Jakie są krytyczne wymagania spawalnicze dla rur Incoloy 864 w porównaniu do rur Incoloy 890?

1. P: Jakie są podstawowe różnice w składzie i właściwościach rur Incoloy 864 i Incoloy 890?

A:Zarówno Incoloy 864, jak i Incoloy 890 to-austenityczne stale nierdzewne o wysokich parametrach użytkowych, ale zostały opracowane z myślą o wyraźnie odmiennych środowiskach korozyjnych. Różnice polegają przede wszystkim na zawartości niklu, chromu i molibdenu.

Incoloy 864 (UNS N08864)to wysokostopowa austenityczna stal nierdzewna zaprojektowana z myślą o ekstremalnej odporności na korozję wodną. Jego nominalny skład to 38–42% niklu, 20–24% chromu, 6,0–8,0% molibdenu, 1,0–2,0% miedzi, 0,15–0,25% azotu i resztę żelaza. Stop ten zawiera wyjątkowo wysoką zawartość niklu (około 40%) i molibdenu (6–8%), co plasuje go w rodzinie super-austenitycznych. Połączenie wysokiej zawartości niklu i molibdenu zapewnia wyjątkową odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe (SCC) i wżery. Dodatek miedzi zwiększa odporność na kwasy redukujące, takie jak kwas siarkowy i fosforowy. Zawartość azotu (0,15–0,25%) stabilizuje strukturę austenityczną i dodatkowo poprawia odporność na wżery. Incoloy 864 nie utwardza ​​się-wydzieleniowo; czerpie swoją siłę ze stałego roztworu i śródmiąższowego wzmocnienia azotem. Typowa granica plastyczności wynosi 35–50 ksi (241–345 MPa) w temperaturze pokojowej.

Incoloy 890 (UNS N08890)to stop żelaza-niklu-chromu przeznaczony do stosowania-w środowiskach siarczkujących i utleniających w wysokiej temperaturze. Jego nominalny skład to 32–35% niklu, 25–28% chromu, 0,5–1,5% molibdenu, 0,3–0,8% krzemu, 0,5–1,0% manganu, 0,02–0,06% węgla i resztę żelaza. Należy zwrócić uwagę na znacznie niższą zawartość niklu (∼33%) i molibdenu w porównaniu do Incoloy 864. Kluczową cechą wyróżniającą jest bardzo wysoka zawartość chromu (25–28%), która jest znacznie wyższa niż w przypadku standardowych stali nierdzewnych (304L ma 18%, 310H ma 24–26%). Ta wysoka zawartość chromu w połączeniu z kontrolowanym krzemem i manganem zapewnia wyjątkową odporność na siarczkowanie (atak gazów zawierających siarkę-w wysokiej temperaturze) i utlenianie w wysokiej-temperaturze. Incoloy 890 to stały-roztwór wzmocniony bez celowych-dodatków utwardzających wytrącanie. Typowa granica plastyczności wynosi 30–45 ksi (207–310 MPa) w temperaturze pokojowej.

Implikacje metalurgiczne:Incoloy 864 jest przeznaczony dlamokra, niska-do{1}}temperatura (do 500 stopni F / 260 stopni), korozja wodna, szczególnie w wodzie morskiej, kwaśnych solankach i strumieniach procesów chemicznych zawierających chlorki i kwasy redukujące. Nie ma żadnych specjalnych właściwości-w wysokich temperaturach. Incoloy 890 jest przeznaczony dopraca w suchej-wysokiej temperaturze (1000–1800 stopni F / 538–982 stopni) w atmosferze-zawierającej siarkętakie jak te występujące w rafineriach, elektrowniach i spalarniach śmieci. Nie ma specjalnej odporności na korozję wodną.

Wybór pomiędzy nimi:Jeśli aplikacja obejmujewoda morska, IOS (odsiarczanie gazów spalinowych) lub obróbka chemiczna z użyciem chlorków i kwasów redukujących, wybierz Incoloy 864. Jeśli aplikacja obejmujeśrodowiska zasiarczające o wysokiej-temperaturze-takie jak grzejniki rafinerii, elementy kotłów opalanych węglem-lub rury spalarni śmieci, wybierz Incoloy 890. Koperty usług pokrywają się w minimalnym stopniu.

