coût d'environ 15 à 25 pour cent par rapport au C276, mais élimine le besoin de mises à niveau d'alliage en service avec des acides mixtes, réduisant ainsi le coût total du projet de 20 à 40 pour cent dans ces applications.

Qu'est-ce qui différencie le C2000 du C276 ?

Le C2000 a été conçu comme un alliage de nickel « universel » en ajoutant 1,0-1,6 % de cuivre à une base Cr-Mo (23Cr-16Mo) qui offre une résistance simultanée aux environnements oxydants et réducteurs, tandis que la teneur plus faible en Cr du C276 (15 %) et l'absence de Cu le font exceller uniquement dans les environnements réducteurs mais peinent dans les flux d'acides oxydants ou mixtes.

Haynes International a développé le C2000 dans les années 1990 spécifiquement pour remédier à une limitation critique du C276 : ses mauvaises performances dans les environnements acides oxydants. Le C276 avec 14,5 à 16,5 pour cent de Cr ne peut pas former un film passif stable dans des milieux fortement oxydants tels que l'acide nitrique (HNO3) ou dans des flux d'acides mixtes où coexistent des espèces oxydantes et réductrices.

La solution consistait à augmenter le Cr à 22-24 % (similaire au niveau de 625) et à ajouter 1,0-1,6 % de Cu, ce qui améliore considérablement la résistance à l'acide sulfurique et aux milieux mixtes oxydants-réducteurs. Le C2000 ne contient pas non plus de tungstène (contrairement aux 3 à 4,5 % de W du C276), ce qui réduit son coût et simplifie sa microstructure, mais diminue également légèrement ses performances dans les acides réducteurs purs extrêmes. L'ajout de cuivre dans le C2000 fonctionne selon deux mécanismes : (1) il augmente le potentiel de l'alliage en acide sulfurique, le déplaçant dans la région passive à des concentrations d'acide plus faibles ; et (2) il forme des films de sulfure de cuivre qui résistent aux attaques dans des environnements acides mixtes. Le résultat est un alliage décrit par Haynes comme « l'alliage de nickel corroyé le plus universellement résistant à la corrosion disponible », tandis que le C276 reste la norme pour les acides réducteurs purs et le service acide le plus sévère.

Source : Bulletin technique Haynes International C2000 H-2014 ; Bulletin technique C276 H-2002 ; Article présenté à CORROSION 2000, NACE.

Quelles sont les différences chimiques entre le C2000 et le C276 ?

Le C2000 contient beaucoup plus de chrome (22 à 24 pour cent contre 14,5 à 16,5 pour cent) et de molybdène légèrement plus élevé (15 à 17 pour cent contre 15 à 17 pour cent) que le C276, plus l'ajout critique de 1,0 à 1,6 pour cent de cuivre, tandis que le C276 contient 3 à 4,5 pour cent de tungstène que le C2000 n'a pas, ce qui rend le C2000 optimisé pour les milieux oxydants et C276 optimisé pour la réduction des médias.

La comparaison chimique entre le C2000 et le C276 révèle le compromis fondamental-entre la résistance aux acides oxydants et réducteurs. Le chrome est le principal élément passivant : les 22 à 24 % de Cr du C2000 sont 50 % supérieurs aux 14,5 à 16,5 % de Cr du C276, et ce Cr plus élevé est ce qui permet au C2000 de maintenir un film passif stable dans des milieux oxydants tels que l'acide nitrique et le chlorure ferrique. La teneur en molybdène est similaire dans les deux alliages (15 à 17 %), ce qui offre une excellente résistance aux piqûres de chlorure et à la corrosion caverneuse dans les deux cas.

L'élément différenciateur essentiel est le cuivre : l'ajout de 1,0 -1,6 % de Cu dans le C2000 est l'innovation clé qui améliore les performances dans les flux d'acide sulfurique et d'acide mixte. Le tungstène du C276 (3-4,5 %) offre une résistance supplémentaire aux piqûres dans les environnements réducteurs purs, mais n'est pas présent dans le C2000. Le carbone est ultra-faible dans les deux alliages (0,010 max pour le C276, 0,015 max pour le C2000), ce qui empêche la sensibilisation pendant le soudage. Les deux alliages ne contiennent aucun ajout de niobium ou de titane, ce qui permet de conserver la microstructure entièrement austénitique et recuite en solution monophasée.

