الزامات جوشکاری حیاتی برای لوله های Incoloy 832 در مقابل Incoloy 890 چیست؟

1. س: تفاوت های اساسی ترکیب و ویژگی بین لوله های Incoloy 832 و Incoloy 890 چیست؟

A:Incoloy 832 و Incoloy 890 هر دو آلیاژهای آستنیتی-با عملکرد بالا هستند که برای محیط‌های سولفیدکننده و اکسیدکننده با دمای بالا طراحی شده‌اند، اما از نظر محتوای کروم، سیلیکون و نیکل متفاوت هستند که بر عملکرد آنها تأثیر می‌گذارد.

Incoloy 832 (UNS N08832)آلیاژ آستنیتی اصلاح شده با-کروم، سیلیکون{{1} بالا است که به طور خاص برای محیط های سولفید کننده شدید ساخته شده است. ترکیب اسمی آن 30-35٪ نیکل، 26-30٪ کروم، 0.5-1.5٪ مولیبدن، 1.5-2.5٪ سیلیکون، 0.5-1.0٪ منگنز، 0.02-0.06٪ کربن و آهن متعادل است. ویژگی های کلیدی متمایز، محتوای کروم بسیار بالا (26-30٪، بالاتر از Incoloy 890 25-28٪) و محتوای سیلیکون بالا (1.5-2.5٪، به طور قابل توجهی بالاتر از 890's 0.3-0.8٪) است. این ترکیب مقاومت استثنایی در برابر سولفیداسیون (حمله گوگرد) در دماهای بالا ایجاد می کند. سیلیکون بالا باعث تشکیل یک لایه فرعی سیلیسی (SiO2) در زیر مقیاس اکسید کروم/سولفید می شود. Incoloy 832 یک محلول جامد است-که بدون بارندگی عمدی{32}}افزودن سخت شدن تقویت شده است. قدرت تسلیم معمولی 30-45 ksi (207-310 MPa) در دمای اتاق، با قدرت خزش مفید تا حدود 1800 درجه فارنهایت (982 درجه) است.

Incoloy 890 (UNS N08890)یک آلیاژ آهن-نیکل-کروم است که برای محیط‌های سولفیدکننده و اکسیدکننده در دمای بالا طراحی شده است. ترکیب اسمی آن 32-35٪ نیکل، 25-28٪ کروم، 0.5-1.5٪ مولیبدن، 0.3-0.8٪ سیلیکون، 0.5-1.0٪ منگنز، 0.02-0.06٪ کربن و آهن متعادل است. در مقایسه با Incoloy 832، Incoloy 890 کروم کمی کمتر دارد (25-28٪ در مقابل{21}--30%) و سیلیکون به طور قابل توجهی کمتر (0.3-0.8٪ در مقابل{25}}-2.5٪). محتوای سیلیکون کمتر ساخت و جوشکاری Incoloy 890 را آسان‌تر می‌کند، زیرا سطوح بالای سیلیکون می‌تواند تشکیل فاز سیگما شکننده را افزایش دهد و جوش‌پذیری را کاهش دهد. با این حال، سیلیکون پایین همچنین به معنای مقاومت سولفیداسیون کمتر در تهاجمی ترین محیط ها است. Incoloy 890 همچنین محلول جامدی است که با قدرت تسلیم معمولی 30-45 ksi (207-310 MPa) تقویت شده است.

مفاهیم متالورژی:Incoloy 832 به دلیل داشتن کروم و سیلیکون بالاتر، مقاومت سولفیداسیون بالایی را ارائه می‌کند، اما به قیمت کاهش جوش‌پذیری و پتانسیل تشکیل فاز شکننده در طول قرار گرفتن در معرض دمای بالا در دراز مدت. Incoloy 890 تعادلی از مقاومت سولفیداسیون خوب، مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و قابلیت ساخت بهتر را ارائه می دهد. برای شدیدترین محیط‌های سولفیدکننده (مانند بخاری‌های نفت خام با گوگرد بالا، دیگ‌های-زغال‌سنگ با مشعل‌های کم{10}NOx)، Incoloy 832 ترجیح داده می‌شود. برای خدمات بخاری پالایشگاهی عمومی که سولفیداسیون متوسط ​​است و جوش پذیری مهم است، Incoloy 890 اغلب انتخاب می شود.

انتخاب بین آنها:اگر برنامه شاملextreme sulfidation with high sulfur content (>3٪ در سوخت) و دمای بالاتر از 1600 درجه فارنهایت (871 درجه)، Incoloy 832 را انتخاب کنید. اگر برنامه شامل می شودسولفیداسیون متوسط ​​تا شدید با الزامات قابلیت ساخت خوب، Incoloy 890 را انتخاب کنید.

