1. س: ترکیب شیمیایی معمول لوله بدون درز Incoloy 825 چیست و هر عنصر چگونه به عملکرد آن کمک می کند؟
A:
Incoloy 825 (UNS N08825) یک آلیاژ نیکل-آهن-کروم با افزودنهای کنترلشده مولیبدن، مس و تیتانیوم است. یک لوله معمولی بدون درز گرد دارای محدوده های ترکیبی زیر است:
نیکل (Ni):38.0 - 46.0٪ - پایداری آستنیتی، مقاومت در برابر ترک خوردگی تنش کلرید (SCC) را فراهم می کند و پایه ای را برای عملکرد عالی آلیاژ در کاهش اسیدها تشکیل می دهد.
کروم (Cr):19.5 - 23.5٪ - ضروری برای تشکیل یک فیلم اکسید Cr2O3 غیرفعال که از محیط های اکسید کننده محافظت می کند و به مقاومت در برابر خوردگی عمومی کمک می کند.
آهن (آهن):تعادل (معمولاً 22 تا 32٪) - یکپارچگی ساختاری و حجمی مقرون به صرفه را فراهم می کند در حالی که کارایی خوب را امکان پذیر می کند.
مولیبدن (Mo):2.5 - 3.5٪ - برای مقاومت در برابر خوردگی حفره ای و شکافی در محیط های حاوی کلرید بسیار مهم است. مولیبدن پایداری فیلم غیرفعال را افزایش می دهد.
مس (مس):1.5 - 3.0٪ - مقاومت فوق العاده ای در برابر اسیدهای سولفوریک و فسفریک ایجاد می کند. مس عنصر کلیدی است که به 825 اجازه می دهد تا در کاهش محیط اسیدی عمل کند.
تیتانیوم (Ti):0.6 - 1.2٪ - به عنوان یک عنصر تثبیت کننده اضافه شده است. تیتانیوم ترجیحاً با کربن ترکیب میشود و TiC را تشکیل میدهد و از رسوب کاربید کروم در مرز دانهها (حساس شدن) در هنگام جوشکاری یا قرار گرفتن در معرض دمای بالا جلوگیری میکند.
کربن (C):کمتر یا مساوی 0.05٪ (معمولا 0.02-0.03٪) - پایین نگه داشته می شود تا تشکیل کاربید به حداقل برسد.
منگنز (Mn):کمتر یا مساوی 1.0%سیلیکون (Si):کمتر یا مساوی 0.5%گوگرد (S):کمتر یا مساوی 0.03٪ - به عنوان باقیمانده برای تمیزی کنترل می شود.
تثبیت تیتانیوم یک تمایز کلیدی از آلیاژهای تثبیت نشده-است. هنگامی که یک لوله بدون درز گرد جوش داده می شود یا در معرض دماهایی در محدوده حساسیت (550-750 درجه / 1022-1382 درجه فارنهایت) قرار می گیرد، تیتانیوم کربن را به هم می بندد و کروم را در ماتریکس برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی در دسترس می گذارد. بدون این تثبیت، کاربیدهای کروم در مرزهای دانه تشکیل می شوند که منجر به حمله بین دانه ای می شود.
عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN)برای 825 معمولاً 30-34 است که به صورت زیر محاسبه می شود:
PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N (با نیتروژن ≈ 0.03%). این 825 را بالاتر از 316L (PREN 24-26) اما پایین تر از درجه های فوق آستنیتی مانند آلیاژهای 6٪ مو (PREN 42-48) قرار می دهد.
2. س: تفاوت های کلیدی بین لوله بدون درز گرد Incoloy 825 و لوله استاندارد فولاد ضد زنگ 316L در محیط های خورنده چیست؟
A:
لوله بدون درز گرد Incoloy 825 مزایای عملکردی قابل توجهی را نسبت به 316 لیتر در چندین محیط تهاجمی ارائه می دهد، هرچند با هزینه اولیه بالاتر.
1. مقاومت اسید سولفوریک (H2SO4):
316Lمقاومت بسیار محدودی در اسید سولفوریک دارد. در غلظت 10 تا 50 درصد و دماهای بالاتر از 50 درجه (122 درجه فارنهایت)، 316 لیتر خوردگی عمومی سریع را تجربه می کند (نرخ > 1 میلی متر در سال).
Incoloy 825به دلیل محتوای مس آن (1.5-3.0٪) برتر است. مس در محیطهای اسیدی کاهشدهنده غیرفعالسازی را ترویج میکند. 825 در 0-70% H2SO4 در دماهای تا 80 درجه (176 درجه فارنهایت) با نرخ خوردگی معمولاً کمتر از 0.1 میلیمتر در سال قابل استفاده است. برای 30-50٪ H2SO4 در 60 درجه، 825 اغلب ماده انتخابی است.
