1. س: تفاوت های اولیه در ترکیب شیمیایی و محیط های عملیاتی مورد نظر بین لوله های بدون درز Incoloy 800H و Incoloy 925 چیست؟
A:
اگرچه هر دو به خانواده آلیاژ نیکل-آهن-کروم تعلق دارند، Incoloy 800H و Incoloy 925 برای شرایط خدمات کاملاً متفاوت طراحی شدهاند.
Incoloy 800H (UNS N08810)دارای ترکیب اسمی 30-35٪ نیکل، 19-23٪ کروم، با آهن متعادل کننده باقی مانده است. محتوای کربن آن به شدت بین 0.05-0.10٪ کنترل می شود و به حداقل اندازه دانه ASTM نیاز دارد. مولیبدن و مس وجود ندارد.
این ترکیب برای بهینه سازی شده استمقاومت در برابر خزش-درجه حرارت بالا. کربن کنترل شده باعث ایجاد بارش یکنواخت کاربید در مرزهای دانه می شود، که نابجایی ها را پین می کند و از لغزش مرز دانه - مکانیسم خزش اولیه جلوگیری می کند. Incoloy 800H پایداری ساختاری را تا 900 درجه (1652 درجه فارنهایت) حفظ می کند.
Incoloy 925 (UNS N09925)حاوی مقدار قابل توجهی نیکل (42-46٪)، به علاوه مولیبدن (2.5-3.5٪) و مس (1.5-3.0٪) است. همچنین دارای تیتانیوم (1.9-2.4٪) و آلومینیوم (0.1-0.5٪) برای سخت شدن بارش، همراه با کمیاب نیوبیوم (0.1-0.5٪) است. این آلیاژ استبرای سرویس با دمای{0}بالا در نظر گرفته نشده استبلکه بیشتر برای کاربردهای گاز-با قدرت و ترش{1}}بالا.
Incoloy 925 خواص مکانیکی خود را از طریق یک عملیات حرارتی دو مرحله ای به دست می آورد: بازپخت محلول به دنبال پیر شدن در دمای 620-675 درجه، که ذرات گاما ریز Ni3 (Al, Ti, Nb) (') را رسوب می دهد. قدرت تسلیم به 550–860 مگاپاسکال (۸۰–۱۲۵ ksi) - تقریباً دو برابر 800H میرسد.
خلاصه خدمات:
800H: High-temperature oxidation, carburization, steam, and creep-resistant service up to 900℃. Typical applications include furnace tubes, reformers, and superheater headers.
925:محیط های مرطوب H2S/CO2/کلرید تا 230 درجه (446 درجه فارنهایت). کاربردهای معمولی عبارتند از لوله های سوراخ، ظروف حفره جلا و آویز در چاه های گاز ترش.
2. س: چرا Incoloy 800H ماده ترجیحی برای لوله های اصلاح کننده بدون درز در کارخانه های تولید هیدروژن است، در حالی که Incoloy 925 در همان سرویس با شکست مواجه می شود؟
A:
تولید هیدروژن از طریق اصلاح متان بخار (SMR) در شرایط شدید عمل میکند: دمای بخش تابشی 850-950 درجه (1562-1742 درجه فارنهایت)، فشار داخلی 20-35 بار، و اتمسفر حاوی بخار، هیدروژن و اکسیدهای کربن.
Incoloy 800H به چند دلیل در این محیط عالی است:
قدرت گسیختگی خزش– کربن کنترلشده و اندازه دانه ASTM No. 5 عمر گسیختگی خزشی بیش از ۱۰۰۰۰۰ ساعت در تنشهای طراحی معمولی (20 تا 35 مگاپاسکال در 900 درجه) فراهم میکند. کاربیدهای پایدار M23C6 به تدریج در طول سرویس رسوب می کنند و به طور مداوم حرکت نابجایی را مسدود می کنند.
مقاومت در برابر اکسیداسیون- محتوای کروم یک مقیاس{0}}آهسته رشد و چسبنده Cr2O3 تشکیل میدهد که هم در برابر اکسیداسیون و هم در برابر کربنشدن محافظت میکند. حتی اگر فلس پاره شود، به دلیل وجود مخزن کروم بالا، به سرعت ترمیم می شود.
