کاربردهای صنعتی خاص لوله های بدون درز Incoloy 330 و 25-6HN می باشد

1. س: تفاوت های اولیه در ترکیب شیمیایی و طراحی آلیاژ بین لوله های بدون درز Incoloy 330 و 25-6HN چیست؟

A:
Incoloy 330 و 25-6HN (UNS N08367) هر دو آلیاژهای آستنیتی با کارایی بالا هستند، اما برای محیط‌های خدماتی اساساً متفاوت ساخته شده‌اند.

Incoloy 330 (UNS N08330)یک آلیاژ نیکل-آهن-کروم است که برای مقاومت در برابر اکسیداسیون و کربوریزاسیون در دمای بالا طراحی شده است. ترکیب اسمی آن شامل:

نیکل: 34-37٪ (برای پایداری آستنیتی بالا)

کروم: 17 تا 20 درصد (برای مقاومت در برابر اکسیداسیون)

آهن: تعادل (تقریباً{0}}–46%)

سیلیکون: 0.75-1.5٪ (برای مقاومت در برابر کربوریزاسیون حیاتی است)

کربن: ≤0.08٪

محتوای نیکل بالا (34-37٪) ساختار آستنیتی را تثبیت می کند و مقاومت در برابر خوردگی تنش کلرید را ایجاد می کند. افزودن سیلیکون کنترل شده (تا 1.5٪) یک ویژگی کلیدی است - سیلیکون تشکیل یک زیرمقیاس سیلیس پیوسته و چسبنده (SiO2) را در زیر لایه اکسید کروم، که ورود کربن در جوهای کربوردار را مسدود می کند، ترویج می کند. Incoloy 330 محلول جامد-تقویت شده است و نمی توان آن را با سن-سخت کرد. حداکثر دمای سرویس آن برای اکسیداسیون تقریباً 1150 درجه سانتیگراد (2100 درجه فارنهایت) است، اگرچه قدرت خزش استفاده عملی را بالای 900 درجه سانتیگراد محدود می کند.

25-6HN (UNS N08367)یک فولاد ضد زنگ فوق{0}آستنیتی است که برای حداکثر مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای و شکاف در محیط‌های حاوی کلرید طراحی شده است. ترکیب آن شامل:

نیکل: 23.5-25.5٪ (متوسط)

کروم: 20 تا 22 درصد (بالا برای پایداری فیلم غیرفعال)

مولیبدن: 6.0-7.0٪ (بسیار بالا برای مقاومت در برابر سوراخ شدن)

آهن: تعادل (تقریباً{0}}–47%)

نیتروژن: 0.18-0.25٪ (برای مقاومت و استحکام حفره ای حیاتی است)

کربن: ≤0.030% (کم برای جلوگیری از ایجاد حساسیت)

ترکیب مولیبدن بالا (6-7%) و نیتروژن (0.18-0.25%) به 25{8}}6HN یک عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN) 42-48 - بسیار فراتر از فولادهای زنگ نزن آستنیتی استاندارد می دهد. این آلیاژ همچنین جامد{12}}محلول تقویت شده است، با نیتروژن تقویت شبکه اضافی. حداکثر دمای سرویس برای کاربردهای خوردگی تقریباً 400 درجه سانتیگراد (752 درجه فارنهایت) است. بالاتر از این دما، آلیاژ در برابر اکسیداسیون مقاوم می ماند اما استحکام مکانیکی خود را از دست می دهد.

مقایسه فلسفه طراحی:

2. س: چرا لوله بدون درز Incoloy 330 ماده ترجیحی برای کربورسازی اجزای کوره است که در آن 25-6HN به طور فاجعه باری از کار می افتد؟

A:
کوره‌های کربن‌سازی - مورد استفاده در عملیات حرارتی چرخ‌دنده‌های فولادی، یاتاقان‌ها و اجزای خودرو - در دمای ۸۵۰–۹۵۰ درجه سانتی‌گراد (۱۵۶۲–۱۷۴۲ درجه فارنهایت) در اتمسفرهای حاوی مونوکسید کربن، متان و سایر گازهای هیدروکربنی کار می‌کنند. این شرایط باعث کربور شدن سریع (انتشار کربن به آلیاژ) می شود که اکثر مواد را شکننده می کند.