2. مقاومت اسید فسفریک (H3PO4):
316Lاز حمله تهاجمی در اسید فسفریک فرآیند مرطوب (حاوی کلریدها، فلوریدها و سولفاتها) در دمای 70 تا 90 درجه رنج میبرد.
Incoloy 825خدمات قابل اعتمادی را به دلیل اثر هم افزایی مولیبدن و مس ارائه می دهد. به طور گسترده ای در اواپراتورهای اسید فسفریک، مبدل های حرارتی و لوله کشی استفاده می شود.
3. حفره کلرید و خوردگی شکاف:
316L(PREN 24-26) ایجاد حفره در آب دریا یا آب نمک های کلرید بالا طی هفته ها تا چند ماه در دمای بالاتر از 25 درجه رخ می دهد.
Incoloy 825(PREN 30-34) بهبود قابل توجهی را ارائه می دهد. این می تواند 20000 تا 30000 ppm کلرید را در دمای 80 درجه با حداقل خطر ایجاد حفره تحمل کند. با این حال، برای کلریدهای بسیار بالا یا آب دریا بالاتر از 40 درجه، درجات فوق آستنیتی (PREN > 40) توصیه میشود.
4. ترک خوردگی تنش کلریدی (SCC):
316Lدر محلول های کلرید داغ بالای 60 درجه (140 درجه فارنهایت) به SCC حساس است، به ویژه در حضور اکسیژن و تنش های کششی.
Incoloy 825دارای محتوای نیکل بالا (38-46٪) است که مقاومت عالی در برابر کلرید SCC ایجاد می کند. این آلیاژ حتی در آزمایشهای کلرید منیزیم در حال جوش-که 316L ظرف چند ساعت از کار میافتد، انعطافپذیر و بدون ترک باقی میماند.
5. مقایسه هزینه:
لوله 316 لیتریتقریباً 1× خط پایه است.
لوله Incoloy 825معمولاً 3 تا 5 برابر هزینه 316 لیتر به ازای هر کیلوگرم است. با این حال، زمانی که عمر سرویس از ماه ها به دهه ها افزایش می یابد، هزینه چرخه عمر اغلب به نفع 825 است.
خلاصه:316L را برای سرویس ملایم (آب تمیز، اسیدهای رقیق در دمای اتاق) انتخاب کنید. Incoloy 825 را برای خدمات اسید سولفوریک/فسفریک، کلریدهای داغ یا محیطهایی که خطر SCC وجود دارد، انتخاب کنید.
3. س: چه فرآیندهای تولیدی برای تولید لوله بدون درز گرد Incoloy 825 استفاده می شود و چه استانداردهایی بر تولید آن حاکم است؟
A:
لوله بدون درز گرد Incoloy 825 از طریق یک توالی کنترل شده دقیق از عملیات گرم و سرد تولید می شود.
فرآیند تولید:
ذوب و تصفیه- آلیاژ معمولاً با ذوب قوس الکتریکی (EAF) و به دنبال آن کربن زدایی با اکسیژن آرگون (AOD) یا کربن زدایی اکسیژن خلاء (VOD) برای دستیابی به کنترل دقیق کربن، گوگرد و نیتروژن تولید می شود. برای کاربردهای حیاتی (هسته ای،-فشار بالا)، ذوب القایی خلاء (VIM) ممکن است استفاده شود.
ریخته گری شمش یا بیلت- مذاب تصفیه شده به شمش های گرد یا بیلت های ریخته گری پیوسته ریخته می شود. شمش ها متعاقباً برای از بین بردن عیوب سطحی، شرطی می شوند (سنگ زدن، چرخاندن).
سوراخ کردن داغ (فرایند Mannesmann)- بیلت تا 1150-1250 درجه (2100-2280 درجه فارنهایت) گرم می شود و روی سنبه سوراخ می شود تا یک پوسته توخالی ایجاد شود. این مرحله اولیه در تولید لوله بدون درز است.
نورد گرم یا اکستروژن گرم- پوسته سوراخ شده با استفاده از یک آسیاب نورد چند پایه (مثلاً آسیاب Assel، آسیاب پلاگین) یا پرس اکستروژن عمودی، از نظر قطر و ضخامت دیواره بیشتر کاهش می یابد. برای قطرهای کوچک یا دیوارهای نازک، اکستروژن گرم ترجیح داده می شود.
