Aké sú kritické požiadavky na zváranie rúr Incoloy 864 oproti rúram Incoloy 890?

1. Otázka: Aké sú základné rozdiely v zložení a vlastnostiach medzi fajkami Incoloy 864 a fajkami Incoloy 890?

A:Incoloy 864 a Incoloy 890 sú vysokovýkonné-austenitické nehrdzavejúce ocele, ale boli vyvinuté pre výrazne odlišné korózne prostredia. Ich rozdiely spočívajú predovšetkým v obsahu niklu, chrómu a molybdénu.

Incoloy 864 (UNS N08864)je vysoko legovaná austenitická nehrdzavejúca oceľ navrhnutá pre extrémnu odolnosť proti vodnej korózii. Jeho nominálne zloženie je 38–42 % niklu, 20–24 % chrómu, 6,0–8,0 % molybdénu, 1,0–2,0 % medi, 0,15–0,25 % dusíka a zvyšok železa. Táto zliatina sa vyznačuje mimoriadne vysokým obsahom niklu (približne 40 %) a vysokým obsahom molybdénu (6 – 8 %), čím sa zaraďuje do skupiny super{15}}austenitov. Kombinácia vysokého obsahu niklu a molybdénu poskytuje vynikajúcu odolnosť proti koróznemu praskaniu chloridom (SCC) a jamkovej korózii. Prídavok medi zvyšuje odolnosť voči redukčným kyselinám, ako je kyselina sírová a fosforečná. Obsah dusíka (0,15–0,25 %) stabilizuje austenitickú štruktúru a ďalej zlepšuje odolnosť proti jamkovej korózii. Incoloy 864 nevytvrdzuje zrážaním; získava svoju silu z pevného roztoku a dusíkového intersticiálneho spevnenia. Typická medza klzu je 35–50 ksi (241–345 MPa) pri izbovej teplote.

Incoloy 890 (UNS N08890)je zliatina železa-niklu-chrómu navrhnutá pre-vysokoteplotné sulfidizačné a oxidačné prostredia. Jeho nominálne zloženie je 32 – 35 % niklu, 25 – 28 % chrómu, 0,5 – 1,5 % molybdénu, 0,3 – 0,8 % kremíka, 0,5 – 1,0 % mangánu, 0,02 – 0,06 % uhlíka a zvyšok železa. Všimnite si výrazne nižší obsah niklu (~ 33 %) a nižší molybdén v porovnaní s Incoloy 864. Kľúčovým rozlišovacím znakom je veľmi vysoký obsah chrómu (25–28 %), ktorý je podstatne vyšší ako u štandardných nehrdzavejúcich ocelí (304L má 18 %, 310H má 24–26 %). Tento vysoký obsah chrómu v kombinácii s kontrolovaným kremíkom a mangánom poskytuje výnimočnú odolnosť voči sulfidácii (útoku plynov obsahujúcich síru -pri vysokej teplote) a oxidácii pri vysokých-teplotách. Incoloy 890 je pevný-roztok spevnený bez zámerných zrážacích-prísad vytvrdzovania. Typická medza klzu je 30–45 ksi (207–310 MPa) pri izbovej teplote.

Metalurgické dôsledky:Incoloy 864 je určený prevlhká, nízka-až{1}}stredná teplota (do 500 stupňov F / 260 stupňov ) vodná korózianajmä v morskej vode, kyslých soľankách a chemických procesoch obsahujúcich chloridy a redukujúce kyseliny. Nemá žiadne špeciálne-možnosti pre vysoké teploty. Incoloy 890 je určený presuchá, vysokoteplotná-prevádzka (1 000 – 1 800 stupňov F / 538 – 982 stupňov) v atmosfére-obsahujúcej síru, aké sa nachádzajú v rafinériách, elektrárňach a spaľovniach odpadu. Nemá špeciálnu odolnosť proti vodnej korózii.