چرا 25-6HN در سرویس کربورسازی شکست می خورد:

محتوای نیکل کم (23.5-25.5٪)- پایداری آستنیت در دماهای بالا حاشیه ای است. مهمتر از آن، نیکل کاربیدهای پایداری تشکیل نمی دهد، اما محتوای آهن به کربن اجازه می دهد تا به سرعت در ماتریکس پخش شود.

بدون افزودن سیلیکون- سیلیکون عنصر اولیه ای است که از ورود کربن جلوگیری می کند. بدون آن، کربن آزادانه در آلیاژ پخش می شود و کاربیدهای کروم داخلی را تشکیل می دهد. این امر کروم را از ماتریکس تخلیه می کند، شکل پذیری را از بین می برد و منجر به شکست شکننده می شود.

مولیبدن بالا- مولیبدن در دماهای بالا اکسیدهای فرار ایجاد می کند و به مقاومت در برابر کربوریزه شدن کمک نمی کند.

محدودیت نقطه ذوب- در حالی که 25-6HN در دمای 950 درجه سانتیگراد جامد می ماند، قدرت خزش آن ناچیز است و تحت بار تغییر شکل می دهد.

چرا Incoloy 330 در خدمات کربورسازی برتر است:

تشکیل لایه سد سیلیکونی– در دماهای بالا، سیلیکون به سطح پخش می‌شود و لایه‌ای{0}}شبیه سیلیکا (SiO2) پیوسته در زیر مقیاس بیرونی اکسید کروم تشکیل می‌دهد. این لایه سیلیکا عملاً در برابر اتم‌های کربن غیرقابل نفوذ است و نرخ کربن‌سازی را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد. آزمایشات آزمایشگاهی نشان می دهد که Incoloy 330 در 1/10 تا 1/20 نرخ فولاد ضد زنگ 310 (که فاقد سیلیکون کنترل شده است) کربوریزه می کند.

محتوای نیکل بالا (34-37٪)- نیکل حلالیت و نفوذ کربن را در ماتریکس آستنیتی کاهش می دهد. حتی اگر مقیاس سطح آسیب دیده باشد، نفوذ کربن کندتر از آلیاژهای نیکل پایین‌تر-است.

مخزن کروم (17-20%)- مقاومت اولیه در برابر اکسیداسیون را فراهم می کند. حتی اگر مقداری کروم توسط کربورسازی داخلی مصرف شود، محتوای بالای کروم عمر مفید را افزایش می دهد.

برنامه های کاربردی خاصی که Incoloy 330 اجباری است:

مثال عملکرد میدانی:در یک کوره معمولی کربورسازی گاز، 310 لوله تابشی از جنس استنلس استیل 6 تا 12 ماه دوام می آورند قبل از اینکه کربورسازی باعث ترک خوردن شود. لوله های Incoloy 330 3 تا 5 سال در شرایط یکسان دوام می آورند و علیرغم هزینه مواد اولیه بالاتر، مزیت هزینه چرخه عمر را فراهم می کنند.

25-6HN هرگز نباید بالاتر از 540 درجه سانتیگراد (1000 درجه فارنهایت) استفاده شوددر هر سرویس بالاتر از این دما، محتوای مولیبدن بالای آن منجر به شکنندگی فاز سیگما می شود و آلیاژ هم مقاومت به خوردگی و هم خواص مکانیکی را از دست می دهد.

3. س: چه چیزی باعث می‌شود لوله بدون درز 25{3}}6HN (UNS N08367) ماده انتخابی برای آب دریا و محیط‌های پرکلرید باشد و چرا Incoloy 330 نامناسب است؟

A:
آب دریا، آب شور، و نمک‌های صنعتی با{0}کلرید بالا، شرایط خوردگی حفره‌ای و شکافی تهاجمی ایجاد می‌کنند که فولادهای ضد زنگ معمولی و بسیاری از آلیاژهای نیکل را از بین می‌برد.