Tableau 1. Comparaison de la composition chimique (ASTM B575 / Spécifications Haynes)

Source : ASTM B575-24 ; Haynes International H-2002 (C276) et H-2014 (C2000) ; Registre UNS N10200 et N10276.

Comment les propriétés mécaniques et les limites de température se comparent-elles ?

Le C2000 et le C276 ont des propriétés mécaniques à température ambiante très similaires (rendement 283-310 MPa, traction 690-760 MPa, allongement 40-45 pour cent), mais le C2000 a une teneur en chrome légèrement plus élevée qui le rend plus susceptible à la fragilisation au-dessus de 400 degrés C dans des atmosphères contenant du soufre, tandis que les deux alliages partagent un maximum similaire. températures de service à l’air pur.

Le C2000 et le C276 sont tous deux des alliages de nickel austénitique recuits en solution avec des propriétés mécaniques similaires à température ambiante. La limite d'élasticité (décalage de 0,2 %) pour les deux alliages est de l'ordre de 283-310 MPa pour les plaques et les tôles à l'état de recuit en solution-. La résistance à la traction est de 690 à 760 MPa pour les deux. L'allongement est excellent, entre 40 et 45 % pour les deux alliages, reflétant leur microstructure austénitique monophasée.

La dureté est similaire à 85-95 HRB pour les deux. La principale différence apparaît à des températures élevées : le C2000, avec sa teneur plus élevée en Cr (22-24 %), est plus susceptible aux attaques de soufre à haute -température dans les atmosphères réductrices contenant du soufre, avec un maximum recommandé de 400 °C en service contenant du H2S, contre 450 °C pour le C276.

Dans l'air pur, les deux alliages ont des températures de service maximales similaires d'environ 1 040 °C. La résistance à la fatigue est similaire pour les deux alliages, et tous deux ont une excellente résistance aux chocs à des températures cryogéniques allant jusqu'à -196 °C. Aucun des deux alliages n'est durcissable par précipitation-, de sorte que la résistance ne peut pas être augmentée par un traitement thermique au-delà de l'état de recuit en solution.

Tableau 2. Comparaison des propriétés mécaniques (solution recuite, température ambiante)

Source : ASTM B575-24 ; Fiches techniques Haynes International H-2002 et H-2014 ; ASME BPVC Section II Partie D (2023).

Comment se comportent le C2000 et le C276 dans l’acide sulfurique ?

Le C2000 surpasse considérablement le C276 en acide sulfurique sur toute la plage de concentrations de 10 à 96 pour cent, avec des taux de corrosion généralement 3 à 10 fois inférieurs dans la plage critique de 10 à 60 pour cent où fonctionnent la plupart des équipements de traitement H2SO4.

L'acide sulfurique est l'acide industriel le plus courant et l'application la plus importante du C2000 par rapport au C276. La raison réside dans le comportement de polarisation anodique de chaque alliage dans H2SO4. À des concentrations faibles à modérées (10 à 60 pour cent de H2SO4) et à des températures de 50 à 100 degrés C, le C276, avec sa teneur élevée en Mo et l'absence de Cu, reste dans la région de corrosion active à un taux de corrosion relativement élevé. Le C2000 avec son ajout de Cu passe dans la région passive dans ces conditions, réduisant considérablement le taux de corrosion.

Les données de corrosion isotherme de Haynes International (H-2014) montrent que dans 10 % de H2SO4 à 80 degrés C, le C2000 se corrode à une vitesse de 0,01 à 0,05 mm/an tandis que le C276 se corrode à une vitesse de 0,05 à 0,15 mm/an. Dans 50 pour cent de H2SO4 à 80 degrés C, le C2000 se corrode à un rythme de 0,02 à 0,08 mm/an tandis que le C276 se corrode à un rythme de 0,20 à 0,50 mm/an. Dans 96 pour cent de H2SO4 (fumant) à 100 degrés C, les deux alliages fonctionnent bien (moins de 0,05 mm/an), mais le C2000 conserve un léger avantage. Cela fait du C2000 le choix privilégié pour les serpentins de refroidissement à l'acide sulfurique, les tours d'absorption, les concentrateurs d'acide et les lignes de décapage dans l'ensemble de l'industrie de transformation chimique.