مقاومت در برابر خستگی حرارتی– کورههای SMR مرتباً شروع-خاموش میشوند. ساختار آستنیتی 800H چرخه حرارتی را بدون تخریب خاصیت قابل توجهی در خود جای می دهد.
چرا Incoloy 925 در همان سرویس شکست می خورد:
از دست دادن سخت شدن بارش- در بالای 450 درجه، ذرات گاما اول (') مسئول قدرت 925 به سرعت شروع به درشت شدن می کنند. در 650 درجه، پیری کامل شده و آلیاژ بیشتر استحکام خود را از دست می دهد. در 850 درجه، ذرات به طور کامل حل می شوند.
مقاومت در برابر خزش ناکافی– بدون تقویت، 925 به یک آلیاژ محلول جامد ضعیف- با کروم کمتر از 800H و بدون اندازه کربن/دانه کنترل شده برای خزش باز می گردد.
مس و مولیبدن مضر هستند- این عناصر نقطه ذوب را کاهش داده و اکسیداسیون را در دماهای بالا تسریع می کنند. مس می تواند در شرایط خاص کوره باعث شکنندگی فلز مایع شود.
بنابراین، در حالی که 925 یک آلیاژ خدماتی عالی ترش-است، اما در کورههای پتروشیمی با درجه حرارت بالا جایی ندارد. برعکس، 800H به دلیل عدم وجود حفره و مقاومت SSC هرگز نباید در سرویس ترش مرطوب استفاده شود.
3. س: مکانیسم سخت شدن بارش در لوله بدون درز Incoloy 925 با محلول جامد-تقویت کننده مورد استفاده در Incoloy 800H چه تفاوتی دارد، و این چگونه بر نیازهای عملیات حرارتی تأثیر می گذارد؟
A:
این یک تمایز متالورژیکی اساسی است که محدودیت های ساخت و خدمات را برای هر آلیاژ تعیین می کند.
Incoloy 800H - محلول جامد-به علاوه تقویت کننده کاربید:
همانطور که-شرایط ارائه شده: محلول در 1150-1200 درجه بازپخت شده و پس از خنک شدن سریع. این کاربیدها را حل می کند و یک ساختار آستنیتی یکنواخت ایجاد می کند.
هیچ عملیات حرارتی بیشتری قبل از سرویس مورد نیاز نیست.
در هنگام قرار گرفتن در معرض دمای بالا (650-900 درجه)، کاربیدهای ثانویه M23C6 در مرز دانهها رسوب میکنند. اینها برای مقاومت در برابر خزش مفید هستند.
استحکام متوسط است (بازده ≈ 240-270 MPa در دمای اتاق، کاهش به ≈ 80-100 MPa در 900 درجه) اما در کل محدوده دما پایدار است.
آلیاژ را نمی توان-سخت کرد- افزودن آلومینیوم/تیتانیوم تولید نمی کند زیرا محتوای نیکل بسیار کم است.
Incoloy 925 - گاما اول (') سخت شدن بارش:
مرحله 1 - بازپخت محلول در 980-1040 درجه: این کار همه رسوبات را حل میکند و یک ساختار نرم و قابل کار تولید میکند (بازده ≈ 300-350 MPa).
مرحله 2 - خنکسازی سریع (کوئنچ آب): از بارش کنترلنشده در طول خنکسازی جلوگیری میکند.
مرحله 3 - پیری در دمای 620-675 درجه به مدت 4 تا 8 ساعت: در طول این مرحله، ذرات نیکل منسجم (Al, Ti, Nb) به طور یکنواخت در سراسر ماتریس رسوب میکنند.
مرحله 4 - خنکسازی هوا: در ساختار ' قفل میشود.
قدرت تسلیم نهایی: 550–860 مگاپاسکال بسته به پارامترهای پیری دقیق.
