1. س: تفاوت های اساسی در ترکیب شیمیایی و عملیات حرارتی در میان لوله های Incoloy 800، 800H و 800HT چیست؟
A:سری Incoloy 800 از سه درجه مجزا تشکیل شده است-800، 800H، و 800HT- که هر کدام برای شرایط خدمات با دمای بالا مهندسی شده‌اند. در حالی که هر سه ترکیب پایه یکسانی از تقریباً 32.5٪ نیکل، 21٪ کروم و آهن متعادل دارند، تفاوت آنها در محتوای کربن کنترل شده، افزودن های آلیاژی عمدی و روش های عملیات حرارتی است.
Incoloy 800 (UNS N08800)دارای محتوای کربن حداکثر 0.10٪ بدون حداقل نیاز است. این محلول معمولاً در دمای 1800-2100 درجه فارنهایت (982-1149 درجه) آنیل شده و متعاقباً به سرعت خنک می شود. این درجه یک ساختار دانه نسبتاً درشت ایجاد می‌کند که استحکام کافی را برای دماهای متوسط فراهم می‌کند اما مقاومت خزشی آن را در مواجهه طولانی مدت با دمای بالا محدود می‌کند.
Incoloy 800H (UNS N08810)دارای محدوده کربن کنترل شده 0.05-0.10٪ وزنی است. این محلول باید در دمای حداقل 2100 درجه فارنهایت (1149 درجه) آنیل شود. این دمای بازپخت بالاتر همراه با محتوای کربن بالا، ساختار دانه‌ای ظریف‌تر و یکنواخت‌تر را ایجاد می‌کند (اندازه دانه ASTM No. 5 یا ریزتر). دانه‌های ریزتر به طور قابل‌توجهی قدرت پارگی خزش را افزایش می‌دهند، و 800H را برای دماهای بالاتر از 1100 درجه فارنهایت (593 درجه) مناسب می‌سازند، جایی که تغییر شکل وابسته به زمان{12}}به یک نگرانی طراحی تبدیل می‌شود.
Incoloy 800HT (UNS N08811)نشان دهنده پیشرفته ترین درجه است. همان محدوده کربن 800H (0.06-0.10٪) را حفظ می کند، اما مقادیر کنترل شده ای از آلومینیوم (0.15-0.60٪) و تیتانیوم (0.15-0.60٪) را اضافه می کند. این عناصر در طول سرویس در دمای بالا، رسوبات ریز Ni3 (Al, Ti) را تشکیل می دهند که باعث تقویت بارش می شود. دمای بازپخت محلول برای 800HT حتی بالاتر است-حداقل 2150 درجه فارنهایت (1177 درجه){15}} که عمداً ساختار دانه درشت تری ایجاد می کند که مقاومت خزشی را بهینه می کند. ترکیبی از تشکیل رسوب و اندازه دانه بهینه به 800HT استحکام دمایی بالا{18}در بین سه درجه می دهد.
از منظر عملی، انتخاب درجه صحیح مستلزم تطبیق قابلیت های مواد با دمای سرویس مورد انتظار، سطوح تنش و عمر قطعه مورد انتظار است. استفاده از استاندارد 800 بالاتر از 1100 درجه فارنهایت تحت تنش پایدار احتمالاً منجر به شکست زودرس خزش می‌شود، در حالی که تعیین 800HT برای کاربردهای دمای پایین‌تر هزینه‌های غیرضروری را بدون مزیت عملکرد اضافه می‌کند.
2. س: کدام کدهای صنعتی، استانداردها و مشخصات مواد برای لوله های Incoloy 800/800H/800HT اعمال می شود؟
A:لوله های سری Incoloy 800 تحت چارچوبی جامع از ASTM، ASME و استانداردهای بین المللی هستند که فرآیندهای تولید، تلرانس ها، الزامات آزمایش و تنش های مجاز طراحی را دیکته می کنند. درک این مشخصات برای تهیه، ساخت و انطباق با مقررات ضروری است.
مشخصات لوله اولیه:
ASTM B407 / ASME SB407– این مشخصات استاندارد برای لوله های نیکل بدون درز-آهن-آلیاژ کروم است. این هر سه گرید (N08800، N08810، N08811) را پوشش می‌دهد و شامل الزامات ترکیب شیمیایی، خواص کششی، آزمایش هیدرواستاتیک و تحمل‌های ابعادی است.