---

2. P: Jakie standardy i specyfikacje branżowe regulują rury bez szwu Incoloy 864 i Incoloy 890?

A:Te dwa stopy są objęte różnymi ramami specyfikacji ze względu na różne dziedziny zastosowań:-przetwarzanie chemiczne w przypadku 864 oraz rafineria/wytwarzanie energii w-wysokiej temperaturze w przypadku 890.

W przypadku rur bez szwu Incoloy 864:

ASTM B677 / ASME SB677– Standardowa specyfikacja dla bezszwowych rur ze stopu azotu, niklu,-żelaza-chromu-molibdenu-miedzi-. Jest to podstawowa specyfikacja dla UNS N08864 i podobnych gatunków super-austenitycznych (w tym Incoloy 926). Obejmuje chemię, właściwości rozciągające, badania hydrostatyczne i tolerancje wymiarowe.

ASTM B829– Ogólne wymagania dotyczące rur bez szwu ze stopów niklu (uzupełniające do B677).

NORSOK M-630– Norweska norma dotycząca ropy i gazu obejmująca Incoloy 864 do obsługi wody morskiej i solanki.

Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja II, część D– Zapewnia dopuszczalne wartości naprężeń dla N08864 w temperaturach do około 600 stopni F (316 stopni). Stop nie jest zwykle stosowany w temperaturze powyżej 600 stopni F ze względu na zmniejszoną odporność na korozję.

Dla rur bez szwu Incoloy 890:

ASTM B407 / ASME SB407– Standardowa specyfikacja dla bezszwowych rur ze stopu niklu-żelaza-chromu. Incoloy 890 (UNS N08890) objęty jest niniejszą specyfikacją jako odmiana o wysokiej-chromie. Specyfikacja wymaga weryfikacji chemicznej i próby rozciągania.

ASTM B163 / ASME SB163– Bezszwowe rury skraplacza i wymiennika ciepła, często stosowane w przypadku rur 890 w-wysokotemperaturowych wymiennikach ciepła.

Kod ASME, sprawa 2588– Umożliwia użycie Incoloy 890 (UNS N08890) w konstrukcjach kotłów i zbiorników ciśnieniowych ASME do pracy w temperaturach do 1800 stopni F (982 stopni) w środowiskach siarczkowanych.

API 938-C– Zalecenia Amerykańskiego Instytutu Naftowego dotyczące stosowania Incoloy 890 w elementach grzejników rafineryjnych narażonych na korozję siarkową.

Uwagi dotyczące zamówień:Rury bez szwu Incoloy 864 są dostępne w wielu hutach na całym świecie, ale są mniej popularne niż Incoloy 926 (podobny gatunek super-austenityczny). Czas realizacji wynosi zazwyczaj 10–16 tygodni. Incoloy 890 to gatunek specjalny z ograniczonych źródeł przemiału; spodziewaj się czasu realizacji wynoszącego 12–20 tygodni i wyższych kosztów niż w przypadku standardowej stali nierdzewnej 310H. W przypadku obu stopów należy zawsze sprawdzić, czy raport z badań materiału podaje prawidłowy numer UNS, a w przypadku Incoloy 864 – zawartość azotu (0,15–0,25%).

---

3. P: Dlaczego rury bez szwu Incoloy 864 są preferowanym materiałem do systemów odsiarczania wody morskiej i gazów spalinowych (FGD)?

A:Rura bez szwu Incoloy 864 stała się wiodącym materiałem w dwóch najbardziej wymagających przemysłowych środowiskach korozyjnych: tłoczeniu ciepłej wody morskiej i płuczkach odsiarczających spaliny (FGD). Cztery szczególne cechy wyjaśniają jego wyższość nad innymi super-stopami austenitycznymi i niklowymi.