پیامدهای عملی برای لوله بدون درز:
| جنبه | 800H | 925 |
|---|---|---|
| عملیات حرارتی مورد نیاز است | هیچکدام (همانطور که-بازپخت شده) | راه حل + سن (نمی توان حذف کرد) |
| میشه سرد کار کرد؟ | بله، به راحتی | بله، اما بعد از آن پیری لازم است |
| حداکثر دمای سرویس | 900 درجه | 450 درجه (بالاتر از آن درشت می شود) |
| قابلیت جوشکاری | عالی | متوسط (نرم شدن HAZ اجتناب ناپذیر است) |
| عملیات حرارتی میدانی امکان پذیر است؟ | قابل اجرا نیست | هیچ - پیری به کنترل دقیق کوره نیاز ندارد |
محدودیت بحرانی:اگر لوله بدون درز Incoloy 925 در شرایط آنیل شده محلول- (بدون پیری) استفاده شود، قدرت تسلیم آن فقط 300-350 مگاپاسکال - فقط کمی بیشتر از 800H است. مقاومت کامل در برابر خوردگی نیز به ساختار قدیمی نیاز دارد. بنابراین، 925 باید برای هر برنامهای که باری را تحمل میکند، بهعنوان «پیر» مشخص شود.
4. س: چالش های جوشکاری خاص برای لوله بدون درز Incoloy 925 چیست و چگونه با جوش Incoloy 800H مقایسه می شود؟
A:
جوشکاری این دو آلیاژ به دلیل مکانیسمهای تقویتی متمایزشان، چالشهای بسیار متفاوتی را به همراه دارد.
جوشکاری Incoloy 800H:
به طور کلی در نظر گرفته شده استبه راحتی قابل جوشبا استفاده از GTAW (TIG)، GMAW (MIG)، یا SMAW (چوب).
فلزات پرکننده توصیه شده: ERNiCr-3 (Inconel 82) یا ERNiCrCoMo-1 (Inconel 617).
بدون نیاز به پیش گرم کردن دمای بین پاس کمتر یا مساوی 150 درجه برای جلوگیری از ایجاد حساسیت.
عملیات حرارتی پس{0}جوش (PWHT) استمورد نیاز نیستبرای اکثر برنامه ها ساختار جوش داده شده -استحکام خزشی کافی را حفظ می کند.
For highly restrained joints or thick sections (>25 میلی متر)، بازپخت محلول جوشی در 1150 درجه + سرد شدن سریع می تواند شکل پذیری کامل را بازیابی کند، اما این به ندرت عملی است.
خطر اصلی: بارش کاربید در HAZ ممکن است رخ دهد اگر خنک سازی خیلی کند باشد، اما این به ندرت بر عملکرد سرویس تأثیر می گذارد.
جوشکاری Incoloy 925 - بسیار پیچیدهتر است:
نرم شدن منطقه تحت تأثیر گرما-(HAZ):ساختار کهنه با حرارت بالای 650 درجه حل می شود. HAZ مجاور جوش بیش از حد پیر می شود یا کاملاً محلول می شود و 30 تا 50 درصد استحکام خود را از دست می دهد. این ناحیه نرم شده را نمیتوان بدون یک محلول جوش کامل-ترمیم کرد.
تمرین توصیه شده:جوش 925 درمحلول-شرایط آنیل شده(نرم)، سپس یک محلول کامل + درمان سن را پس از جوشکاری انجام دهید. این فقط برای قطعات ساخته شده در فروشگاه امکان پذیر است. برای جوش های میدانی، غیرممکن است.
جایگزین برای جوش های میدانی:در شرایط قدیمی، با پذیرش HAZ نرم شده، جوش دهید. طراحی باید این کاهش استحکام موضعی را، معمولاً با افزایش ضخامت دیوار یا استفاده از تنش طراحی کمتر برای اتصال جوش داده شده، در نظر بگیرد.
انتخاب فلز پرکننده:از ERNiCrMo-3 (Inconel 625) یا ERNiCrMo-10 (Inconel 686) استفاده کنید. این پرکننده های مولیبدن بالا مقاومت در برابر خوردگی را در شرایط جوش داده شده حفظ می کنند. پرکننده 925 به ندرت در دسترس است.
موارد احتیاط:
کنترل شدید دمای بین گذر (کمتر یا مساوی 150 درجه)
ورودی حرارت کم (کمتر یا مساوی 1.5 کیلوژول بر میلی متر) برای به حداقل رساندن عرض HAZ
بدون پیش گرم کردن
پیری بعد از جوشکاری بی اثر است زیرا HAZ نمی تواند به طور انتخابی پیر شود
جوش 925 به فولاد کربنی:خطر خوردگی گالوانیکی را اضافه کنید. ابتدا از یک لایه کره ای ERNiCrMo-3 در سمت فولاد استفاده کنید.