نقاشی سرد– لوله آماده شده گرم-ترشی میشود (با اسید تمیز میشود) تا رسوب از بین برود، سپس سرد از طریق قالب روی سنبه کشیده میشود. چندین پاس کشش سرد، با بازپخت میانی (تصفیه محلول در 950-1050 درجه) و ترشی، به ابعاد نهایی و پرداخت سطحی دست می یابد. کار سرد همچنین دقت ابعاد و خواص مکانیکی را بهبود می بخشد.
آنیل محلول نهایی- لوله تمام شده در دمای 940-980 درجه (1724-1796 درجه فارنهایت) و به دنبال آن خنک شدن سریع (کوئنچ آب یا هوای اجباری) آنیل می شود. این کار هر گونه کاربید یا رسوب را حل می کند و ساختاری کاملا آستنیتی با کربنیتریدهای تیتانیوم به طور یکنواخت توزیع می کند.
صاف کردن، برش و معاینه غیر مخرب (NDE)-- لوله ها بر اساس استانداردهای قابل اجرا صاف می شوند، به طول بریده می شوند و با آزمایش جریان گردابی، اولتراسونیک یا هیدرواستاتیک بازرسی می شوند.
استانداردهای قابل اجرا برای لوله بدون درز گرد Incoloy 825:
| استاندارد | توضیحات |
|---|---|
| ASTM B423 | مشخصات استاندارد برای لوله و لوله بدون درز نیکل-آهن-کروم-مولیبدن-آلیاژ مس (UNS N08825) |
| ASME SB-423 | همانند ASTM B423 که برای دیگ بخار و کد مخزن تحت فشار ASME به کار گرفته شده است |
| ASTM B829 | الزامات عمومی برای لوله و لوله بدون درز آلیاژ نیکل (برای 825 اعمال می شود) |
| ASTM B163 | لوله های کندانسور و مبدل حرارتی بدون درز نیکل و آلیاژ نیکل (شامل 825) |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | برای کاربردهای خدمات ترش (محیط H2S) |
| EN 10216-5 | استاندارد اروپا برای لوله های فولادی بدون درز برای اهداف فشار - قسمت 5: لوله های ضد زنگ و آلیاژ نیکل |
اندازه های معمولی موجود:قطر خارجی 6.0 میلی متر (0.236 اینچ) تا 273 میلی متر (10.75 اینچ)، ضخامت دیواره 0.5 میلی متر تا 25 میلی متر (0.020 اینچ تا 1.0 اینچ)، طول تا 12-15 متر.
4. س: روش های جوشکاری توصیه شده و فلزات پرکننده برای اتصال لوله بدون درز گرد Incoloy 825 چیست و آیا عملیات حرارتی بعد از جوش- مورد نیاز است؟
A:
Incoloy 825 برای جوش پذیری خوب طراحی شده است، اما روش های مناسب برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی آن ضروری است.
فرآیندهای جوشکاری:
GTAW (TIG/گاز بیاثر تنگستن) برای لولههای نازک-و کاربردهای حیاتی ترجیح داده میشود. GMAW (MIG)، SMAW (چوب) و SAW (قوس غوطهور) برای دیوارهای سنگینتر مناسب هستند.
انتخاب فلز پرکننده:
متداول ترین فلز پرکننده برای جوشکاری 825 به خود توصیه می شودERNiCrMo-3(UNS N06625)، که تجاری به عنوان پرکننده Inconel 625 شناخته می شود. این فیلر فراهم می کند:
محتوای مولیبدن بالاتر (8 تا 10٪) نسبت به فلز پایه، در نتیجه فلز جوش با مقاومت حفره ای برابر یا بهتر از 825 اصلی ایجاد می شود.
تطبیق قدرت خوب
مقاومت در برابر خوردگی عالی در هر دو محیط کاهنده و اکسید کننده.
پرکننده های جایگزین:
ERNiCrMo-4(پرکننده C-276) - برای تهاجمی ترین خدمات شیمیایی؛ مولیبدن بالاتر (15-17٪) و تنگستن.
ENiCrMo-3(الکترود چوب SMAW) - برای جوشکاری میدانی که GTAW غیر عملی است.
اقدامات احتیاطی جوشکاری:
آماده سازی سطح– انتهای لوله و ناحیه مجاور آن (حداقل 25 میلی متر) را با استفاده از برس تمیز و اختصاصی فولاد ضد زنگ یا چرخ سنگ زنی به فلز روشن تمیز کنید. آلودگی توسط فولاد کربنی، گریس یا کثیفی باعث ایجاد نقص در جوش می شود.