چرا Incoloy 330 برای سرویس آب دریا نامناسب است:

محتوای کم مولیبدن- Incoloy 330 فاقد مولیبدن عمدی است (معمولا<0.5% residual). Molybdenum is the single most important element for pitting resistance in chloride environments. Without it, the alloy has a PREN of approximately 20–22, similar to 316 stainless steel. In warm seawater (25–40°C), 316L pits within weeks; Incoloy 330 would perform no better.

بدون افزودن نیتروژن- نیتروژن به طور هم افزایی مقاومت حفره ای مولیبدن را افزایش می دهد. Incoloy 330 فاقد نیتروژن است.

محتوای آهن بالا- ماتریس غنی از آهن هیچ مقاومت ذاتی در برابر کلرید ایجاد نمی کند. آلیاژ کاملاً متکی به فیلم غیرفعال اکسید کروم است که در محیط‌های{2}}کلرید بالا کافی نیست.

چرا 25-6HN در خدمات آب دریا و پر کلرید برتر است:

عدد معادل مقاومت حفره ای بسیار بالا (PREN 42-48)
PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N
برای 25-6HN: 21%Cr + 3.3×6.5%Mo + 16×0.22%N ≈ 21 + 21.5 + 3.5=46

یک PREN بالاتر از 40 مقاومت قابل اعتمادی در برابر خوردگی حفره ای و شکافی در آب طبیعی دریا، حتی در شرایط راکد و رسوبات زیست رسوب ایجاد می کند.

مقاومت در برابر خوردگی تحت تأثیر میکروبیولوژیک (MIC)– ترکیب مولیبدن بالا و نیتروژن از تشکیل بیوفیلم جلوگیری می کند و در برابر حمله باکتری های کاهنده سولفات{0}(SRB) که در محیط های دریایی همه جا حاضر هستند، مقاومت می کند.

تایید شده توسط NORSOK M-001– این استاندارد دریایی نروژی مشخص می‌کند که مواد برای سیستم‌های آب دریا باید دارای PREN ≥ 40. 25-6HN به‌عنوان ماده مورد تایید برای لوله‌کشی آب دریا، سیستم‌های آب آتش‌نشانی و مبدل‌های حرارتی فهرست شده است.

قابلیت ساخت خوب– برخلاف آلیاژهای{0}مولیبدن بالاتر مانند C-276، 25-6HN را می توان به آسانی با استفاده از تکنیک های استاندارد، بدون نیاز به عملیات حرارتی پس از جوشکاری، جوش داده و با استفاده از تکنیک های استاندارد شکل داد.

کاربردهای خاصی که 25-6HN الزامی است:

قانون انتخاب:

سرویس کلرید مرطوب با نیاز PREN > 35 → 25-6HN

سرویس با دمای بالا{0}}خشک با خطر کربوریزه شدن → Incoloy 330

هرگز 330 را با 25-6HN در آب دریا جایگزین نکنید- شکست حفره‌ای ظرف چند ماه اتفاق می‌افتد.

هرگز 25-6HN را جایگزین 330 در کوره های کربورسازی نکنید- آلیاژ کربوره، شکننده و ترک می‌خورد.

4. س: الزامات جوشکاری و توصیه های فلز پرکننده برای لوله های بدون درز Incoloy 330 و 25-6HN چیست و آیا آنها به عملیات حرارتی پس از جوش نیاز دارند؟

A:
هر دو آلیاژ با استفاده از تکنیک‌های استاندارد قابل جوش هستند، اما ترکیب‌های مختلف آنها به انتخاب‌های فلز پرکننده و اقدامات احتیاطی خاصی نیاز دارد.

الزامات جوشکاری Incoloy 330 -:

فرآیندها:GTAW (TIG)، GMAW (MIG) و SMAW (چوب) همگی مناسب هستند. جوشکاری قوس زیردریایی (SAW) برای دیوارهای سنگین امکان پذیر است.

توصیه های فلز پرکننده:

ERNiCr-3 (Inconel 82)- رایج ترین انتخاب استحکام{1}}درجه حرارت بالا و مقاومت کربوریزه شدن را فراهم می کند.