Tableau 3. Taux de corrosion dans l'acide sulfurique (mm par an)

Source : données de corrosion isotherme Haynes International H-2002 et H-2014 ; ASTM G28 Méthode A ; expérience globale des usines chimiques 1995-2020.

Comment le C2000 et le C276 se comparent-ils en acide chlorhydrique ?

Le C276 est le choix préféré pour toutes les concentrations d'acide chlorhydrique à toutes les températures car sa teneur plus élevée en Mo et W offre une résistance supérieure au mécanisme de corrosion actif du HCl, tandis que le C2000 fonctionne de manière adéquate dans du HCl dilué (inférieur à 5 %) mais n'est pas recommandé pour le HCl concentré à des températures élevées.

L'acide chlorhydrique (HCl) est l'acide réducteur le plus agressif pour les alliages de nickel, car les ions chlorure attaquent de manière agressive le film passif et le Mo constitue la principale défense. Le C276 et le C2000 ont tous deux la même teneur en Mo (15 à 17 %), mais le C276 possède un mécanisme de défense supplémentaire sous la forme de W (3 à 4,5 %), qui contribue à la passivation dans HCl. Le C2000 n'a pas de W et une teneur plus élevée en Cr, ce qui n'aide pas dans l'environnement fortement réducteur du HCl.

Dans du HCl à 1 % bouillant, le C2000 se corrode à un rythme de 0,05 à 0,15 mm/an, similaire à celui du C276 à un rythme de 0,03 à 0,10 mm/an. Dans du HCl à 5 ​​pour cent bouillant, le C2000 se corrode à 0,20-0,50 mm/an tandis que le C276 est à 0,50-1,00 mm/an (le C276 est légèrement pire à cette concentration en raison du Cr plus élevé dans le C276 qui n'aide pas). Dans 10 % de HCl à 80 degrés C, le C2000 se corrode à un rythme de 0,10 à 0,30 mm/an tandis que le C276 se corrode à un rythme de 0,20 à 0,50 mm/an (le C2000 est en fait meilleur ici en raison de son ajout de Cu).

Cependant, dans du HCl concentré (20 à 37 %) à des températures élevées, le C276, avec son ajout de W et son efficacité plus élevée en Mo, est le choix standard, et le C2000 n'est pas recommandé. Pour le service HCl, les directives standard de l'industrie sont les suivantes : diluez le HCl froid (moins de 5 %, en dessous de 50 °C), l'un ou l'autre alliage est acceptable ; un HCl modéré (5-15 pour cent, 50-80 degrés C) C276 est préféré ; HCl concentré (supérieur à 20 pour cent, toute température supérieure à la température ambiante) C276 est requis.

Tableau 4. Taux de corrosion dans l'acide chlorhydrique (mm par an)

Source : Haynes International H-2002 et H-2014 ; Manuel ASM Vol. 13A Corrosion (2003) ; données de terrain sur les usines chimiques.

Comment se comparent-ils dans les environnements d’acide nitrique et d’acide mixte ?

Le C2000, avec ses 22 à 24 % de Cr, surpasse considérablement le C276 dans l'acide nitrique et constitue le choix évident pour les environnements acides mixtes où coexistent des espèces oxydantes et réductrices, tandis que le C276 a de mauvais résultats dans le HNO3 et ne doit pas être spécifié pour les flux d'acides mixtes.

L'acide nitrique (HNO3) est un acide fortement oxydant et le chrome est le principal élément passivant. Le C2000 avec 22-24 % de Cr forme un film passif beaucoup plus stable dans le HNO3 que le C276 avec seulement 14,5 à 16,5 % de Cr. Dans du HNO3 bouillant à 65 pour cent, le C2000 se corrode à un rythme de 0,10 à 0,30 mm/an tandis que le C276 se corrode à un rythme de 0,50 à 1,00 mm/an. Cette différence est essentielle pour les processus impliquant des flux d’acides mixtes, qui comptent parmi les environnements de corrosion les plus difficiles de l’industrie chimique. Les environnements acides mixtes (tels que les mélanges HF-HNO3 utilisés dans le décapage de l'acier inoxydable ou les mélanges H2SO4-HNO3 dans la production d'engrais) contiennent simultanément des espèces oxydantes et réductrices.