Výber medzi nimi:Ak žiadosť zahŕňamorská voda, FGD (odsírenie spalín), alebo chemické spracovanie s chloridmi a redukčnými kyselinami, vyberte Incoloy 864. Ak aplikácia zahŕňavysokoteplotné sulfidizačné prostredia-ako sú rafinérske ohrievače, uhoľné-komponenty kotlov alebo potrubia spaľovne odpadu, vyberte Incoloy 890. Ich servisné obálky sa minimálne prekrývajú.

---

2. Otázka: Aké priemyselné normy a špecifikácie upravujú bezšvíkové rúry Incoloy 864 a Incoloy 890?

A:Na tieto dve zliatiny sa vzťahujú odlišné rámce špecifikácií v dôsledku ich odlišných aplikačných domén-chemické spracovanie pre 864 a vysokoteplotné{2}}rafinovanie/výroba energie pre 890.

Pre bezšvíkové potrubie Incoloy 864:

ASTM B677 / ASME SB677– Štandardná špecifikácia pre bezšvíkové rúry z niklu-železa-chrómu-molybdénu-meď-dusíkovej zliatiny. Toto je primárna špecifikácia pre UNS N08864 a podobné super-austenitické triedy (vrátane Incoloy 926). Zahŕňa chémiu, vlastnosti v ťahu, hydrostatické testovanie a rozmerové tolerancie.

ASTM B829– Všeobecné požiadavky na bezšvíkové rúry zo zliatiny niklu (doplnok k B677).

NORSOK M-630– Nórsky štandard pre ropu a plyn, ktorý zahŕňa Incoloy 864 pre morskú vodu a soľanku.

ASME kód pre kotly a tlakové nádoby, oddiel II, časť D– Poskytuje prípustné hodnoty napätia pre N08864 pri teplotách do približne 600 stupňov F (316 stupňov). Zliatina sa zvyčajne nepoužíva pri teplote vyššej ako 600 stupňov F kvôli zníženej odolnosti proti korózii.

Pre bezšvíkové rúry Incoloy 890:

ASTM B407 / ASME SB407– Štandardná špecifikácia pre bezšvíkové rúry z niklu-železa-chrómovej zliatiny. Incoloy 890 (UNS N08890) patrí do tejto špecifikácie ako vysoko-chrómový variant. Špecifikácia vyžaduje chemické overenie a ťahové skúšky.

ASTM B163 / ASME SB163– Bezšvíkové rúrky kondenzátora a výmenníka tepla, ktoré sa často používajú pri 890 rúrkach vo vysokoteplotných výmenníkoch tepla.

Puzdro ASME Code 2588– Umožňuje použitie Incoloy 890 (UNS N08890) v konštrukcii kotla a tlakovej nádoby ASME pre prevádzku až do 1800 stupňov F (982 stupňov) v sulfidizačnom prostredí.

API 938-C– Odporúčaný postup American Petroleum Institute pre použitie Incoloy 890 v komponentoch ohrievača rafinérie vystavených sírovej korózii.

Úvahy o obstarávaní:Bezšvíkové rúry Incoloy 864 sú dostupné vo viacerých globálnych závodoch, ale sú menej bežné ako Incoloy 926 (podobná super-austenitická kvalita). Dodacia lehota je zvyčajne 10-16 týždňov. Incoloy 890 je špeciálna trieda s obmedzenými zdrojmi mlynov; očakávajte dodacie lehoty 12–20 týždňov a vyššie náklady ako štandardná nehrdzavejúca oceľ 310H. Pre obe zliatiny vždy overte, či protokol o skúške materiálu dokumentuje správne číslo UNS a v prípade Incoloy 864 obsah dusíka (0,15 – 0,25 %).

---

3. Otázka: Prečo je bezšvové potrubie Incoloy 864 preferovaným materiálom pre systémy na odsírenie morskej vody a spalín (FGD)?

A:Bezšvové potrubie Incoloy 864 sa stalo popredným materiálom pre dve najnáročnejšie priemyselné korózne prostredia: manipuláciu s teplou morskou vodou a práčky na odsírenie spalín (FGD). Štyri špecifické vlastnosti vysvetľujú jeho nadradenosť nad inými super-austenitickými a niklovými zliatinami.