ASTM B163 / ASME SB163- به طور خاص برای کندانسور بدون درز و لوله های مبدل حرارتی کاربرد دارد. این مشخصات شامل کنترل‌های ابعادی دقیق‌تر و الزامات آزمایشی اضافی، مانند آزمایش‌های شعله‌ور شدن و مسطح کردن، برای اطمینان از یکپارچگی لوله برای خدمات انتقال حرارت است.
مشخصات تکمیلی برای سایر فرم های محصول:
ASTM B408 / ASME SB408- میله، میله و اشکال را می پوشاند که اغلب برای اتصالات و فلنج ها استفاده می شود.
ASTM B514- لوله های جوش داده شده را نشان می دهد، اگرچه ساخت و ساز بدون درز برای اکثر برنامه های نگهدارنده در دمای بالا و فشار{1} ترجیح داده می شود.
گنجاندن کد:کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار ASME (بخش دوم، قسمت D) مقادیر تنش مجاز را برای هر درجه در دماهای بالا ارائه می دهد. به طور بحرانی، 800H و 800HT مقادیر تنش مجاز قابل توجهی بالاتر از 1100 درجه فارنهایت را در مقایسه با استاندارد 800 دریافت می کنند. برای مثال، در دمای 1600 درجه فارنهایت (871 درجه)، 800HT ممکن است دو تا سه برابر بیشتر از استاندارد 800 تنش های مجاز داشته باشد که نشان دهنده مقاومت خزشی برتر آن است.
الزامات اضافی:هنگام تعیین این لوله ها، خریداران باید به موارد زیر نیز اشاره کنند:
ASME B36.19- ابعاد لوله فولادی ضد زنگ (که معمولاً برای این آلیاژهای نیکل اعمال می شود)
NACE MR0175/ISO 15156- برای کاربردهای خدمات ترش، اگرچه سری Incoloy 800 معمولاً اولین انتخاب برای محیط های ترک خوردگی استرس سولفید نیست.
همیشه بررسی کنید که گزارش آزمایش مواد (MTR) عدد UNS، دمای عملیات حرارتی و نتایج آزمایش مکانیکی صحیح را نشان دهد. برای 800H و 800HT، دمای بازپخت محلول باید به صراحت مستند شود تا تعیین درجه اعتبار سنجی شود.
3. س: چرا لوله Incoloy 800HT ماده ترجیحی برای لوله های کوره های ترک اتیلن است؟
A:کوره های کراکینگ اتیلن{0}}همچنین به عنوان کوره های پیرولیز شناخته می شوند-در برخی از سخت ترین شرایط در صنعت پتروشیمی کار می کنند. سیم پیچ ها و مبدل های خط انتقال باید فشارهای داخلی تا 30 بار (435 psi) را تحمل کنند در حالی که در معرض دمای گاز به 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) و دمای فلز نزدیک به 1800-1900 درجه فارنهایت (982-1038 درجه) قرار دارند. لوله Incoloy 800HT به دلیل چهار ویژگی عملکرد حیاتی به استاندارد صنعتی برای این کاربرد تبدیل شده است.
اول، خزش-قدرت پارگی برتر:ترکیب کربن کنترل شده (0.06-0.10%)، آلومینیوم و اضافات تیتانیوم (هر کدام 0.15-0.60%) و بازپخت محلول با دمای بالا (حداقل 2150 درجه فارنهایت / 1177 درجه) ریزساختاری ایجاد می کند که در برابر تغییر شکل{7} وابسته به زمان مقاومت می کند. در ترک اتیلن، لوله‌ها تنش حلقه‌ای پایدار را از فشار داخلی در دماهای شدید تجربه می‌کنند. فولادهای زنگ نزن آستنیتی استاندارد مانند 310H تحت این شرایط در عرض چند ماه برآمدگی کرده و از بین می روند. Incoloy 800HT عمر سرویس قابل اعتمادی را ارائه می دهد که در سال اندازه گیری می شود، معمولاً بین 5 تا 10 سال بسته به شدت عملیات، بین تعویض ها.