Le C276 qui excelle dans les environnements réducteurs est en réalité attaqué de manière agressive dans des conditions oxydantes car sa teneur en Cr est insuffisante pour maintenir un film passif. Le C2000, avec ses ajouts plus élevés de Cr et de Cu, gère ces environnements mixtes avec élégance. Dans l'eau régale (3HCl-1HNO3), le C2000 se corrode à 0,10-0,30 mm/an à température ambiante tandis que le C276 se corrode à 0,50-1,50 mm/an. Dans les solutions de décapage mixtes HF-HNO3 à 60 degrés C, le C2000 se corrode à une vitesse de 0,05 à 0,15 mm/an tandis que le C276 se corrode à une vitesse de 0,50 à 1,00 mm/an. Ces différences font du C2000 le choix standard pour les équipements de décapage, les réacteurs à acides mixtes et les unités de traitement des usines d'engrais.

Tableau 5. Taux de corrosion dans les environnements d'acide nitrique et d'acide mixte

Source : Haynes H-2002 et H-2014 ; ASTM G28 Méthode A ; Manuel de décapage et de traitement de surface ; Manuel des matériaux de l'industrie des engrais.

Comment se comparent-ils en termes de service acide (H2S + chlorure) selon NACE MR0175 ?

Le C276 et le C2000 sont tous deux approuvés selon la norme NACE MR0175/ISO 15156 pour les applications acides, et tous deux fonctionnent parfaitement dans les environnements acides sévères, mais le C276 est le choix le plus conservateur pour les conditions les plus sévères (présence de HCl, pression partielle de H2S très élevée supérieure à 1 MPa), tandis que le C2000 est excellent pour les environnements acides sans HCl.

Le service acide fait référence aux environnements pétroliers et gaziers contenant du H2S dissous dans l'eau produite, ce qui peut provoquer une fissuration sous contrainte par sulfure (SSC), une fissuration induite par l'hydrogène (HIC) et une HIC orientée sous contrainte (SOHIC) dans les alliages sensibles. Le C276 et le C2000 sont tous deux répertoriés dans la NACE MR0175/ISO 15156 comme acceptables pour le service acide dans l'état recuit en solution-. Le C276 est le choix le plus répandu dans les environnements acides les plus sévères, en particulier lorsque du HCl est présent dans l'eau produite ou lorsque la pression partielle de H2S dépasse 1 MPa.

La teneur en tungstène du C276 offre une marge de sécurité supplémentaire dans ces conditions extrêmes. Le C2000 est approuvé pour le service acide, mais est généralement spécifié lorsque la principale préoccupation concerne non seulement le H2S, mais également les composants acides (tels que le CO2 avec des acides organiques) qui créent des conditions acides mixtes. En pratique, le C2000 a été utilisé avec succès dans des équipements de traitement de gaz corrosifs où le gaz contient à la fois du H2S et du CO2 avec des acides organiques, ce qui constitue un environnement acide mixte dans lequel l'ajout de Cu du C2000 offre une résistance supérieure.

Les deux alliages nécessitent un recuit en solution-et une dureté inférieure à 35 HRC pour répondre aux exigences de la NACE. Pour les environnements acides les plus agressifs contenant du HCl (tels que les unités d’élimination des gaz acides ou les opérations de stimulation acide), le C276 reste le choix standard de l’industrie.

Tableau 6. Comparaison du service acide (NACE MR0175/ISO 15156)

Source : NACE MR0175/ISO 15156 Partie 3 (2020) ; Haynes International C2000 et C276 Sour Service Bulletins.

Comment les C2000 et C276 doivent-ils être soudés ?

Le C2000 et le C276 nécessitent tous deux un GTAW avec des métaux d'apport de type ERNiCrMo- correspondants (ERNiCrMo-10 pour le C276, ERNiCrMo-14 pour le C2000) et un contrôle strict de l'apport de chaleur, mais le C2000 est légèrement plus indulgent en raison de sa teneur plus élevée en Cr, tandis que le C276 est plus sensible à la précipitation des phases intermétalliques dans la ZAT.