Po pierwsze, wyjątkowa odporność na korozję wżerową i szczelinową w chlorkach.Liczba równoważna odporności na wżery (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) dla Incoloy 864 wynosi około 44–50, obliczana jako:

Chrom: 20–24%

Molibden: 6,0–8,0%

Azot: 0,15–0,25%

Ten PREN jest jednym z najwyższych spośród wszystkich dostępnych na rynku austenitycznych stali nierdzewnych. Dla porównania:

Stal nierdzewna 316L: PREN ∼24–26

Dupleks 2205: PREN ∼35–38

Incoloy 825: PREN ∼30–33

Incoloy 926: PREN ∼40–45

W ciepłej wodzie morskiej o temperaturze 27–49 stopni F (27–49 stopni F) nawet stale nierdzewne super duplex mogą ulegać korozji szczelinowej w wyniku osadzania się zanieczyszczeń biologicznych lub osadów. Incoloy 864 jest odporny na korozję wżerową i szczelinową w wodzie morskiej o temperaturze do około 150 stopni F (65 stopni), dzięki czemu nadaje się do tropikalnych systemów chłodzenia wodą morską, rurociągów wody pożarniczej i rurociągów balastowych, gdzie temperatura może być podwyższona.

Po drugie, wyjątkowa odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe chlorkowe (SCC).Zawierający około 40% niklu, Incoloy 864 ma znacznie wyższą zawartość niklu niż standardowe austenityczne stale nierdzewne (304L: 8–12%) i nawet wyższą niż wiele gatunków super-austenitycznych (Incoloy 926: 24–26% Ni). Wysoka zawartość niklu zasadniczo zmienia zachowanie SCC-stop jest odporny na SCC chlorkowe we wszystkich temperaturach spotykanych w środowisku wodnym, w tym w stężonych solankach, kondensacie parowym z przenoszeniem chlorków i morskich warunkach atmosferycznych. To sprawia, że ​​jest to doskonały wybór do rurociągów platform wiertniczych, zakładów odsalania i przybrzeżnych zakładów chemicznych, gdzie SCC stanowi stałe zagrożenie.

Po trzecie, doskonała wydajność w środowiskach mieszanych kwasów FGD.Systemy odsiarczania gazów spalinowych wystawiają materiały na działanie złożonego koktajlu kwasu siarkowego, kwasu solnego, chlorków, fluorków i kwasu siarkawego przy niskim pH (1–4) i temperaturach do 200 stopni F (93 stopni). Połączenie 6–8% molibdenu i 1–2% miedzi zapewnia wyjątkową odporność zarówno na utleniające, jak i redukujące warunki kwasowe. Wysoka zawartość niklu jest również odporna na korozję-wywoływaną przez chlorki. W wieżach pochłaniaczy FGD, kanałach wlotowych i kanałach wylotowych Incoloy 864 przewyższa stopy-molibdenu, takie jak C-276, w niektórych strefach ze względu na lepszy stosunek kosztów-do wydajności i odpowiednią odporność na korozję w większości środowisk IOS.

Po czwarte, dobra spawalność bez-obróbki cieplnej po spawaniu.W przeciwieństwie do stopów-utwardzalnych wydzieleniowo, Incoloy 864 jest-utwardzany w postaci stałej i można go spawać standardowymi technikami z dopasowanymi lub nadopasowanymi spoiwami (ERNiCrMo-3 lub ERNiCrMo-4). Nie jest wymagana żadna obróbka cieplna po spawaniu, co upraszcza produkcję i naprawy w terenie.

Porównawcze tryby awarii:W wymienniku ciepła-chłodzonym wodą morską o temperaturze 110 stopni F (43 stopni) ze stałymi szczelinami pod uszczelkami:

W rurkach 316L w ciągu 3–6 miesięcy powstają nieszczelności typu otworkowego

Duplex 2205 może przetrwać 2–4 lata, ale na uszczelkach rozpoczyna się korozja szczelinowa

Incoloy 864 zapewnia 15–20+ lat pracy, często przekraczając projektowany okres użytkowania sprzętu

Typowe zastosowania:Rurociągi do chłodzenia wody morskiej (elektrownie, terminale LNG, odsalanie), systemy wody pożarowej (platformy wiertnicze), kolektory rozpryskowe pochłaniaczy FGD, wsporniki eliminatorów mgły, linie ładunkowe chemikaliowców oraz rurociągi zakładów bielenia celulozy i papieru (usługa dwutlenku chloru).

