1. P: Koje su osnovne kompozicione i metalurške razlike između Incoloy 800H i Incoloy 925 bešavnih cijevi?
A:Incoloy 800H i Incoloy 925 služe potpuno različitim aplikacijama, a njihove razlike počinju hemijom i termičkom obradom.
Incoloy 800H (UNS N08810)je legura gvožđa-nikl-hroma dizajnirana za -uslugu puzanja pri visokim temperaturama. Njegov nominalni sastav je 30-35% nikla, 19-23% hroma i balans gvožđa. Ključna karakteristika je njegov kontrolirani sadržaj ugljika od 0,05-0,10% i obavezan tretman žarenja otopinom na minimalnoj temperaturi od 2100 stepeni F (1149 stepeni). Ovo -žarenje na visokim temperaturama proizvodi finu, ujednačenu strukturu zrna (ASTM veličina zrna br.. 5 ili finija). Legura ne sadrži namjerne dodatke molibdena, bakra ili titana. Njegova snaga na povišenim temperaturama potiče prvenstveno od ojačanja čvrstim rastvorom i njegove optimizovane strukture zrna, a ne od taložnog očvršćavanja.
Incoloy 925 (UNS N09925)je legura nikla-otvrdnjavajućeg nikla-gvožđa-hroma dobijena od Incoloy 825. Sastav joj je znatno složeniji: 42–46% nikla, 19,5–23,5% hroma, 2,5–3,5% molibdena, 15,5–3,5% važnih. 1,9–2,4% titanijuma i 0,1–0,5% aluminijuma. Dodaci titana i aluminijuma omogućavaju taložno stvrdnjavanje kroz formiranje Ni₃(Al,Ti) gama-prime čestica tokom termičkih tretmana kontrolisanog starenja. Incoloy 925 također sadrži molibden za otpornost na pitting i bakar za smanjenje otpornosti na kiseline. Njegova tipična zrnasta struktura je mnogo finija i projektovana je za visoku čvrstoću na temperaturama do približno 850 stepeni F (454 stepena), a ne za otpornost na puzanje na ekstremnim temperaturama.
Metalurške implikacije:Incoloy 800H proizlazi iz togasnaga puzanja na visokoj temperaturi(1100–1800 stepeni F / 593–982 stepeni). S porastom temperature omekšava, ali održava korisnu čvrstoću kroz inženjering granica zrna. Incoloy 925 ima svoju korisnostvisoka vlačna i čvrstoća tečenja na niskim do umjerenim temperaturama(kriogeno do 850 stepeni F). Njegova snaga se postiže kroz tretman starenja u dva- koraka: žarenje u rastvoru na 1800 stepeni F (982 stepena), nakon čega sledi očvršćavanje na 1325 stepeni F (718 stepeni) i 1150 stepeni F (621 stepen). Tipične granice popuštanja za Incoloy 925 prelaze 100 ksi (690 MPa), dok Incoloy 800H nudi približno 30-45 ksi (207-310 MPa) na sobnoj temperaturi, značajno opadajući na povišenim temperaturama.
Odabir između njih zahtijeva jasan odgovor na jedno pitanje: Da li aplikacija zahtijeva otpor premavisoko{0}}puzanje temperature(odaberite 800H) ilivisoka-snaga plus otpornost na koroziju u kiselim/naftnim sredinama(odaberite 925)?
2. P: Koji industrijski standardi i specifikacije regulišu Incoloy 800H i Incoloy 925 bešavne cijevi?
A:Dvije legure potpadaju pod potpuno različite okvire specifikacija jer služe različitim industrijama. Razumijevanje ovih standarda je od suštinskog značaja za nabavku i usklađenost sa propisima.
Za bešavne cijevi Incoloy 800H:
ASTM B407 / ASME SB407– Standardna specifikacija za bešavne cijevi od legure nikla-gvožđa-kroma. Ovo je primarna specifikacija koja pokriva N08810 (800H), kao i N08800 (800) i N08811 (800HT).
ASTM B163 / ASME SB163– Bešavne cijevi kondenzatora i izmjenjivača topline. Ova specifikacija se često poziva za 800H cijevi u petrohemijskim izmjenjivačima topline.