Le soudage est une étape critique dans la fabrication des équipements C2000 et C276, car les deux alliages sont sensibles aux attaques de la zone affectée thermiquement (ZAT) si l'apport de chaleur n'est pas contrôlé. Le C276 est le plus sensible des deux alliages en raison de sa teneur plus élevée en Mo et W, ce qui favorise la précipitation de la phase mu et de la phase P dans la plage de 600 à 1 100 degrés C. L'apport de chaleur recommandé pour le C276 est de 0,5 à 1,5 kJ/mm, la température entre les passes est inférieure à 93 degrés C et aucun préchauffage. Le C2000, avec ses ajouts plus élevés de Cr et de Cu, est légèrement plus tolérant à la chaleur de soudage, mais le même contrôle strict est recommandé : apport de chaleur de 0,5 à 1,5 kJ/mm, entre passes inférieures à 120 °C.

Pour le C276, le métal d'apport est ERNiCrMo-10 (AWS A5.14, UNS N06059) ou ERNiCrMo-4 (UNS N10276). L'ERNiCrMo-10 contient moins de Cr que l'ERNiCrMo-4, mais correspond mieux à la résistance à la corrosion du C276. Pour le C2000, le métal d'apport est l'ERNiCrMo-14 (AWS A5.14, UNS N06200), qui a été spécifiquement développé pour le C2000 et a une composition correspondante de 23Cr-16Mo-1,5Cu. ERNiCrMo-14 est la charge préférée pour le C2000 et offre la meilleure résistance à la corrosion du métal soudé. Aucun traitement thermique après soudage n’est requis pour les deux alliages en sections minces ; pour les sections épaisses, un recuit en solution à 1 120-1 175 degrés C (C276) ou 1 121-1 177 degrés C (C2000) suivi d'une trempe rapide à l'eau restaure des propriétés optimales.

Tableau 7. Paramètres de soudage pour C276 et C2000

Source : Guides de soudage Haynes International C276 et C2000 ; Code de soudage structurel AWS D1.6 ; ASME Section IX ; AWS A5.14/A5.14M.

C2000 vs C276 : quand choisir quel alliage ?

Choisissez le C276 pour les acides réducteurs purs (HCl n’importe quelle concentration, diluez H2SO4 en dessous de 10 pour cent) et un service acide sévère avec présence de HCl ; choisissez C2000 pour l'acide sulfurique (10-96 pour cent), l'acide nitrique, les environnements acides mixtes, l'eau régale et le service acide avec du CO2 et des acides organiques ; en cas de doute entre les deux, le C2000 est le choix le plus universel.

Le choix entre le C2000 et le C276 doit être motivé par l'environnement corrosif spécifique plutôt que par le coût ou l'habitude. Le cadre de décision ci-dessous est basé sur le mécanisme de corrosion dominant dans chaque application : si l'environnement est purement réducteur (pas d'espèces oxydantes), le C276 avec son W plus élevé et ses antécédents éprouvés est la norme ; si l'environnement est oxydant ou mixte, le C2000 avec ses teneurs plus élevées en Cr et Cu est le seul choix fiable. Pour les environnements mixtes acides, le choix est clair : le C2000 est la seule option viable parmi ces deux alliages.

Pour un service acide avec HCl dans l’eau produite, le C276 est préféré ; pour un service acide sans HCl mais avec du CO2 et des acides organiques, le C2000 est souvent le meilleur choix. Lorsque les deux alliages sont techniquement acceptables (par exemple, acides dilués à basse température), le coût inférieur et la longue expérience du C276 en font le choix par défaut. Le surcoût de 15 à 25 pour cent du C2000 par rapport au C276 n'est justifié que lorsque les avantages spécifiques du C2000 (résistance aux oxydants/aux acides mixtes) sont nécessaires.

Tableau 8. Matrice de décision : C2000 vs C276

Source : Haynes International H-2002 et H-2014 ; Manuel ASM Vol. 13A ; expérience globale de l’industrie de transformation chimique 1995-2025.

Étude de cas : mise à niveau du concentrateur d'acide phosphorique du C276 au C2000

Une usine d'engrais du Moyen-Orient a modernisé les composants internes de son concentrateur d'acide phosphorique du C276 au C2000 en 2018, réduisant ainsi les coûts annuels de maintenance liés à la corrosion-de 55 % et prolongeant les intervalles d'exécution de 2 ans à 4 ans, justifiant ainsi une prime de 18 % sur le coût des matériaux en 14 mois.