---

2. س: چه استانداردها و مشخصات صنعتی بر لوله های بدون درز Incoloy 832 و Incoloy 890 حاکم است؟

A:این دو آلیاژ توسط چارچوب‌های مشخصات مشابه پوشش داده می‌شوند، اما Incoloy 832 کمتر استاندارد شده است، و اغلب به مشخصات ویژه خریدار- نیاز دارد.

برای لوله بدون درز Incoloy 832:

هیچ مشخصات اختصاصی لوله ASTM وجود ندارد.Incoloy 832 یک گرید اختصاصی یا نیمه استاندارد-است. لوله معمولاً براساس مشخصات توسعه‌یافته خریدار تولید می‌شود که به ASTM B407 (برای آلیاژهای نیکل-آهن-کروم) با الزامات تکمیلی برای شیمی (کروم و سیلیس بیشتر) و ویژگی‌های دمایی بالا اشاره می‌کند.

ASTM B407 / ASME SB407- به عنوان مشخصات پایه، با شیمی اصلاح شده برای برآوردن الزامات Incoloy 832 استفاده می شود.

مورد کد ASME– برخی از موارد کد برای آلیاژهای سیلیکونی مشابه- وجود دارد. خریداران باید برای انطباق با کد با کارخانه مشورت کنند.

API 938-C- موسسه نفت آمریکا تمرین مقاومت در برابر سولفیداسیون را توصیه می کند که شامل راهنمایی در مورد آلیاژهایی مانند Incoloy 832 است.

برای لوله بدون درز Incoloy 890:

ASTM B407 / ASME SB407– مشخصات استاندارد برای لوله های نیکل بدون درز-آهن-آلیاژ کروم. این مشخصات اولیه UNS N08890 است.

ASTM B163 / ASME SB163– کندانسور و لوله‌های مبدل حرارتی بدون درز، که اغلب برای لوله‌های 890 در مبدل‌های حرارتی{1} با دمای بالا استفاده می‌شوند.

ASME Code Case 2588– امکان استفاده از Incoloy 890 (UNS N08890) در دیگ بخار ASME و ساخت و ساز کد مخزن تحت فشار برای سرویس دهی تا دمای 1800 درجه فارنهایت (982 درجه) در محیط های سولفید کننده.

API 938-C- راهنمایی در مورد استفاده از Incoloy 890 و آلیاژهای مشابه برای اجزای بخاری پالایشگاه ارائه می دهد.

ملاحظات تدارکات:لوله بدون درز Incoloy 832 یک محصول تخصصی با منابع آسیاب بسیار محدود است. خریداران باید انتظار زمان طولانی‌تری را داشته باشند (16 تا 24 هفته) و باید از نزدیک با کارخانه همکاری کنند تا مشخصات تدارکات را تعیین کنند. تجزیه و تحلیل شیمیایی باید محتوای سیلیکون (1.5-2.5٪) و محتوای کروم (26-30٪) را تأیید کند. Incoloy 890 بیشتر به صورت تجاری در دسترس است، اگرچه هنوز هم یک درجه تخصصی با زمان تحویل 12 تا 20 هفته است. برای هر دو آلیاژ، آزمایش کشش و خزش در دمای بالا برای کاربردهای حیاتی ممکن است مورد نیاز باشد.

---

3. س: چرا لوله بدون درز Incoloy 832 برای محیط های سولفید کننده شدید در پالایشگاه ها و نیروگاه ها ترجیح داده می شود؟

A:لوله بدون درز Incoloy 832 برای شدیدترین محیط‌های سولفیدکننده که حتی فولاد ضد زنگ Incoloy 890 و 310H نرخ خوردگی غیرقابل قبولی را تجربه می‌کنند، شناخته شده است. سه ویژگی خاص برتری آن را توضیح می دهد.