ASME šifra kotla i posude pod pritiskom, odjeljak II, dio D– Pruža dozvoljene vrijednosti naprezanja za 800H na povišenim temperaturama. Kritično je da 800H prima znatno veća dozvoljena naprezanja iznad 1100 stepeni F u poređenju sa standardnim Incoloy 800.
ASTM B829– Opšti zahtjevi za bešavne cijevi od legure nikla (dopuna B407).
Za bešavne cijevi Incoloy 925:
ASTM B983– Standardne specifikacije za bešavne cijevi od legure nikla-otvrdnjavanja nikla{{1}gvožđa-kroma (posebno razvijene za UNS N09925). Ovo je primarna specifikacija cijevi.
ASTM B805– Pokriva šipku i šipku za Incoloy 925, koji se često pominje za fitinge i mašinski obrađene komponente.
API 6ACRA– Specifikacija Američkog instituta za naftu za legure na bazi nikla-očvrsle{1}} koje se koriste u kiseloj upotrebi. Incoloy 925 se često nalazi na listi za komponente u bušotinama i površinsku opremu.
NACE MR0175 / ISO 15156– Ovo je vjerovatno najvažniji standard za Incoloy 925. On certificira leguru za upotrebu u kiselim (H₂S-sadrži) okruženjima nafte i plina. Standard specificira maksimalne granice tvrdoće (obično 35 HRC ili niže) i prihvatljive uslove termičke obrade kako bi se spriječilo pucanje pod naprezanjem sulfida.
Dodatna razmatranja:Za Incoloy 800H, izvještaj o ispitivanju materijala mora dokumentirati temperaturu žarenja otopine (minimalno 2100 stepeni F / 1149 stepeni) i veličinu zrna (ASTM br . 5 ili finiji). Za Incoloy 925, kupac mora navesti da li je cijev potrebna u stanju-žarenom stanju (mekana, za naknadnu hladnu obradu) ili u odležanom stanju (tvrda, za direktan servis). Većina bešavnih cijevi se isporučuje u otopini-žarenoj i hladno-obrađenoj stanju, a zatim odležanu od strane proizvođača nakon oblikovanja i zavarivanja, ili se isporučuju prethodno{10}}odležane u mlinu.
3. P: Zašto je Incoloy 800H bešavna cijev poželjan materijal za petrohemijske peći na visokim{2}}temperaturama i servis izmjenjivača topline?
A:Bešavne cijevi Incoloy 800H su postale referentni materijal u petrohemijskoj industriji za primjene koje uključuju trajno izlaganje visokim{1}}temperaturama u kombinaciji sa unutrašnjim pritiskom. Tri specifične karakteristike objašnjavaju njegovu dominaciju.
Prvo, optimizirana snaga{0}}puzanja na pucanje kroz kontrolu veličine zrna.Za razliku od standardnog Incoloy 800, koji može imati grubu i nekontrolisanu zrnastu strukturu, 800H je rastvor žaren na minimalnoj temperaturi od 2100 stepeni F (1149 stepeni) da bi se dobila fina, ujednačena zrnasta struktura (ASTM br. 5 ili finija). Ova finozrnasta struktura pruža superiornu otpornost na deformaciju puzanja pod dugotrajnim-naponom na temperaturama između 1100 stepeni F i 1800 stepeni F (593–982 stepena). U cijevima peći za krekiranje etilena, zaglavljima reformatora i pigtailovima, komponente moraju izdržati obručna naprezanja od unutrašnjih pritisaka do 500 psi (3,4 MPa) na temperaturama metala od 1600–1700 stepeni F (870–927 stepeni). Pod ovim uslovima, standardni 800 bi doživeo neprihvatljivo naprezanje puzanja (ispupčenje) u roku od nekoliko meseci, dok 800H pruža pouzdan servis 5-10 godina ili više. Larson-Millerov parametar koji se obično koristi za predviđanje vijeka puzanja pokazuje da 800H nudi približno 10 puta duži vijek trajanja od loma od standardnog 800 pri ekvivalentnom naprezanju i temperaturi.