L'usine exploite un concentrateur d'acide phosphorique (H3PO4) qui augmente la concentration d'acide de 30 pour cent à 54-58 pour cent à des températures de 90-110 degrés C. Le processus implique simultanément la concentration, l'évaporation et la circulation d'un acide hautement corrosif contenant des impuretés fluorées (50-200 ppm F-) à partir de la matière première d'acide phosphorique par voie humide. La spécification originale était C276 pour le corps du concentrateur, les tubes chauffants et les composants internes du distributeur d'acide. Après 6 années de service (2012-2018), l'inspection a révélé que les composants du C276 dans la section vapeur souffraient d'une corrosion générale modérée (0,10-0,20 mm/an) et de piqûres occasionnelles à l'interface vapeur-liquide.

Le taux de corrosion augmentait considérablement lorsque la concentration d’acide dépassait 45 pour cent. L'analyse des défaillances a révélé que les impuretés fluorées présentes dans l'acide de procédé humide-, combinées à la nature oxydante de l'acide concentré chaud, créaient un environnement mixte oxydant-réducteur qui était marginal pour le C276. Lors de la révision de 2018, l'usine a remplacé les composants internes de la section vapeur par des plaques tubulaires C2000 (UNS N10200), des plaques de distribution et du matériel de support. Après 4 années d'exploitation (2018-2022), l'inspection a montré des taux de corrosion généraux de seulement 0,01 à 0,03 mm/an sans piqûres, ce qui représente une amélioration de 6 fois par rapport au C276 dans le même service. Le coût annuel de maintenance est passé de 340 000 dollars à 153 000 dollars. La prime matérielle de 18 pour cent (environ 45 000 dollars de coût supplémentaire pour 3 tonnes) a été récupérée en 14 mois grâce à la seule réduction de l'entretien.

Source : Cas de terrain fourni par le client de JN Alloy (anonymisé) ; Note d'application sur l'acide phosphorique Haynes C2000 ; données techniques d’usine d’engrais.

Étude de cas : Application d'acide mixte dans une usine de traitement de gaz acide

Une installation de traitement de gaz acide d'Asie centrale a choisi le C2000 plutôt que le C276 pour les composants internes de son unité d'élimination des gaz acides (AGRU) afin de gérer la combinaison de contamination par le H2S, le CO2 et l'acide formique dans les frais généraux du régénérateur d'amines pauvres, éliminant ainsi trois années d'arrêts induits par la corrosion-qui avaient affecté l'unité précédente équipée du C276.

L'usine de traitement du gaz acide traite du gaz contenant 8 % de H2S et 12 % de CO2, produisant une solution d'amine pauvre qui régénère les têtes contenant du H2S, du CO2, de la vapeur d'eau et des traces d'acide formique (HCOOH) provenant de la dégradation thermique des solvants aminés. Le condenseur aérien du régénérateur et les composants internes du dévésiculeur ont été fabriqués à l'origine à partir du C276.

Après seulement 18 mois de service, les tamis en treillis métallique de support de dévésiculeur C276 ont commencé à montrer des signes de fissuration par corrosion sous contrainte au niveau des soudures, et les tubes du condenseur présentaient des piqûres sous-dépôt avec des taux de corrosion de 0,30 à 0,50 mm/an. L'acide formique présent dans le flux de tête a été identifié comme étant la cause première : l'acide formique est un acide réducteur organique qui attaque le film passif du C276, tandis que le H2S et le CO2 présents simultanément créent un environnement acide mixte complexe.

L'examen technique de la corrosion a recommandé de remplacer le C276 par le C2000 pour les composants internes de l'AGRU. On s'attendait à ce que le Cr plus élevé (23 pour cent) gère le service acide du H2S - CO2, tandis que l'ajout de Cu (1,6 pour cent) devait supprimer l'attaque de l'acide formique. Les éléments antibuée C2000 (UNS N10200), le matériel de support et les tubes du condenseur ont été installés en 2019. Après 5 ans de fonctionnement (2019-2024), l'inspection ne montre aucune fissuration, aucune piqûre et des taux de corrosion généraux inférieurs à 0,02 mm/an. L'usine n'a connu aucun arrêt imprévu lié à la corrosion AGRU au cours de la période de 5 ans, contre une moyenne de 1,2 arrêt imprévu par an pour l'équipement C276.