بدون پیش گرم کردن- معمولاً نیازی به پیش گرم کردن نیست. اگر دمای محیط کمتر از 5 درجه (41 درجه فارنهایت) باشد، ممکن است از پیش گرمای ملایم تا 15 تا 20 درجه برای حذف رطوبت استفاده شود.
دمای بین گذر- دمای زیر 150 درجه (300 درجه فارنهایت) را حفظ کنید. دمای بینگذر بالاتر می تواند باعث ایجاد حساسیت یا تشکیل فاز ناخواسته شود.
کنترل گرمای ورودی- از ورودی حرارت کم (معمولاً 0.5-1.5 کیلوژول بر میلی متر) استفاده کنید. دانه های رشته ای (بدون بافت) و چندین پاس نازک بهترین ریزساختار را ایجاد می کنند.
برگشت-پاکسازی– برای جوشکاری لوله، داخل آن را با 100% آرگون (یا آرگون{1}}مخلوط هیدروژن برای مرطوب شدن بهتر) تمیز کنید تا از اکسید شدن مسیر ریشه جلوگیری شود. آلودگی اکسیژن دانههای ریشه باعث ایجاد یک مقیاس{3}} خالی از کروم میشود و مقاومت حفرهای را کاهش میدهد.
گاز محافظ- 100٪ آرگون یا آرگون با 1-2٪ نیتروژن برای GTAW. برای GMAW، از مخلوطهای آرگون-هلیوم یا آرگون + 1–2% CO2 استفاده کنید (اما از گازهای حاوی نیتروژن- که میتوانند باعث ایجاد تخلخل شوند خودداری کنید).
عملیات حرارتی پس از-جوش (PWHT):
Incoloy 825 تیتانیوم{1}}تثبیت شده است، بنابراین در برابر حساس شدن در حین جوشکاری بسیار مقاوم است.PWHT معمولاً مورد نیاز نیستبرای اکثر کاربردهای خدمات خورنده، از جمله سرویس ترش به ازای NACE MR0175.
با این حال، PWHT (بازپخت محلول در 940-980 درجه و به دنبال آن خنکسازی سریع) ممکن است برای موارد زیر مشخص شود:
لوله بسیار سرد-کار شده که متعاقباً جوش داده میشود (بازیابی شکلپذیری)
سرویس در محیط های خوردگی بین دانه ای بسیار تهاجمی (به عنوان مثال، جوشاندن آزمایش اسید نیتریک 65٪)
اجزایی که در حین ساخت{0}}بهطور نامناسب حرارت داده شدهاند
نکته مهم:اگر PWHT انجام شود، کل جزء باید به طور یکنواخت گرما-درمان شود. PWHT موضعی (به عنوان مثال، حرارت دادن با مشعل جوش) بی اثر است و می تواند آسیب بیشتری نسبت به سود داشته باشد.
الزامات NACE:برای سرویس ترش (محیط های حاوی H2S-)، جوش ها باید سختی تست شوند. 825 جوش هایی که با پرکننده ERNiCrMo-3 ساخته شده اند معمولاً نیاز کمتر یا مساوی 35 HRC را بدون PWHT برآورده می کنند.
5. س: در کدام کاربردهای صنعتی خاص، لوله بدون درز گرد Incoloy 825 الزامی است، و حالت های خرابی معمولی که باید از آنها اجتناب شود چیست؟
A:
لوله بدون درز گرد Incoloy 825 برای کاربردهایی مشخص شده است که فولادهای ضد زنگ استاندارد ناکافی هستند اما سوپرآلیاژهای نیکل بالا (مثلاً C-276) بیش از حد مشخص و گران هستند.
برنامه های اجباری:
| صنعت | برنامه | چرا 825 مشخص شده است |
|---|---|---|
| نفت و گاز | لوله های داون هول، خطوط جریان، مبدل های حرارتی در سرویس ترش (H2S/CO2/Cl-) | NACE MR0175 تایید شد. در برابر SSC و سوراخ شدن مقاومت می کند |
| پردازش شیمیایی | کولرهای اسید سولفوریک، اواپراتورهای اسید فسفریک، لوله کشی حمام ترشی | مس + مولیبدن مقاومت اسیدی را ایجاد می کند |
| تولید برق | اجزای اسکرابر گوگرد زدایی گاز دودکش (FGD)، بخاری آب تغذیه | مقاومت در برابر pH و کلریدهای پایین؛ فاصله بین 316L و C-276 را پر می کند |
| دریایی | لوله کشی خنک کننده آب دریا، سیستم های آب آتش نشانی (-مناطق راکد با سرعت کم) | PREN 30-34 مقاومت در برابر سوراخ شدن را در آب گرم دریا ایجاد می کند |
| هسته ای | بازفرآوری سوخت مصرف شده، مدیریت زباله های رادیواکتیو | در برابر اسید نیتریک با گونه های اکسید کننده مقاومت می کند |
| دارویی | مخازن راکتور و خطوط انتقال اسیدهای آلی | قابلیت تمیز کردن، مقاومت در برابر خوردگی عمومی |
حالت های معمول خرابی و پیشگیری:
1. خوردگی حفره ای و شکافی
علت: Exposure to high-chloride environments (> 50,000 ppm) at elevated temperatures (>80 درجه).