---

4. P: Dlaczego rura bez szwu Incoloy 890 jest preferowanym materiałem do stosowania w rafineriach w środowiskach powodujących siarczkowanie w wysokiej-temperaturze?

A:Rura bez szwu Incoloy 890 zyskała powszechną akceptację w rafineriach ropy naftowej,-elektrowniach węglowych i spalarniach śmieci, gdzie gazy zawierające siarkę-w wysokiej temperaturze powodują szybkie siarczkowanie (atak siarki) standardowych stali nierdzewnych. Trzy specyficzne cechy wyjaśniają jego dominację.

Po pierwsze, wyjątkowa odporność na siarczkowanie dzięki wysokiej zawartości chromu.Siarczanie to forma-korozji wysokotemperaturowej, podczas której siarka reaguje z żelazem, niklem i chromem, tworząc siarczki o niskiej-temperaturze topnienia-. W przeciwieństwie do utleniania (które tworzy ochronny kamień Cr₂O₃), siarczkowanie zazwyczaj powoduje powstanie-nieochronnych, porowatych osadów, które umożliwiają dalszy szybki atak. Kluczem do odporności na siarczkowanie jest utrzymanie wystarczającej zawartości chromu, aby utworzyć ochronną warstwę siarczku chromu (Cr₃S₄ lub Cr₂S₃), która jest bardziej stabilna i mniej przepuszczalna niż siarczki żelaza lub niklu. Incoloy 890 zawiera 25–28% chromu-znacznie więcej niż standardowy 310H (24–26%) i znacznie więcej niż 304H (18–20%). Ten dodatkowy chrom zapewnia margines bezpieczeństwa w najcięższych środowiskach siarczkujących, takich jak rury grzewcze rafinerii narażone na{18}}ropę naftową o wysokiej zawartości siarki (2–4% siarki) w temperaturze 1200–1600 stopni F (649–871 stopni). Doświadczenie terenowe z rurami grzewczymi z opóźnionym koksowaniem pokazuje, że Incoloy 890 wytrzymuje 3–5 razy dłużej niż 310H w identycznych warunkach.

Po drugie, zbilansowana zawartość niklu zapewniająca optymalną odporność na siarkę.Chociaż wysoka zawartość niklu jest korzystna w przypadku wielu form korozji, sam nikiel tworzy siarczki niklu o niskiej-topliwości-(Ni₃S₂, temperatura topnienia 1179 stopni F / 637 stopni), które mogą powodować katastrofalne w skutkach siarczkowanie-fazy ciekłej. Incoloy 890 zawiera 32–35% niklu-wystarczająco dużo, aby wytrzymać chlorkowe SCC, jeśli stanie się to problemem w dalszych procesach, ale wystarczająco mało, aby uniknąć poważnych problemów z siarczkowaniem niklu występujących w przypadku wyższych-stopów niklu, takich jak Incoloy 800 (32–35% Ni, w rzeczywistości podobny) i Inconel 600 (72% Ni). Zawartość niklu w stopie została starannie zoptymalizowana, aby zrównoważyć odporność na siarczkowanie i inne formy ataku.

Po trzecie, dodatki krzemu i manganu dla lepszej ochrony.Incoloy 890 zawiera 0,3–0,8% krzemu i 0,5–1,0% manganu. Pierwiastki te sprzyjają tworzeniu się-bogatej w krzemionkę (SiO₂) podwarstwy-pod warstwą siarczku chromu. Ta warstwa krzemionki dodatkowo zmniejsza dyfuzję siarki do metalu nieszlachetnego. Krzem jest szczególnie skuteczny w środowiskach siarczkujących; wiele stopów-odpornych na siarczkowanie (np. RA330, 353MA) opiera się na dodatkach krzemu. Zawartość manganu pomaga wiązać resztkową siarkę w postaci stabilnych siarczków manganu, zmniejszając aktywność siarki dostępną do ataku na chrom i żelazo.