ERNiCrCoMo-1 (Inconel 617)– برای سرویس دهی بالای 1000 درجه سانتی گراد قدرت خزش بالاتری را ارائه می دهد.

AWS A5.11 ENiCrFe-2 (الکترود چسب)- برای برنامه های SMAW.

موارد احتیاط:

بدون نیاز به پیش گرم کردن

دمای بین گذر ≤ 150 درجه سانتیگراد (300 درجه فارنهایت) برای جلوگیری از ایجاد حساسیت

گرمای ورودی کم (≤1.5 کیلوژول بر میلی‌متر) برای به حداقل رساندن تنش حرارتی ترجیح داده می‌شود

پاکسازی برگشت-با آرگون توصیه می‌شود برای عبور ریشه برای جلوگیری از اکسیداسیون

عملیات حرارتی پس از-جوش (PWHT):به طور کلیمورد نیاز نیستبرای اکثر برنامه‌های{0}در دمای بالا. ساختار as-جوش داده شده استحکام خزشی و مقاومت کربوریزه شدن کافی را حفظ می کند. برای سرویس‌های کربوزه‌کننده شدید یا اتصالات بسیار مهار شده، آنیل محلول در دمای 1100 تا 1150 درجه سانتی‌گراد و به دنبال آن خنک‌سازی سریع ممکن است انجام شود، اما این به ندرت برای جوش‌های میدانی عملی است.

25-6HN - الزامات جوشکاری:

فرآیندها:GTAW، GMAW و SMAW همگی مناسب هستند. GTAW برای لوله نازک-دیوار ترجیح داده می شود.

توصیه های فلز پرکننده:

ERNiCrMo-3 (Inconel 625)- رایج ترین PREN منطبق (45-50) و مقاومت خوب در حفره شدن را ارائه می دهد.

ERNiCrMo-10 (Inconel 686)- برای خدمات کلرید تهاجمی تر؛ محتوای مولیبدن بالاتر (15-17٪).

AWS A5.11 ENiCrMo-3 (الکترود چسب)- برای برنامه های SMAW.

موارد احتیاط:

بدون نیاز به پیش گرم کردن

دمای بین گذر کاملاً ≤ 150 درجه سانتی گراد (300 درجه فارنهایت) - دماهای بالاتر خطر تشکیل فاز سیگما را دارد

گرمای ورودی کم (≤1.5 کیلوژول بر میلی متر) و دانه های رشته (بدون بافت)

پاکسازی برگشت-با اکسیداسیون ضروری آرگون یا نیتروژن - مقاومت حفره‌ای را کاهش می‌دهد

تمیزی مهم - هر گونه آلودگی (گرد و غبار سنگ زنی فولاد کربنی، گریس) می تواند باعث ایجاد حفره شود

عملیات حرارتی پس از-جوش (PWHT): لازم نیست و توصیه نمی شود.قرار دادن 25-6HN در معرض دماهایی در محدوده 500-900 درجه سانتیگراد (932-1652 درجه فارنهایت) باعث رسوب فاز سیگما (Intermetallic FeCrMo) می شود که به شدت چقرمگی و مقاومت حفره ای را کاهش می دهد. آلیاژ باید در شرایط جوش داده شده استفاده شود.

جدول مقایسه:

5. س: در کدام کاربردهای صنعتی خاص لوله های بدون درز Incoloy 330 و 25-6HN اجباری هستند و هزینه چرخه عمر آنها چگونه با آلیاژهای جایگزین مقایسه می شود؟

A:
این دو آلیاژ در جایگاه های بازار متمایز و بدون همپوشانی در کاربرد قرار می گیرند. انتخاب آن‌ها به دلیل مقاومت در برابر کربن‌زدایی در دمای بالا (330) یا مقاومت حفره‌ای کلرید مرطوب (25-6HN) است.