Drugo, izuzetna otpornost na karburizaciju i oksidaciju.Sadržaj hroma od 19-23% pospješuje stvaranje kontinuiranog, prianjajućeg kamenca hrom-oksida (Cr₂O₃) na svim površinama izloženim plinu visoke-temperature. Ova skala djeluje kao difuzijska barijera protiv ugljika, kisika i dušika. U servisu krekiranja ugljikovodika, difuzija ugljika (ugljičenje) je primarni mehanizam kvara. Karburizirani slojevi postaju krhki, gube duktilnost i razvijaju neusklađenost termičkog širenja što dovodi do pucanja tokom termičkog ciklusa. Visok sadržaj nikla (30-35%) dodatno smanjuje rastvorljivost ugljika i difuziju u osnovnom metalu. Iskustvo na terenu potvrđuje da cijevi od 800H održavaju duktilnost i strukturni integritet nakon godina izlaganja naugljičenju, dok se niže-legure nikla kao što je nehrđajući čelik 310H brže karburiziraju.
Treće, otpornost na termički zamor tokom ciklusa odkoksovanja.Petrohemijske peći zahtijevaju periodično dekoksiranje kako bi se uklonile naslage ugljika. Ovo uključuje uvođenje pare i zraka za sagorijevanje nakupljenog ugljika, stvarajući brze promjene temperature od normalne radne temperature (∼1600 stepeni F) do blizu-ambijentalne i natrag. Ovi termalni ciklusi izazivaju značajno opterećenje. Umjereni koeficijent toplinske ekspanzije Incoloy 800H (slično austenitnom nehrđajućem čeliku) u kombinaciji s odličnom duktilnošću na visokim{6}}temperaturama omogućava mu da izdrži stotine ili hiljade termičkih ciklusa bez stvaranja pukotina. Fina, ujednačena struktura zrna takođe je otporna na kavitaciju na granici zrna, preteču kvara usled termičkog zamora.
Primjeri primjene:Izlazni cjevovodi iz reformatora vodonika, izmjenjivači prijenosnih linija za krekiranje etilena, kotlovi za otpadnu toplinu postrojenja amonijaka i cijevi pregrijača u visokotemperaturnoj parnoj službi. U svim ovim slučajevima, 800H pruža neophodnu ravnotežu čvrstoće puzanja, otpornosti na okoliš i vijeka trajanja termičkog zamora kojem standardni nehrđajući čelici ne mogu parirati.
4. P: Zašto je Incoloy 925 bešavna cijev poželjan materijal za primjenu kisele nafte i plina u bušotinama i podmorju?
A:Incoloy 925 bešavne cijevi su široko prihvaćene u industriji nafte i plina za teške kisele radne okoline gdje su istovremeno potrebna visoka čvrstoća, otpornost na koroziju i otpornost na pucanje sulfidnim stresom (SSC). Nijedno jedno svojstvo ne objašnjava njegov uspjeh-već je kombinacija pet projektiranih karakteristika.
Prvo, padavine{0}}očvrsnule su snagu.Kroz termičku obradu kontrolisanog starenja, Incoloy 925 postiže granicu tečenja u rasponu od 80 do 120 ksi (552–827 MPa) uz održavanje dobre duktilnosti (15–25% istezanja). Ovaj nivo čvrstoće je od suštinskog značaja za duboke bunare (15.000–25.000 stopa / 4.500–7.600 metara) gde su pritisci kolapsa i pucanja ekstremni, kao i za podmorske spojnice gde cev mora da izdrži instalacijska opterećenja i radne pritiske. Standardni austenitni nerđajući čelici poput 316L ne mogu postići ove nivoe čvrstoće bez hladnog rada, što smanjuje otpornost na koroziju. Incoloy 800H, sa tipičnom granom tečenja od 35 ksi (241 MPa), potpuno je neadekvatan za ove mehaničke zahtjeve.