Source : Note d'application sur le traitement du gaz Haynes C2000 ; Étude de cas SPE-195565-MS (adapté) ; données de terrain provenant d’une installation de gaz acide d’Asie centrale.

Quelles normes régissent les normes C2000 et C276 ?

C2000 et C276 partagent les mêmes normes de forme de produit ASTM (B575 pour les plaques, B622 pour les tuyaux sans soudure, B619 pour les tuyaux soudés, B574 pour les barres, B366 pour les raccords). Les deux sont acceptées dans l'ASME BPVC Section VIII Division 1 et la NACE MR0175/ISO 15156, mais C2000 compte actuellement moins d'usines qui le produisent, ce qui peut affecter les délais d'approvisionnement.

Le cadre normatif pour le C2000 (UNS N10200) et le C276 (UNS N10276) est largement partagé car les deux alliages appartiennent à la famille Hastelloy C-des alliages de nickel-molybdène-chrome. Les principales normes ASTM relatives à la forme des produits qui couvrent les deux alliages sont : ASTM B575 pour les plaques, les feuilles et les bandes ; ASTM B622 pour les tuyaux et tubes sans soudure ; ASTM B619 pour les tuyaux soudés ; ASTM B626 pour tube soudé ; ASTM B574 pour barre et tige ; ASTM B564 pour les pièces forgées ; et ASTM B366 pour les raccords à souder bout à bout-. L'ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section II Part D fournit des valeurs de contrainte admissibles pour les deux alliages jusqu'à 427 degrés C (800 degrés F) dans l'état recuit en solution -. L'ASME Section VIII Division 1 autorise les deux alliages pour la construction d'appareils sous pression. NACE MR0175/ISO 15156 Partie 3 répertorie les deux alliages pour service acide dans l'état recuit en solution-avec une dureté inférieure à 35 HRC.

Une différence pratique importante réside dans la disponibilité de l'approvisionnement : le C276 est produit par plusieurs usines dans le monde (Haynes, VDM, Special Metals et de nombreuses usines chinoises) et est largement stocké dans toutes les tailles courantes. Le C2000 est principalement produit par Haynes International et un nombre limité d'usines agréées, ce qui le rend moins couramment stocké et avec des délais de livraison plus longs de 12-20 semaines pour les tailles non standard. Pour les calendriers de projet, cette différence d’approvisionnement doit être prise en compte dans la planification des approvisionnements en matériaux.

Tableau 9. Normes applicables pour C2000 et C276

Source : ASTM International 2024 ; ASME BPVC édition 2023 ; NACE MR0175/ISO 15156-3:2020 ; Haynes International.

Quel est le coût total de possession du C2000 par rapport au C276 ?

Bien que le C2000 entraîne un coût de matériau supérieur de 15 à 25 pour cent par rapport au C276, dans les applications de service mixte acide et acide, le C2000 offre un coût total de 40 à 60 pour cent inférieur sur 20 ans grâce à une maintenance réduite, des intervalles plus longs et l'élimination des temps d'arrêt imprévus.

L'analyse du TCO doit être spécifique à l'application-, car la valeur relative du C2000 par rapport au C276 change considérablement en fonction de l'environnement corrosif. Dans un service d'acide réducteur pur où le C276 est techniquement suffisant, la sélection du C2000 ajouterait 15 à 25 % au coût du matériau sans ajouter d'avantage en matière de résistance à la corrosion, augmentant ainsi le TCO. Dans le service d'acide mixte où le C276 est marginal, la sélection du C2000 élimine le risque de panne prématurée et permet de réduire les coûts de maintenance de 40 à 60 %.

L'étude de cas du concentrateur d'acide phosphorique (section 10) le démontre : la prime matérielle de 18 pour cent a été récupérée en 14 mois grâce à une maintenance réduite. Le tableau ci-dessous présente deux scénarios représentatifs de TCO sur 20 ans : (1) un réacteur à acide mixte où le C2000 est requis, et (2) un échangeur de chaleur à HCl dilué où le C276 est suffisant.

Tableau 10. 20-Comparaison du coût total de possession par an : C2000 vs C276

Source : analyse technique de JN Alloy ; références globales des coûts de maintenance des usines chimiques 2018-2024.

Foire aux questions

Q : Le C2000 peut-il être utilisé en remplacement direct du C276 dans un équipement existant ?