Po prvé, výnimočná odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v chloridoch.Ekvivalentné číslo odolnosti proti bodaniu (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) pre Incoloy 864 je približne 44–50, vypočítané takto:

Chróm: 20 – 24 %

Molybdén: 6,0–8,0 %

Dusík: 0,15 – 0,25 %

Tento PREN patrí medzi najvyššie zo všetkých komerčne dostupných austenitických nehrdzavejúcich ocelí. Na porovnanie:

Nerezová oceľ 316L: PREN ∼24–26

Duplex 2205: PREN ∼35–38

Incoloy 825: PREN ∼30–33

Incoloy 926: PREN ∼40–45

V teplej morskej vode s teplotou 80 – 120 stupňov F (27 – 49 stupňov) môže dokonca aj super duplexná nehrdzavejúca oceľ zaznamenať štrbinovú koróziu pod biologickým znečistením alebo usadeninami. Incoloy 864 odoláva jamkovej a štrbinovej korózii v morskej vode až do približne 150 stupňov F (65 stupňov ), vďaka čomu je vhodný pre chladiace systémy s tropickou morskou vodou, rozvody požiarnej vody a balastové potrubia, kde môžu byť teploty zvýšené.

Po druhé, vynikajúca odolnosť voči chloridovému koróznemu praskaniu (SCC).S približne 40 % niklu má Incoloy 864 výrazne vyšší obsah niklu ako štandardné austenitické nehrdzavejúce ocele (304L: 8–12 %) a dokonca vyšší ako mnohé super-austenitické druhy (Incoloy 926: 24–26 % Ni). Vysoký obsah niklu zásadne mení správanie SCC{10}}zliatina odoláva chloridovým SCC pri všetkých teplotách vyskytujúcich sa vo vodnej prevádzke, vrátane koncentrovaných soľných roztokov, kondenzátu pary s prenosom chloridov a morských atmosférických podmienok. Vďaka tomu je vynikajúcou voľbou pre potrubia plošín na mori, odsoľovacie zariadenia a pobrežné chemické zariadenia, kde je SCC stálou hrozbou.

Po tretie, vynikajúci výkon v prostredí so zmiešanou kyselinou FGD.Systémy odsírenia spalín vystavujú materiály komplexnému kokteilu kyseliny sírovej, kyseliny chlorovodíkovej, chloridov, fluoridov a kyseliny sírovej pri nízkom pH (1–4) a teplotách až do 200 stupňov F (93 stupňov). Kombinácia 6–8 % molybdénu a 1–2 % medi poskytuje výnimočnú odolnosť voči oxidačným aj redukčným kyslým podmienkam. Vysoký obsah niklu tiež odoláva korózii{10} spôsobenej chloridmi. Vo vežiach absorbéra FGD, vstupných kanáloch a výstupných kanáloch má Incoloy 864 v určitých zónach vyššiu výkonnosť ako vyššie-zliatiny molybdénu, ako je C-276, vďaka lepšiemu pomeru ceny{16}}k výkonu a primeranej odolnosti voči korózii pre väčšinu prostredí FGD.

Po štvrté, dobrá zvárateľnosť bez tepelného spracovania-zvaru.Na rozdiel od precipitačných-tvrditeľných zliatin je Incoloy 864 pevným-spevneným roztokom a možno ho zvárať pomocou štandardných techník so zodpovedajúcimi alebo prekrývajúcimi sa prídavnými kovmi (ERNiCrMo-3 alebo ERNiCrMo-4). Nevyžaduje sa žiadne tepelné spracovanie po zváraní, čo zjednodušuje výrobu a opravu v teréne.