Drugo, usklađenost sa NACE MR0175/ISO 15156.Ovaj međunarodni standard certificira metalne materijale za kiselu upotrebu gdje je prisutan H₂S. Incoloy 925 je eksplicitno naveden u standardu za upotrebu u okruženjima do 0,1 bara (1,45 psi) H₂S parcijalnog pritiska i više uz odgovarajuću kontrolu tvrdoće. Otpornost legure na pucanje sulfidnim naprezanjem proizlazi iz njene pažljivo kontrolisane mikrostrukture. Gama-primarni precipitati (Ni₃(Al,Ti)) su koherentni sa austenitnom matricom, proizvodeći ujednačeno stvrdnjavanje bez stvaranja visoko dislociranih ili martenzitnih struktura koje su osjetljive na SSC. Dodatno, standard zahtijeva maksimalnu tvrdoću od 35 HRC (ili 38 HRC u specifičnim uvjetima), koju Incoloy 925 može lako postići u ostarjelom stanju.
Treće, otpornost na pucanje hloridnim stresom od korozije (SCC).Visok sadržaj nikla (42–46%) suštinski menja ponašanje SCC. Za razliku od nerđajućeg čelika (8-12% Ni), koji je veoma osetljiv na hlorid SCC iznad 140 stepeni F (60 stepeni), Incoloy 925 otporan je na SCC na svim temperaturama koje se susreću u proizvodnji nafte i gasa, uključujući{8}}duboke bušotine i linije za ubrizgavanje pare. Ova otpornost je kritična u okruženjima u kojima formacijske vode sadrže hiljade ppm hlorida.
Četvrto, otpornost na koroziju na udubljenje i pukotine od molibdena.Sadržaj molibdena od 2,5-3,5% pruža otpornost na lokalizirani napad u slanim otopinama koje sadrže klorid-. Ekvivalentni broj otpornosti na piting (PREN=%Cr + 3.3×%Mo) za Incoloy 925 je približno 30–33, značajno veći od nehrđajućeg čelika 316L (PREN ∼24–26). To dovodi do viših kritičnih temperatura udubljenja i boljih performansi u stagnirajućim ili napuknutim uvjetima koji su uobičajeni za završetak bušotina i podmorska oprema.
Peto, dodatak bakra za smanjenje otpornosti na kiselinu.Sadržaj bakra od 1,5-3,0% pruža zaštitu od redukujućih kiselina kao što su tragovi sumporne ili hlorovodonične kiseline koje mogu biti prisutne u sistemima kiselog gasa zbog hemijskih tretmana ili hemije formiranja. Ovaj pasivni film-koji sadrži bakar je posebno koristan u okruženjima s H₂S i CO₂ gdje se mogu formirati male količine kondenziranih kiselina.
Tipične primjene:Cijevi za proizvodnju u bušotini, pakeri, podzemni sigurnosni ventili, podmorski razdjelnici, tijela prigušnice i komponente božićnog drvca. U ovim aplikacijama, Incoloy 925 se takmiči sa drugim legurama-kaljenim prema padavinama kao što su Inconel 718 i Inconel 725. Često se bira kada je okruženje manje ozbiljno od onoga što zahtijeva Inconel 718, ali premašuje mogućnosti dupleks ili super duplex nerđajućeg čelika.
5. P: Koji su kritični zahtjevi za zavarivanje i toplinsku obradu za Incoloy 800H u odnosu na Incoloy 925 bešavne cijevi?
A:Prakse zavarivanja i termičke obrade za ove dvije legure se suštinski razlikuju jer Incoloy 925 otvrdnjava-precipitacijsko, dok Incoloy 800H nije. Primjena pogrešne procedure dovodi do trenutnog kvara ili ozbiljnog smanjenja vijeka trajanja.
Za bešavne cijevi Incoloy 800H:
Izbor metala za punjenje:KoristiERNiCr-3(AWS A5.14) kao standardno punilo. Za najzahtjevnije usluge puzanja iznad 1500 stepeni F (816 stepeni),ERNiCrCoMo-1(Inconel 617) pruža superiornu čvrstoću-na povišenoj temperaturi. Nikada nemojte koristiti punila od nehrđajućeg čelika, koja stvaraju lomljive zone{3}}zahvaćene toplinom.
Kontrola unosa toplote:Održavajte međuprolazne temperature ispod 200 stepeni F (93 stepena). Umjesto tkanja, koristite perle sa vezicama. Ograničite unos toplote na 25–45 kJ/inč (10–18 kJ/cm). Prekomjeran unos topline grubi fino zrnastu strukturu koja daje 800H otpornost na puzanje, negirajući prednost žarenja otopinom od 2100 stepeni F.