دوم، مقاومت استثنایی در برابر کربناتاسیون:فرآیند ترک هیدروکربنی کربن پیرولیتیک تولید می‌کند که می‌تواند در دیواره‌های لوله پخش شود{0}} پدیده‌ای به نام کربوریزاسیون. لایه‌های کربوره شکننده می‌شوند، شکل‌پذیری خود را از دست می‌دهند و عدم تطابق شدید انبساط حرارتی با فلز پایه بدون کربوره ایجاد می‌کنند. محتوای نیکل بالا (30-35٪) در Incoloy 800HT حلالیت و نفوذ کربن را در مقایسه با آلیاژهای نیکل کمتر کاهش می دهد. علاوه بر این، مقیاس اکسید غنی از کروم- که روی قطر داخلی لوله ایجاد می‌شود، به عنوان یک مانع انتشار عمل می‌کند. این حفاظت دوگانه به طور قابل توجهی طول عمر لوله را در محیط های کربن دار افزایش می دهد.
سوم، مقاومت در برابر خستگی حرارتی:کوره‌های اتیلن تحت چرخه‌های دک‌زدایی مکرر قرار می‌گیرند، جایی که بخار و هوا برای سوزاندن رسوبات کربن انباشته وارد می‌شوند. این چرخه ها باعث نوسانات سریع دما می شود که باعث ایجاد تنش های حرارتی می شود. ترکیبی از ضریب انبساط حرارتی متوسط (شبیه به فولادهای زنگ نزن آستنیتی) و شکل پذیری عالی در دمای بالا به 800HT اجازه می دهد تا هزاران چرخه حرارتی را بدون ترک خوردگی تحمل کند.
چهارم، مقاومت در برابر اکسیداسیون در دماهای شدید:محتوای 21٪ کروم باعث تشکیل یک مقیاس پیوسته و چسبنده Cr2O3 می شود که از اتلاف فلز در اثر اکسیداسیون محافظت می کند. حتی پس از خدمات طولانی مدت، ترازو محافظ باقی می ماند. در صورت بروز اختلال در مقیاس موضعی، محتوای بالای کروم و نیکل امکان اصلاح سریع را فراهم می کند.
تجربه میدانی تأیید می‌کند که کویل‌های کوره Incoloy 800HT که به درستی کار می‌کنند، دو تا سه برابر بیشتر از نسل‌های آلیاژی قبلی عمر می‌کنند و آن را به ماده معیار برای کارخانه‌های اتیلن مدرن تبدیل می‌کنند.
4. س: الزامات مهم جوشکاری و چالش های بالقوه هنگام اتصال به لوله های Incoloy 800/800H/800HT چیست؟
A:جوشکاری لوله‌های سری Incoloy 800 نیازمند توجه دقیق به انتخاب فلز پرکننده، کنترل حرارت ورودی، و ملاحظات عملیات حرارتی پس از جوش-است. جوشکاری نامناسب می‌تواند ویژگی‌های دمای بالای آلیاژ را خنثی کند و منجر به خرابی‌های زودرس در سرویس شود.
انتخاب فلز پرکننده:متداول ترین فلز پرکننده مشخص شده استERNiCr-3(طبقه بندی AWS A5.14)، که حاوی تقریباً 67٪ نیکل، 20٪ کروم و 2.5٪ منگنز است. این پرکننده استحکام و مقاومت خوبی در برابر اکسیداسیون دارد در حالی که با ویژگی های انبساط حرارتی فلز پایه مطابقت دارد. برای سخت‌ترین برنامه‌های{6}در دمای بالا،ERNiCrCoMo-1(Inconel 617) ممکن است مشخص شود، که قدرت خزش را در بالای 1600 درجه فارنهایت (871 درجه) ارائه می دهد. هرگز از پرکننده های فولاد ضد زنگ (مثلاً 308 لیتر یا 309 لیتر) استفاده نکنید زیرا مناطق رقیق سازی مستعد ترک خوردگی داغ و شکنندگی فاز سیگما را ایجاد می کنند.