Porovnávacie režimy zlyhania:Vo výmenníku tepla-chladenom morskou vodou na 110 stupňov F (43 stupňov) so stojatými štrbinami pod tesneniami:

V skúmavkách s objemom 316 l sa v priebehu 3 až 6 mesiacov objavia dierkové netesnosti

Duplex 2205 môže prežiť 2–4 roky, ale na tesneniach začína štrbinová korózia

Incoloy 864 poskytuje 15 – 20+ rokov služby, čo často prekračuje konštrukčnú životnosť zariadenia

Typické aplikácie:Potrubie na chladenie morskej vody (elektrárne, terminály LNG, odsoľovanie), systémy požiarnej vody (námorné plošiny), rozprašovacie hlavice s absorbérom FGD, podpery odstraňovača hmly, nákladné linky pre chemické tankery a potrubia bielidiel buničiny a papiera (služba oxidu chloričitého).

---

4. Otázka: Prečo je bezšvíková rúra Incoloy 890 preferovaným materiálom pre vysokoteplotné sulfidizačné prostredia v rafinériách?

A:Bezšvíkové rúry Incoloy 890 si získali široké uplatnenie v ropných rafinériách, uhoľných-elektrárňach a spaľovniach odpadu, kde plyny obsahujúce síru-pri vysokej teplote spôsobujú rýchlu sulfidáciu (napadnutie síry) štandardných nehrdzavejúcich ocelí. Jeho dominanciu vysvetľujú tri špecifické vlastnosti.

Po prvé, výnimočná odolnosť voči sulfidácii vďaka vysokému obsahu chrómu.Sulfidácia je forma vysokoteplotnej -korózie, pri ktorej síra reaguje so železom, niklom a chrómom za vzniku sulfidov s nízkym -topením-. Na rozdiel od oxidácie (ktorá vytvára ochrannú vrstvu Cr2O3), sulfidácia zvyčajne vytvára ne-ochranné, porézne šupiny, ktoré umožňujú pokračujúci rýchly útok. Kľúčom k odolnosti voči sulfidácii je udržanie dostatočného obsahu chrómu na vytvorenie ochrannej vrstvy sulfidu chrómu (Cr3S4 alebo Cr2S3), ktorá je stabilnejšia a menej priepustná ako sulfidy železa alebo niklu. Incoloy 890 obsahuje 25 – 28 % chrómu{10}}výrazne viac ako štandardný 310H (24 – 26 %) a oveľa viac ako 304H (18 – 20 %). Tento dodatočný chróm poskytuje bezpečnostnú rezervu v najtvrdších sulfidizačných prostrediach, ako sú rúrky ohrievačov rafinérie vystavené rope s vysokým -sírou (2 – 4 % síry) pri teplote 1 200 – 1 600 stupňov F (649 – 871 stupňov ). Skúsenosti v teréne s rúrkami s oneskoreným ohrevom koksu ukazujú, že Incoloy 890 vydrží 3–5 krát dlhšie ako 310H za rovnakých podmienok.

Po druhé, vyvážený obsah niklu pre optimálnu odolnosť voči síre.Zatiaľ čo vysoký obsah niklu je prospešný pre mnohé formy korózie, nikel samotný tvorí sulfidy niklu s nízkou teplotou topenia -- (Ni₃S₂, bod topenia 1179 stupňov F / 637 stupňov), ktoré môžu spôsobiť katastrofickú kvapalnú-fázovú sulfidáciu. Incoloy 890 obsahuje 32 – 35 % niklu- dosť vysoko na to, aby odolal chloridovému SCC, ak sa to stane problémom v následných procesoch, ale dostatočne nízke na to, aby sa predišlo vážnym problémom so sulfidáciou niklu, ktoré sa vyskytujú u zliatin s vyšším{10}}niklom, ako sú Incoloy 800 (32 – 35 % Ni, v skutočnosti podobné) a Inconel 600 (72 % Ni00). Obsah niklu v zliatine je starostlivo optimalizovaný na vyváženie odolnosti voči sulfidácii a iným formám napadnutia.