Mechanizm uszkodzenia mniejszych stopów:W rurze grzewczej rafinerii przetwarzającej 3% ropę naftową zawierającą siarkę w temperaturze 1400 stopni F (760 stopni):

Stal nierdzewna 304H (18% Cr) w ciągu kilku tygodni tworzy kamień siarczku żelaza; odpryski kamienia, odsłaniające świeży metal; pocienienie ścianki rury typowo o 0,1 cala/rok

Stal nierdzewna 310H (24–26% Cr) działa lepiej, ale nadal ulega siarczkowaniu przy prędkości 0,02–0,05 cala/rok

Incoloy 890 (25–28% Cr + Si) ulega zasiarczeniu poniżej 0,005 cala/rok, zapewniając 10+ lat pracy

Typowe zastosowania:Rury grzejnikowe rafinerii (grzejniki ropy naftowej, próżniowe, koksownicze, do reformingu), rury przegrzewaczy i przegrzewaczy kotłów opalanych węglem-opalanych węglem-palniki o niskiej-NOx tworzą warunki siarczkujące), rury kotłów odpadowych-do- elektrowni (wysoka zawartość siarki z odpadów tworzyw sztucznych/gumy) oraz elementy kotłów do odzysku chemicznego w celulozowniach (siarka z ługu czarnego).

---

5. P: Jakie są najważniejsze wymagania spawalnicze rur Incoloy 864 w porównaniu do rur Incoloy 890?

A:Spawanie Incoloy 864 i Incoloy 890 wymaga zwrócenia uwagi na różne kwestie: utrzymanie odporności na wżery dla 864 i uniknięcie pęknięć na gorąco w przypadku 890. Obydwa stopy są ogólnie spawalne przy zastosowaniu odpowiednich procedur.

Dla rury Incoloy 864 (super-austenitycznej):

Wybór spoiwa:UżywaćERNiCrMo-3(Inconel 625) lubERNiCrMo-4(C-276) jako standardowe wypełniacze. Wypełniacz musi odpowiadać zawartości molibdenu w metalu nieszlachetnym lub przekraczać go (6–8%), aby zachować odporność na wżery.ERNiCrMo-3(9–10% Mo) jest preferowany do stosowania w wodzie morskiej i FGD. Nigdy nie używaj wypełniaczy ze stali nierdzewnej (308L, 316L)-tworzą one korozję galwaniczną i nie zawierają molibdenu.

Sterowanie dopływem ciepła:Maksymalna temperatura międzyściegowa: 250 stopni F (121 stopni). Dopływ ciepła ograniczony do 20–40 kJ/cal (8–16 kJ/cm). Większe ciepło doprowadzone może spowodować wytrącanie się-fazy bogatej w molibden (fazy sigma lub chi), co zmniejsza odporność na wżery o 50% lub więcej. Zamiast tkać, używaj koralików podłużnych.

Czyszczenie wstępne-spoin:Czyścić acetonem lub specjalną szczotką ze stali nierdzewnej. Używaj tarcz szlifierskich zarezerwowanych dla stopów niklu. Usuń wszelkie zanieczyszczenia stalą węglową.-Osadzone cząsteczki żelaza zaczną rdzewieć i zapoczątkować wżery.

Obróbka cieplna po-spawie (zwykle nie wymagana):W większości zastosowań Incoloy 864 stosuje się w stanie-spawanym. Aby uzyskać maksymalną odporność na korozję w trudnych warunkach (np. ciepła woda morska w warunkach stagnacji, szlam absorbera FGD), wyżarzanie rozpuszczające w temperaturze 1950–2050 stopni F (1066–1121 stopni), a następnie szybkie hartowanie w wodzie przywraca pełną odporność na wżery. Jest to rzadko wykonywane na rurach ze względu na ryzyko odkształcenia i zwykle jest zalecane tylko dla krytycznych rur wymienników ciepła.