الزامات NACE:برای سرویس ترش، هر جوش روی 925 باید سختی تست شود. سختی HAZ و فلز جوش باید کمتر یا مساوی 35 HRC باشد تا از ترک خوردن تنش سولفیدی جلوگیری شود.
خلاصه:800H بدون اقدامات احتیاطی ویژه برای اکثر خدمات قابل جوش است. 925 نیازمند شرایط دقیق روش و پذیرش نرم شدن HAZ یا عملیات حرارتی کامل پس از جوش-است.
5. س: در کدام اجزای خاص نفت و گاز لوله بدون درز Incoloy 925 بر روی Incoloy 800H اجباری شده است، و چه الزامات خاصیتی باعث این انتخاب می شود؟
A:
این دو آلیاژ کاربردهای غیر{0}}همپوشانی دارند. Incoloy 800H عملاً هرگز در سرویس های سوراخ مرطوب استفاده نمی شود، در حالی که Incoloy 925 یک ماده استاندارد برای محیط های تولید ترش شدید است.
لوله بدون درز Incoloy 925 برای موارد زیر مشخص شده است:
لولههای پایین چاه در چاههای گاز ترش (HPHT - فشار بالا، دمای بالا)
شرایط: فشار جزئی H2S > 0.01 مگاپاسکال، CO2 > 0.1 مگاپاسکال، کلریدها > 50000 ppm، دما 150-230 درجه.
NACE MR0175/ISO 15156 925 را برای سرویس ترش تا 230 درجه در سختی کمتر یا مساوی 35 HRC واجد شرایط می کند.
حداقل مورد نیاز استحکام تسلیم: معمولاً 80-110 ksi (550-760 MPa) برای پشتیبانی از وزن رشته لوله و مقاومت در برابر فروپاشی.
800H استNACE واجد شرایط نیستبرای سرویس ترش - فاقد مولیبدن و مس است که آن را مستعد ترک خوردگی حفره ای و تنش سولفیدی می کند.
ظروف حفره ای صیقلی (PBRs) و سوراخ های بسته بندی
این قطعات بارهای آب بندی شعاعی و کشش محوری را از رشته لوله تجربه می کنند.
استحکام تسلیم مورد نیاز: معمولاً بیشتر یا برابر با 110 ksi (760 مگاپاسکال) برای حفظ یکپارچگی آب بندی تحت چرخه فشار.
بازده 240 مگاپاسکال 800H با ضریب 3-4 ناکافی است.
شیرهای ایمنی زیرسطحی (SSSV) و سنبه بالابر گازی
اینها شامل اجزای لغزنده و فنرهایی هستند که به مقاومت در برابر ضربه و استحکام تسلیم بالا نیاز دارند.
925 در شرایط قدیمی (110-125 ksi) سختی و مقاومت در برابر سایش لازم را فراهم می کند.
800H در تماس لغزشی مکرر صفرا می شود و می گیرد.
جریان های زیر دریا و جامپرها در سرویس ترش
در جایی که دما کمتر از 230 درجه است اما H2S و کلرید وجود دارد، لوله بدون درز 925 یک جایگزین مقرون به صرفه برای Inconel 718 ارائه میکند.
درجات معمولی: 925 (110 ksi) برای اعماق متوسط، 925 (125 ksi) برای کاربردهای فشار{4}در آبهای عمیق.
Incoloy 800H کجا در نفت و گاز استفاده می شود؟
کاربردهای بسیار محدود، همه شامل دماهای بالا و خدمات خشک یا شیرین:
لوله های کوره در ریفرمرهای هیدروژنی پالایشگاه (800 درجه +)
روکش داخلی راکتور در هیدروکراکرها (450-500 درجه، اما بدون H2S)
ترموول ها و خطوط ابزار دقیق در بخاری های فرآیندی بالای 650 درجه
لوله های کوره کراکینگ اتیلن (850-950 درجه)
قانون انتخاب انتقادی:
سرویس مرطوب + H2S + کلریدها + دما کمتر یا مساوی 230 درجه → Incoloy 925
سرویس خشک + دما > 650 درجه → Incoloy 800H
انتخاب آلیاژ اشتباه منجر به شکست فاجعهبار SSC (800H در چاه ترش) یا شکست سریع خزش (925 در کوره) میشود. هیچ همپوشانی در پاکت های عملیاتی ایمن آنها وجود ندارد.