Po tretie, prísady kremíka a mangánu pre zvýšenú ochranu.Incoloy 890 obsahuje 0,3–0,8 % kremíka a 0,5–1,0 % mangánu. Tieto prvky podporujú tvorbu -podvrstvy- bohatej na oxid kremičitý (SiO₂) pod vrstvou sulfidu chrómu. Táto vrstva oxidu kremičitého ďalej znižuje difúziu síry do základného kovu. Kremík je obzvlášť účinný v sulfidizačnom prostredí; veľa zliatin odolných voči sulfidácii{10}}(napr. RA330, 353MA) sa spolieha na prísady kremíka. Obsah mangánu pomáha viazať zvyškovú síru ako stabilné sulfidy mangánu, čím sa znižuje aktivita síry, ktorá je k dispozícii na napadnutie chrómu a železa.

Mechanizmus zlyhania v menej zliatinách:V rúre rafinérie, ktorá spracováva surovú ropu s 3% sírou pri teplote 760 stupňov F:

Nerezová oceľ 304H (18% Cr) vytvára vodný kameň sulfidu železa v priebehu niekoľkých týždňov; úlomky, odhaľujúce čerstvý kov; stenčenie steny rúrky je typické o 0,1 palca/rok

Nerezová oceľ 310H (24–26 % Cr) má lepší výkon, ale stále dochádza k sulfidácii pri 0,02–0,05 palca/rok

Incoloy 890 (25 – 28 % Cr + Si) má rýchlosť sulfidácie pod 0,005 palca/rok a poskytuje 10+ rokov služby

Typické aplikácie:Rúrky ohrievačov rafinérie (surové, vákuové, koksovacie, reformovacie ohrievače), uhoľné-trubky prehrievača a dohrievača kotla (horáky s nízkym -NOx vytvárajú podmienky sulfidizácie), rúrky kotlov na odpad-do-energetiky (vysoký obsah síry z odpadových plastov/gumy) a chemické regeneračné kotly (komponenty kotlov na výrobu síry v celulóze).

---

5. Otázka: Aké sú kritické požiadavky na zváranie rúr Incoloy 864 oproti rúram Incoloy 890?

A:Zváranie Incoloy 864 a Incoloy 890 si vyžaduje pozornosť rôznym problémom: udržiavanie odolnosti proti jamkovej korózii pre 864 a zabránenie vzniku trhlín za tepla pre 890. Obe zliatiny sú vo všeobecnosti zvárateľné správnymi postupmi.

Pre potrubie Incoloy 864 (super-austenitické):

Výber prídavného kovu:PoužiteERNiCrMo-3(Inconel 625) prípERNiCrMo-4(C-276) ako štandardné plnivá. Plnivo sa musí zhodovať alebo presahovať obsah molybdénu základného kovu (6–8 %), aby sa zachovala odolnosť proti jamkovej korózii.ERNiCrMo-3(9–10 % Mo) sa uprednostňuje pre morskú vodu a službu FGD. Nikdy nepoužívajte výplne z nehrdzavejúcej ocele (308L, 316L)-vytvárajú galvanický korózny článok a chýba im molybdén.

Ovládanie prívodu tepla:Maximálna interpass teplota: 250 stupňov F (121 stupňov). Tepelný príkon obmedzený na 20–40 kJ/palec (8–16 kJ/cm). Vyšší tepelný príkon môže spôsobiť precipitáciu fáz bohatých na molybdén- (fázy sigma alebo chi), čo znižuje odolnosť proti bodovej korózii o 50 % alebo viac. Namiesto tkania použite navliekacie korálky.

Pred-čistenie zváraním:Čistite acetónom alebo špeciálnou kefou z nehrdzavejúcej ocele. Používajte brúsne kotúče vyhradené pre zliatiny niklu. Odstráňte všetku kontamináciu z uhlíkovej ocele-vložené železné častice, ktoré zhrdzavejú a iniciujú tvorbu jamiek.

Tepelné spracovanie po-zvare (vo všeobecnosti sa nevyžaduje):Vo väčšine aplikácií sa Incoloy 864 používa v-zvarenom stave. Pre maximálnu odolnosť proti korózii v náročných prostrediach (napr. teplá morská voda so stojatými podmienkami, suspenzia FGD absorbéra) rozpúšťacie žíhanie pri 1950 – 2050 stupňoch F (1 066 – 1 121 stupňoch) nasledované rýchlym ochladením vodou obnoví plnú odolnosť proti jamkovej korózii. Toto sa zriedka vykonáva na potrubí kvôli riziku deformácie a zvyčajne sa to špecifikuje len pre kritické rúrky výmenníka tepla.