کنترل دمای ورودی و بین پاسی:حرارت ورودی بیش از حد رایج ترین اشتباه جوشکاری است. برای Incoloy 800H و 800HT، که قدرت خزش خود را از ساختارهای دانه‌ای کنترل‌شده به دست می‌آورند، گرمای ورودی بالا می‌تواند باعث درشت شدن دانه در ناحیه تحت تأثیر گرما (HAZ) شود. این به صورت موضعی مقاومت خزش را کاهش می دهد و یک محل بالقوه شروع شکست ایجاد می کند. پارامترهای توصیه شده عبارتند از:
حداکثر دمای بینگذر: 200 درجه فارنهایت (93 درجه)
به جای بافتن از مهره های رشته دار استفاده کنید
حرارت ورودی را به تقریباً 25-45 کیلوژول در اینچ (10-18 کیلوژول بر سانتی متر) محدود کنید
از جوشکاری قوسی تنگستن گازی (GTAW) برای پاس‌های ریشه، به دنبال آن از جوشکاری قوس فلزی گازی (GMAW) یا جوشکاری قوس فلزی محافظ (SMAW) برای پاس‌های پر استفاده کنید.
تمیز کردن قبل از جوش و پیشگیری از آلودگی:گوگرد، فسفر و فلزات با نقطه ذوب پایین (مانند مس یا روی از مدادهای علامت گذاری یا ابزارهای جابجایی) می توانند باعث ترک خوردن داغ شوند. ناحیه جوش را با استون یا برس سیمی فولاد ضد زنگ به طور کامل تمیز کنید. از چرخ‌های سنگ‌زنی جداگانه استفاده کنید-هرگز از چرخ‌هایی که قبلاً روی فولادهای کربنی استفاده شده‌اند استفاده نکنید.
عملیات حرارتی پس از-جوش (PWHT):برخلاف بسیاری از فولادهای{0}}کربنی و کم آلیاژی، سری Incoloy 800 معمولاً برای ضخامت بخش‌هایی که معمولاً در لوله‌ها با آن مواجه می‌شوند (تا 2 اینچ / 50 میلی‌متر) نیازی به PWHT ندارند. با این حال، برای بخش‌های{5}دیوار سنگین یا زمانی که قطعه در محدوده خزشی کار می‌کند، ممکن است یک عملیات حرارتی بازپخت کامل محلول مشخص شود. این شامل حرارت دادن به 2100-2150 درجه فارنهایت (1149-1177 درجه) و به دنبال آن خنک شدن سریع است. بازپخت محلول میدانی به ندرت عملی است، بنابراین صلاحیت روش جوشکاری مناسب ضروری است.
عیوب رایج و پیشگیری:
ترک داغ:با حرارت ورودی کم، شرایط تمیز، و تطبیق فلزات پرکننده جلوگیری می شود
میکروفیسورینگ در HAZ:از برازش{0}}ها و رقیق شدن بیش از حد فلز پایه خودداری کنید
از دست دادن مقاومت در برابر خوردگی:گرمای بیش از حد می تواند باعث بارش کاربید کروم شود. از خنک کننده سریع برای مقاطع نازک استفاده کنید
روش‌های جوشکاری را با آزمایش‌های مکانیکی مناسب، از جمله آزمایش‌های کششی با دمای بالا، در صورتی که خدمات خزشی در نظر گرفته شده است، مطابق با بخش ASME IX تعیین کنید.
5. س: لوله های سری Incoloy 800 در کدام محیط های خورنده مزایای متمایز نسبت به فولادهای زنگ نزن استاندارد مانند 304L و 316L دارند؟
A:در حالی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند 304L و 316L آلیاژهای عالی-مقاوم در برابر خوردگی{3}}منظوره هستند، سری Incoloy 800 عملکرد عالی را در چندین محیط خاص و سخت ارائه می دهد. درک این تمایزات از کاربرد نادرست مواد و خرابی زودرس جلوگیری می کند.
اکسیداسیون{0}}در دمای بالا:بالاتر از 1500 درجه فارنهایت (816 درجه)، 304L و 316L پوسته پوسته شدن و پوسته پوسته شدن سریع را نشان می دهند. محتوای کروم آنها (18٪ برای 304L، 16-18٪ برای 316L) برای حفظ یک لایه اکسید محافظ در این دماها، به ویژه تحت چرخه حرارتی کافی نیست. کروم 21 درصدی Incoloy 800، همراه با 30 تا 35 درصد نیکل، مقیاس Cr2O3 چسبنده تر و خود ترمیمی را تشکیل می دهد که تا حدود 1800 درجه فارنهایت (982 درجه ) برای سرویس متناوب و 2009 درجه فارنهایت (1093 درجه فارنهایت) محافظت می کند. کاربردهایی که از این مزیت بهره می‌برند شامل اجزای کوره، تجهیزات عملیات حرارتی و مجرای{21}در دمای بالا می‌باشد.