برنامه های اجباری Incoloy 330 -:

لوله های تابشی کوره و صدا خفه کن

شرایط: 850-950 درجه سانتی گراد، اتمسفر غنی از کربن (CH4، CO، گاز گرماگیر)

گزینه های جایگزین: 310 ضد زنگ (در 6 تا 12 ماه از کار می افتد)، RA330 (مشابه)، آلیاژهای نیکل سری 600 (هزینه بسیار بالاتر)

330 تعادل بهینه مقاومت کربوریزه شدن، قدرت خزش و هزینه را ارائه می دهد.

لوله ها و پیگتیل های اصلاح کننده آمونیاک

شرایط: 800-900 درجه سانتیگراد، اتمسفر H2/NH3، چرخه حرارتی

محتوای بالای نیکل از نیتریداسیون (تردی نیتروژن) جلوگیری می‌کند - یک حالت شکست معمول برای 310 SS.

اجزای کوره کراکینگ اتیلن (مبدل خط انتقال)

شرایط: 900 تا 1000 درجه سانتیگراد، چرخه کربورسازی/دکربورسازی متناوب

محتوای سیلیکون باعث تثبیت مقیاس اکسید در شرایط چرخه ای می شود.

سبدها و وسایل عملیات حرارتی (برای کربورسازی قطعات فولادی)

شرایط: چرخه ای 850-950 درجه سانتی گراد، تماس مستقیم با ترکیبات کربن-

330 در برابر پوسیدگی سبز (اکسیداسیون فاجعه بار ناشی از کاهش کروم) بهتر از 310 مقاومت می کند.

25-6HN - برنامه های اجباری:

سیستم های آب آتش نشانی آب دریا در سکوهای دریایی

استانداردها: NORSOK M-001، Shell DEP 31.40.30.10 PREN ≥ 40 را برای سیستم های آب دریا مشخص می کند.

25-6HN این نیاز را با هزینه کمتر از آلیاژهای 6% مو (مثلاً 254 SMO) برآورده می کند.

هدرهای اسپری جاذب گوگرد زدایی گاز دودکش (FGD).

شرایط: pH 1.5-3.5، کلرید 50،000+ ppm، دما 50-80 درجه سانتی گراد

25-6HN فاصله بین 316L (از کار افتاد) و C-276 (بیش از حد) را پر می کند.

خطوط آب نمک اسمز معکوس (RO) و لوله‌کشی فشار بالا-

رد آب نمک می تواند به 70000 پی پی ام Cl- با pH پایین از تزریق CO2 برسد.

PREN 46 حاشیه در برابر سوراخ شدن را فراهم می کند. توسط بسیاری از صاحبان کارخانه های آب شیرین کن اجباری شده است.

گیاهان سفید کننده خمیر و کاغذ (مراحل دی اکسید کلر)

شرایط: کلرید بالا، pH پایین، درجه حرارت 60-80 درجه سانتیگراد

25-6HN بهتر از 317L و 904L عمل می کند. هم در برابر خوردگی عمومی و هم در برابر سوراخ شدن مقاومت می کند.

مقایسه هزینه چرخه عمر (خدمات 5 ساله، 100 متر لوله 4 اینچی Schedule 40):

درخت تصمیم انتخاب:

آیا به مقاومت کربوریزه شدن در دمای 800-1000 درجه سانتیگراد نیاز دارید؟→ Incoloy 330 (یا Inconel 600 در صورت اجازه بودجه)

برای سرویس آب دریا/FGD زیر 400 درجه سانتیگراد به PREN > 40 نیاز دارید؟→ 25-6HN (یا 254 SMO/C-276)

به استحکام{0}}درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خوردگی مرطوب نیاز دارید؟→ نه - آلیاژ 625 و نه C-276 را در نظر نگیرید

بودجه بحرانی است؟→ 330 مقرون به صرفه است-برای خدمات کربورسازی 25-6HN برای سرویس آب دریا در مقایسه با گزینه های جایگزین بسیار مقرون به صرفه است

نکته پایانی:25-6HN را به جای 330 در کوره ها جایگزین نکنید - در عرض چند ماه کربوره، شکننده و ترک می شود. 330 را با 25-6HN در آب دریا جایگزین نکنید - ظرف چند هفته از بین می رود. این آلیاژها برای محیط های کاملا متفاوت بهینه شده اند و قابل تعویض نیستند.