اول، مقاومت استثنایی سولفیداسیون از کروم بالا و سیلیکون بالا.سولفیداسیون شکلی از خوردگی در دمای بالا-که در آن گوگرد با فلز واکنش داده و سولفیدهای با نقطه ذوب پایین- را تشکیل می‌دهد. کلید مقاومت، تشکیل یک مقیاس سولفید یا اکسید{4}} محافظ با رشد آهسته است. Incoloy 832 حاوی 26-30٪ کروم (در مقابل{9}}-28٪ برای 890 و 24-26٪ برای 310H) و 1.5-2.5٪ سیلیکون (در مقابل. 0.3-0.8٪ برای 890). کروم بالا باعث تشکیل یک مقیاس سولفید/اکسید غنی از کروم{21}می شود. سیلیکون بالا باعث تشکیل یک لایه زیر{23} سیلیس بی شکل (SiO2) در زیر مقیاس کروم می شود. این لایه سیلیسی فوق العاده پایدار است و به عنوان یک مانع انتشار در برابر گوگرد عمل می کند. در آزمایش‌های آزمایشگاهی شبیه‌سازی شرایط بخاری پالایشگاه (1400-1600 درجه فارنهایت / 760-871 درجه، 2-4٪ گوگرد در سوخت)، Incoloy 832 نرخ سولفیداسیون 0.001-0.003 اینچ در سال (ipy)، در مقایسه با 0.00105-0.005 Incoloy i80 از خود نشان می‌دهد. 0.020-0.050 ipy برای 310H.

دوم، مقاومت در برابر سولفیداسیون و اکسیداسیون.بسیاری از آلیاژهای مقاوم در برابر سولفیداسیون (به عنوان مثال، آلیاژهایی با سیلیکون بسیار بالا) می‌توانند در محیط‌هایی که بین شرایط احیا (سولفید کردن) و اکسید شدن در نوسان هستند، مستعد اکسیداسیون باشند. محتوای کروم بالای Incoloy 832 (26-30٪) مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون ایجاد می کند و هنگامی که محیط اکسید می شود یک مقیاس محافظ Cr2O3 را تشکیل می دهد. این قابلیت دوگانه در بخاری های پالایشگاهی بسیار مهم است، جایی که برخورد شعله، ورود هوا یا اختلالات فرآیند می تواند باعث نوسانات جو شود. آلیاژ محافظت در هر دو شرایط را حفظ می کند.

سوم، قدرت خزش خوب در دماهای بالا.Incoloy 832 اگرچه یک آلیاژ سخت‌کننده رسوبی نیست، اما Incoloy 832 از طریق تقویت محلول جامد از کروم، سیلیکون و مولیبدن به استحکام خزشی مفیدی دست می‌یابد. قدرت گسیختگی 100000-ساعت در 1600 درجه فارنهایت (871 درجه) تقریباً 1.5-2.5 ksi (10-17 مگاپاسکال) است که با 310H قابل مقایسه است و برای اکثر کاربردهای لوله بخاری پالایشگاهی که تنش های حلقه نسبتاً کم است.

حالت های شکست مقایسه ای:در یک لوله بخاری نفت خام که 3.5٪ گوگرد خام را در 1550 درجه فارنهایت (843 درجه) با فشار داخلی 500 psig پردازش می کند:

فولاد ضد زنگ 310H: نرخ سولفیداسیون 0.030 ipy، عمر لوله تقریباً 3-4 سال

Incoloy 890: نرخ سولفیداسیون 0.008 ipy، عمر لوله تقریباً 10-12 سال

Incoloy 832: نرخ سولفیداسیون 0.002 ipy، عمر لوله بیش از 20 سال

کاربردهای معمولی:لوله‌های بخاری خام پالایشگاهی (سرویس خام گوگردی بالا{{0})، لوله‌های بخاری کوکر تأخیری، لوله‌های بخاری خلاء،-سوپرهیتر دیگ‌های ذغالی و لوله‌های حرارت‌دهنده (-شعله‌های NOx کم شرایط سولفید شدن ایجاد می‌کنند)، مشعل مشروب بازیابی سیاه در اجزای دیگ بخار و سیلندر (گوگرد بالا از ضایعات پلاستیک و لاستیک).

---

4. س: چرا لوله بدون درز Incoloy 890 اغلب از گزینه های آلیاژی بالاتر برای سرویس بخاری پالایشگاه انتخاب می شود؟

A:لوله بدون درز Incoloy 890 "نقطه شیرین" را در کاربردهای بخاری پالایشگاه اشغال می کند-مقاومت در برابر سولفیداسیون بسیار بهتری نسبت به فولاد ضد زنگ استاندارد 310H ارائه می دهد و در عین حال قابلیت ساخت بهتر و هزینه کمتری نسبت به آلیاژهای سیلیکونی بالاتر- مانند Incoloy 832 دارد. سه عامل پذیرش گسترده آن را توضیح می دهد.