Pre{0}}čišćenje zavarivanja:Uklonite sve zagađivače koji sadrže sumpor, fosfor i niske-tačke{1}}tačke. Koristite namjenske brusne ploče od -legure nikla. Očistite acetonom prije zavarivanja.
Termička obrada nakon{0}zavarivanja (PWHT):Generalno nije potrebno za debljine zidova tipične za cijevi (do 2 inča / 50 mm). Za teške-presjeke zida ili komponente koje zahtijevaju maksimalnu snagu puzanja, žarenje punim rastvorom na 2100 stepeni F (1149 stepeni) praćeno brzim hlađenjem vraća optimizovanu strukturu zrna. PWHT na terenu je rijetko praktičan, tako da je pažljiva kvalifikacija procedure neophodna.
Za bešavne cijevi Incoloy 925:
Izbor metala za punjenje:KoristiERNiCrMo-3(Inconel 625) iliERNiCrMo-10(Inconel 622). Ovi punioci koji sadrže molibden- odgovaraju ili premašuju otpornost osnovnog metala na koroziju.Nikada nemojte koristitiERNiCr-3 (kome nedostaje molibden) ili bilo koje punilo od nehrđajućeg čelika.
Kontrola unosa toplote:Čak i stroži nego za 800H. Maksimalna temperatura između prolaza: 200 stepeni F (93 stepena). Unos toplote ograničen na 20–35 kJ/inč (8–14 kJ/cm). Veći unos topline uzrokuje prekomjerno starenje zone{10}zahvaćene toplinom ili, još gore, početno otapanje precipitata na granici zrna.
Termička obrada nakon{0}zavarivanja je obavezna za stare aplikacije:Incoloy 925 je tipično zavaren u otopini-žarenom stanju (meko). Nakon zavarivanja, cijeli sklop mora proći potpunu termičku obradu-otvrdnjavanjem:
Rešenje žarenje(ako je potrebno za ublažavanje naprezanja zavarivanja): 1800 stepeni F (982 stepena) tokom 1 sata po inču debljine, nakon čega sledi brzo hlađenje (gašenje vodom)
Prvi korak starenja:1325 stepeni F (718 stepeni) tokom 8 sati, nakon čega sledi hlađenje peći na 1150 stepeni F (621 stepen)
Drugi korak starenja:Držite na 1150 stepeni F (621 stepen) 8 sati, a zatim ohladite na vazduhu
Ovo-starenje u dva koraka proizvodi gama-prime (Ni₃(Al,Ti)) precipitate koji daju snagu. Zavarivanje bez naknadnog starenja proizvodi meku strukturu sa samo 40-50 ksi (276-345 MPa) jačinom tečenja-potpuno neadekvatno za većinu primjena na naftnim poljima. Zavarivanje u -ostarjelom stanju je moguće, ali postoji rizik od starenja ili pucanja i ne preporučuje se za komponente koje-sadrže pritisak.
Kritično upozorenje:Nikada ne pokušavajte zavariti Incoloy 925 koristeći procedure razvijene za Incoloy 800H. Odsustvo starenja nakon -zavara ostavit će zavareni spoj u mekom, slabom stanju podložnom koroziji i mehaničkom kvaru. Suprotno tome, starenje Incoloy 800H je nepotrebno i ne donosi nikakvu korist dok dodaje troškove i rizik od izobličenja.
Zahtjevi za kvalifikaciju:Za Incoloy 925 u kiseloj upotrebi, postupci zavarivanja moraju biti kvalifikovani ispitivanjem tvrdoće prema NACE MR0175. Tvrdoća u zoni -zahvaćenom toplinom i metalu šava ne smije prelaziti navedene granice (obično 35 HRC maksimum). Ovo često zahtijeva pažljivu kontrolu unosa topline i, u nekim slučajevima, ciklus žarenja i ponovnog starenja nakon{5}}otopine zavarivanja{6}}da bi se vratila i čvrstoća i prihvatljiva tvrdoća.