W przypadku rury Incoloy 890 (odpornej-na siarczkowanie w wysokiej temperaturze-):

Wybór spoiwa:UżywaćER310LubER309wypełniacze ze stali nierdzewnej. Aby dopasować odporność na siarczkowanie,ER310Preferowany jest (25–28% Cr). W najcięższych środowiskach siarczkujących można stosować specjalistyczne wypełniacze o wysokiej-krzemach (np. ER312). Nigdy nie używaj wypełniaczy nisko-stopowych ani wypełniaczy-na bazie niklu o niskiej zawartości chromu.

Sterowanie dopływem ciepła:Maksymalna temperatura międzyściegowa: 300 stopni F (149 stopni). Dopływ ciepła ograniczony do 25–45 kJ/cal (10–18 kJ/cm). Nadmierne doprowadzenie ciepła może powodować wytrącanie się węglika chromu na granicach ziaren, zmniejszając odporność na siarczkowanie.

Zapobieganie pękaniu na gorąco:Incoloy 890, charakteryzujący się wysoką zawartością chromu i stosunkowo niską zawartością niklu, ma wyższą podatność na pękanie na gorąco niż standardowy 310H. Środki ostrożności obejmują:

Dokładnie oczyść powierzchnie.-Zanieczyszczenie siarką z płynów obróbkowych lub pisaków jest szczególnie szkodliwe

Użyj lekko wypukłego profilu ściegu spoiny-wklęsłe ściegi zwiększają ryzyko pękania

Unikaj nadmiernego utwierdzania spoiny.-Pozwól zespołowi na swobodne poruszanie się

Obróbka cieplna po-spawie (niewymagana):Incoloy 890 jest używany w stanie-spawanym. Wyżarzanie po-spawaniu przywróciłoby maksymalną odporność na siarczkowanie, ale jest niepraktyczne w przypadku spawania w terenie i rzadko zalecane.

Krytyczne ostrzeżenia:

Dla Incoloy 864:Nie używaj wypełniaczy ze stali nierdzewnej,-nie zawierają one molibdenu i tworzą-strefę spoiny podatną na korozję. Nie przegrzewaj.-Bez wyżarzania pełnego roztworu tworzenie fazy sigma jest nieodwracalne. Nie używaj zanieczyszczonych ściernic.-Osadzone w nich cząstki stali węglowej powodują wżery.

Dla Incoloy 890:Nie używaj wypełniaczy o niskiej zawartości-chromu (308L, 316L)-tworzą one słabe ogniwo zapobiegające atakowi siarczkowania. Nie używaj nadmiernego dopływu ciepła,-uwrażliwia to-strefę narażoną na ciepło. Nie spawaj bez oczyszczenia. Siarka-zawiera pozostałości-siarka sprzyja pękaniu na gorąco.

Wymagania kwalifikacyjne:

W przypadku Incoloy 864 do zastosowań w wodzie morskiej lub IOS, kwalifikacja procedury spawania powinna obejmować badanie korozji wżerowej zgodnie z normą ASTM G48 (chlorek żelaza) w celu sprawdzenia, czy spawane i-strefy poddane wpływowi ciepła zachowują wydajność równoważną PREN-. Standardowym kryterium akceptacji jest brak wżerów po 72 godzinach w temperaturze 77 stopni F (25 stopni) w przypadku większości zastosowań lub w temperaturze 104 stopni F (40 stopni) w przypadku bardziej wymagających zastosowań.

W przypadku Incoloy 890 stosowanego w procesie siarczkowania-w wysokiej temperaturze, kwalifikacja powinna obejmować badanie utleniania/siarczkowania-w podwyższonej temperaturze, chociaż nie istnieje żaden standardowy skodyfikowany test. Wielu operatorów rafinerii wymaga wykazania, że ​​złącze spawane nie staje się preferowanym miejscem ataku w wyniku narażenia na symulowany gaz procesowy o temperaturze.