R : Le C2000 peut remplacer le C276 dans la plupart des environnements où le C276 fonctionne correctement ou échoue, à une exception près : le C2000 ne doit PAS remplacer le C276 dans un service HCl concentré (au-dessus de 20 %) où le C276 est le seul choix viable. Dans tous les autres environnements, le C2000 fonctionnera au moins aussi bien que le C276, et dans les environnements oxydants et acides mixtes, il fonctionnera nettement mieux. Pour prendre une décision de remplacement, un ingénieur en corrosion doit examiner les conditions de service spécifiques par rapport aux données des tableaux 3-6 et 8.

Q : Pourquoi le C2000 est-il moins couramment stocké que le C276 ?

R : Le C2000 a été introduit par Haynes International dans les années 1990, mais n'a jamais atteint la même pénétration du marché que le C276, qui est en service depuis les années 1960 et constitue le choix par défaut pour la plupart des applications d'acide réducteur. Le C276 est produit par plusieurs usines dans le monde entier et est largement stocké dans des tailles standard. Le C2000 est principalement produit par Haynes International avec une production tierce limitée-, ce qui entraîne des délais de livraison plus longs (12-20 semaines pour les tailles non standard) et un coût plus élevé. Pour les calendriers de projet, l'acquisition précoce du C2000 est essentielle.

Q : Quelle est la température maximale pour les C2000 et C276 en service H2S ?

R : Le C276 est recommandé jusqu'à 450 degrés C dans un service contenant du H2S-, tandis que le C2000 est recommandé jusqu'à 400 degrés C. Cette différence est due à la teneur plus élevée en Cr du C2000, ce qui le rend plus sensible aux attaques de soufre à haute température-au-dessus de 400 degrés C. Pour un service acide en dessous de 232 degrés C (la limite supérieure de la NACE MR0175), les deux alliages sont approuvés sans restriction de température dans la solution-état recuit.

Q : Le C2000 est-il meilleur que le C276 dans l’eau de mer ?

R : Oui, le C2000, avec son Cr plus élevé (23 % contre 15 %) et son ajout de Cu (1,6 %), offre une résistance légèrement meilleure dans l'eau de mer chaude et dans les zones d'éclaboussures que le C276. Dans l'eau de mer à 80 degrés C, le C2000 présente généralement des taux de corrosion généraux inférieurs à 0,02 mm/an sans piqûres, tandis que le C276 peut présenter des piqûres mineures. Cependant, pour le service en eau de mer, les qualités Alloy 625, Alloy 254 SMO ou super austénitiques sont généralement plus rentables-à moins que des conditions d'acide mixte ne soient également présentes.

Q : Le C2000 et le C276 peuvent-ils être soudés l'un à l'autre ?

R : Oui, le C2000 et le C276 peuvent être soudés l'un à l'autre à l'aide du métal d'apport ERNiCrMo-10 (UNS N06059), qui a une composition intermédiaire entre les deux métaux de base. La charge ERNiCrMo-14 (UNS N06200), spécifiquement développée pour le C2000, peut également être utilisée mais a un rapport Cr:Mo légèrement différent. Pour les soudures différentes de C2000 à C276, ERNiCrMo-10 est la recommandation standard. Une qualification de procédure selon la section IX de l'ASME est requise pour les soudures de production. Le métal fondu obtenu aura des propriétés intermédiaires entre le C276 et le C2000.

Q : Qu'est-ce que le PREN du C2000 et comment se compare-t-il au C276 ?

R : C2000 a un PREN (indice équivalent de résistance aux piqûres) d'environ 65 à 70, calculé en pourcentage de Cr (23) + 3.3 fois en pourcentage de Mo (16) + 16 fois N pour cent (0), environ 65 à 70. Le C276 a un PREN d'environ 68, calculé comme Cr pour cent (15) + 3.3 fois Mo pour cent (16) + 3.3 fois W pour cent (3,75) + 16 fois N pour cent (0), environ 68. Les deux alliages ont des valeurs PREN très similaires dans la plage 65-70, ce qui signifie qu'ils ont une résistance théorique similaire à la piqûre de chlorure. Dans la pratique, la différence de performances entre le C2000 et le C276 dépend principalement de l'équilibre Cr:Cu pour les milieux oxydants, et non du seul PREN.