Pre rúrky Incoloy 890 (odolné voči vysokej-sulfidácii-):

Výber prídavného kovu:PoužiteER310aleboER309výplne z nehrdzavejúcej ocele. Pre zodpovedajúcu odolnosť voči sulfidácii,ER310(25–28 % Cr). Špecializované plnivá s vysokým-silikónom (napr. ER312) môžu byť použité pre najtvrdšie sulfidizačné prostredia. Nikdy nepoužívajte nízko{8}}zliatinové plnivá alebo niklové{9}}plnivá s nízkym obsahom chrómu.

Ovládanie prívodu tepla:Maximálna interpass teplota: 300 stupňov F (149 stupňov). Tepelný príkon obmedzený na 25–45 kJ/palec (10–18 kJ/cm). Nadmerný prívod tepla môže spôsobiť precipitáciu karbidu chrómu na hraniciach zŕn, čím sa zníži odolnosť voči sulfidácii.

Prevencia praskania za tepla:Incoloy 890 s vysokým obsahom chrómu a relatívne nízkym obsahom niklu má vyššiu náchylnosť na praskanie za tepla ako štandardný 310H. Preventívne opatrenia zahŕňajú:

Dôkladne vyčistite povrchy-Znečistenie sírou z rezacích kvapalín alebo značkovacích pier je obzvlášť škodlivé

Použite mierne konvexný profil zvaru-konkávne húsenice zvyšujú riziko prasknutia

Vyhnite sa nadmernému zadržiavaniu zvarov,{0}}dovoľte zostave voľne sa pohybovať

Tepelné spracovanie po-zvare (nevyžaduje sa):Incoloy 890 sa používa v-zvarenom stave. Žíhanie po zváraní po zváraní by obnovilo maximálnu odolnosť voči sulfidácii, ale je nepraktické pre zváranie v teréne a zriedkavo špecifikované.

Kritické upozornenia:

Pre Incoloy 864:Nepoužívajte plnivá z nehrdzavejúcej ocele-nemajú molybdén a vytvoria zvar-zónu náchylnú na koróziu. Neprehrievajte-tvorba sigma fázy je nevratná bez úplného rozpúšťacieho žíhania. Nepoužívajte kontaminované brúsne kotúče-s časticami uhlíkovej ocele, ktoré spôsobujú jamkovú jamku.

Pre Incoloy 890:Nepoužívajte -plnidlá s nízkym obsahom chrómu (308L, 316L)-vytvárajú slabý článok pre útok sulfidácie. Nepoužívajte nadmerný prívod tepla-zvýši sa tým citlivosť tepelne-ovplyvnenej oblasti. Nezvárajte bez čistenia síry-obsahujúcej zvyšky-síry podporuje praskanie za tepla.

Kvalifikačné požiadavky:

V prípade Incoloy 864 v morskej vode alebo FGD by kvalifikácia postupu zvárania mala zahŕňať testovanie bodovej korózie podľa ASTM G48 (chlorid železitý), aby sa overilo, či si zvárané a tepelne-ovplyvnené zóny zachovávajú PREN-ekvivalentný výkon. Štandardným kritériom prijateľnosti je žiadna jamka po 72 hodinách pri 77 stupňoch F (25 stupňov) pre väčšinu aplikácií alebo pri 104 stupňoch F (40 stupňov) v prípade náročnejšej prevádzky.

Pre Incoloy 890 v službe vysokoteplotnej sulfidizácie by kvalifikácia mala zahŕňať testovanie oxidácie/sulfidácie pri zvýšenej teplote, hoci neexistuje štandardný kodifikovaný test. Mnoho prevádzkovateľov rafinérií vyžaduje preukázanie, že zvarový spoj sa nestane preferovaným miestom napadnutia vystavením simulovanému procesnému plynu pri teplote.