پیشگیری:برای سرویس آب دریا بالاتر از 40 درجه یا آب نمک > 50000 ppm Cl-، به درجه فوق{3}آستنیتی ارتقا دهید (6% Mo، PREN > 40). تصور نکنید که 825 از ایجاد حفره مصون است.
2. ترک خوردگی تنشی (SCC)
علت:اگرچه 825 مقاومت SCC بسیار خوبی دارد، اما خرابی در محیطهای کلرید منیزیم در حال جوشیدن یا محیطهای کلرید{1}}با استرس بسیار بالا- گزارش شده است.
پیشگیری:از تنش های کششی باقیمانده ناشی از کار سرد اجتناب کنید. محلول پس از تشکیل شدید آنیل می شود. در سرویس با{4}}کلرید بالا دما را زیر 200 درجه (392 درجه فارنهایت) نگه دارید.
3. خوردگی گالوانیکی
علت:هنگامی که 825 با فلزات نجیب کمتر (فولاد کربن، 316L) در یک الکترولیت (آب دریا، اسید) جفت می شود، فلز نجیب کمتر ترجیحا خورده می شود.
پیشگیری:از کیت های جداسازی (فلنج های دی الکتریک، بوش های پلاستیکی) در اتصالات بین 825 و فلزات غیر مشابه استفاده کنید. طراحی برای سازگاری گالوانیکی.
4. خوردگی شکافی زیر واشر یا رسوبات
علت:شکافهای خالی{0}}اکسیژن (مثلاً زیر واشر PTFE، رسوب زیستی، یا رسوب) باعث میشوند غلظت کلرید و افت pH کاهش یابد.
پیشگیری:در صورت امکان به جای اتصالات واشردار از جوشهای با نفوذ کامل-استفاده کنید. برای جلوگیری از ته نشین شدن جامدات، سرعت جریان را بالای 1.5 متر بر ثانیه نگه دارید. طرحهای{4}رایگان شکاف را مشخص کنید.
5. تردی هیدروژنی
علت:حفاظت کاتدی بیش از-محافظت (پتانسیل <-850 میلی ولت Ag/AgCl) یا سرویس ترش با فشار جزئی H2S بالا میتواند هیدروژن را ایجاد کند.
پیشگیری:کنترل پتانسیل حفاظت کاتدی برای خدمات ترش شدید (H2S > 0.1 مگاپاسکال)، مطمئن شوید که مواد با الزامات سختی NACE MR0175 (کمتر یا مساوی 35 HRC) مطابقت دارند. از مواد قدیمی استفاده کنید (فقط سرد نیست-).
6. حساس شدن (در 825 نادر به دلیل تثبیت تیتانیوم)
علت:عملیات حرارتی نامناسب (سرد شدن آهسته از 550 تا 750 درجه) یا جوشکاری بدون تثبیت.
پیشگیری:از بازپخت محلول توصیه شده (940-980 درجه + سرد شدن سریع) پیروی کنید. تثبیت تیتانیوم 825 را بسیار مقاوم می کند، اما سوء استفاده شدید همچنان می تواند باعث تشکیل کاربید کروم شود.
ملاحظات هزینه چرخه عمر:
اگرچه 825 3 تا 5× بیشتر از 316 لیتر قیمت دارد، عمر مفید آن در محیط های تهاجمی اغلب 10 تا 20× بیشتر است. برای یک اسکرابر معمولی FGD یا خط جریان گاز ترش، کل هزینه نصب شده 825 در عرض 1 تا 3 سال از طریق کاهش زمان خرابی و هزینه های جایگزینی جبران می شود. برای سرویس کمتر شدید، 316L یا 904L ممکن است مقرون به صرفه تر باشد.
توصیه نهایی:همیشه محیط خاص (غلظت کلرید، pH، دما، فشار جزئی H2S) را در برابر دادههای خوردگی منتشر شده برای 825 بررسی کنید. در صورت شک، با دستورالعملهای مهندسی خوردگی سازنده آلیاژ مشورت کنید یا آزمایشهای کوپن را در سیال فرآیند واقعی انجام دهید.