ترک خوردگی تنشی کلریدی (SCC):این بدون شک مهمترین مزیت سری Incoloy 800 است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی در حضور اکسیژن در دماهای بالاتر از تقریباً 140 درجه فارنهایت (60 درجه) در برابر کلرید SCC حساس هستند. حتی غلظت کم کلرید (100-100 پی پی ام) می تواند باعث ایجاد ترک در 304 لیتر و 316 لیتر شود، به ویژه در شرایط تبخیری مانند سیستم های بخار، مبدل های حرارتی و لوله های عایق که خیس می شوند. محتوای نیکل بالاتر Incoloy 800 (30-35٪ در مقابل{13}--12٪ برای 304L/316L) اساساً مکانیسم SCC را تغییر می دهد. نیکل انرژی خطای انباشتگی آلیاژ را افزایش می دهد و آن را در برابر مسیر انحلال آندی که ترک های SCC را منتشر می کند، مقاوم تر می کند. Incoloy 800 در برابر کلرید SCC در تمام دماهایی که در سرویس های آبی با آن مواجه می شوند بسیار مقاوم است. این باعث می شود که آن را برای بخاری های آب تغذیه، لوله های مولد بخار و لوله های سکوی دریایی که امکان انتقال کلرید وجود دارد، انتخابی عالی باشد.
جوهای کربن دار:در محیط‌های حاوی گازهای حاوی کربن (CO، CH4، و غیره) در دمای بالا، کربن می‌تواند در سطوح آلیاژ پخش شود و کاربیدهای داخلی تشکیل دهد که مواد را ترد می‌کند. در حالی که 316L مقداری مقاومت ارائه می دهد، محتوای نیکل بالاتر Incoloy 800 به طور قابل توجهی انتشار کربن را کاهش می دهد. این مزیت به ویژه در فرآیندهای پتروشیمی مانند رفرم متانول، تولید هیدروژن و کوره های عملیات حرارتی با اتمسفر گرماگیر ارزشمند است.
ترک خوردگی تنشی پلی تیونیک اسید:در خدمات پالایشگاهی، فولادهای زنگ نزن آستنیتی که در حین جوشکاری یا قرار گرفتن در معرض دمای{0}بالا حساس می‌شوند، هنگام قرار گرفتن در معرض اسیدهای پلی‌تیونیک تشکیل‌شده از سولفیدهای آهن و رطوبت، می‌توانند ترک بخورند. محتوای نیکل بالاتر Incoloy 800 نیروی محرکه این نوع حمله را کاهش می دهد.
محدودیت های شناسایی:سری Incoloy 800 جایگزینی جهانی برای فولادهای ضد زنگ نیست. در محیط‌های اسیدی کاهش‌دهنده (مثلاً اسیدهای سولفوریک یا هیدروکلریک رقیق شده در دماهای پایین تا متوسط)، 316L اغلب با هزینه کمتر عملکرد مشابه یا بهتری دارد. علاوه بر این، Incoloy 800 با مقاومت حفره‌ای 316L در کلرید-حاوی محلول‌های آبی در دمای محیط{9}}تطابق ندارد، مولیبدن موجود در 316L (2-3%) مقاومت حفره‌ای خاصی را ارائه می‌کند که Incoloy 800 فاقد آن است.
تصمیم اقتصادی باید هزینه مواد اولیه را متعادل کند (Incoloy 800 معمولاً 3 تا 5 برابر بیشتر از 316 لیتر هزینه دارد) در برابر عواقب خرابی، عمر مفید مورد انتظار و دسترسی به تعمیر و نگهداری. لوله‌های سری Incoloy 800 برای سرویس‌های حساس،{5}}درجه حرارت بالا، یا SCC{6}}، قابلیت اطمینانی را ارائه می‌کنند که فولادهای ضد زنگ استاندارد نمی‌توانند با آن مطابقت داشته باشند.