اول، تعادل بهینه مقاومت سولفیداسیون و قابلیت ساخت.کروم 25-28٪ Incoloy 890 و سیلیکون 0.3-0.8٪ مقاومت سولفیداسیون قابل توجهی در مقایسه با 310H ارائه می دهد (24-26٪ کروم، 0.3-0.5٪ Si معمولی). بهبود قابل توجه است{11}}به طور معمول کاهش 50 تا 70 درصدی در میزان سولفیداسیون. با این حال، برای جلوگیری از مشکلات جوشکاری و ساخت مرتبط با آلیاژهای سیلیکون بالا، محتوای سیلیکون زیر 1٪ نگه داشته می‌شود. آلیاژهای سیلیکونی بالا (بالاتر از 1.5٪ Si) می‌توانند فاز سیگما شکننده را در حین جوشکاری یا خدمات طولانی‌مدت ایجاد کنند و بیشتر مستعد ترک‌خوردگی داغ هستند. Incoloy 890 را می توان با استفاده از روش های استاندارد با فلز پرکننده ER310، بدون نیاز به پیش گرم کردن تخصصی یا عملیات حرارتی پس از جوشکاری جوش داد. این باعث می شود هم برای تولید آسیاب و هم برای تعمیرات مزرعه عملی شود.

دوم، عملکرد ثابت شده در طیف گسترده ای از محیط های پالایشگاهی.Incoloy 890 چندین دهه تجربه میدانی در بخاری‌های خام، بخاری‌های خلاء، بخاری‌های کوکر و بخاری‌های اصلاح‌کننده دارد. در طیف وسیعی از محتوای گوگرد (0.5-3.0٪)، دما (1200-1650 درجه فارنهایت / 649-899 درجه) و شرایط چرخه حرارتی به طور قابل اعتمادی عمل می کند. این سابقه گسترده به مهندسان پالایشگاه در تعیین آلیاژ اطمینان می دهد. در مقابل، آلیاژهای سیلیکونی بالاتر{10}}مانند Incoloy 832 سابقه میدان محدودتری دارند و معمولاً برای شدیدترین شرایط رزرو می‌شوند.

سوم، مقرون به صرفه بودن-در مقایسه با سوپرآلیاژهای مبتنی بر نیکل{1}}.در محیط‌هایی که سولفیداسیون شدید است، برخی مهندسان ممکن است آلیاژهای جامد مبتنی بر نیکل{0}} مانند Inconel 600 یا Incoloy 800H را در نظر بگیرند. با این حال، این آلیاژها مشکلات سولفیداسیون خاص خود را دارند-آلیاژهای نیکل بالا-می‌توانند سولفیدهای نیکل با نقطه ذوب پایین- (Ni₃S2, نقطه ذوب 1179 درجه فارنهایت / 637 درجه) تشکیل دهند که باعث سولفیداسیون فاجعه‌بار مایع{10}} می‌شود. Incoloy 890 با محتوای نیکل متعادل خود (32-35%)، از این مشکل جلوگیری می کند و در عین حال مقاومت عالی در برابر سولفیداسیون را با هزینه کمتر نسبت به آلیاژهای{15} بر پایه نیکل ارائه می دهد. هزینه آلیاژ Incoloy 890 معمولاً 2-3 برابر 310H است اما فقط 0.6-0.8 برابر آلیاژهای نیکل جامد است که آن را به یک ارتقا اقتصادی تبدیل می کند.

مقایسه عملکرد در سرویس بخاری پالایشگاهی معمولی (1500 درجه فارنهایت / 816 درجه، سوخت سولفور 2٪):

کاربردهای معمولی:بخش‌های تابشی بخاری خام و خلاء پالایشگاه، لوله‌های بخاری با تأخیر کوکر، پیگتیل‌ها و منیفولدهای بخاری اصلاح‌کننده، مبدل‌های حرارتی پساب خوراک هیدروتراتر-(سمت دمای بالا-) و لوله‌های سوپرهیتر نیروگاه با سوخت زغال‌سنگ-(سولفیداسیون متوسط).

---

5. س: الزامات جوشکاری حیاتی برای لوله های Incoloy 832 در مقابل Incoloy 890 چیست؟

A:جوشکاری Incoloy 832 و Incoloy 890 نیاز به توجه به مسائل مختلفی دارد: محتوای سیلیکونی بالای Incoloy 832 باعث ایجاد ترک داغ و خطرات فاز سیگما می شود، در حالی که Incoloy 890 بخشنده تر است اما همچنان به تکنیک مناسب نیاز دارد.

برای لوله Incoloy 832 (سیلیکون بالا، کروم بالا):

خطر بالای ترک داغ و تشکیل فاز سیگما.محتوای 1.5-2.5٪ سیلیکون، در حالی که برای مقاومت در برابر سولفیداسیون مفید است، چالش های جوشکاری قابل توجهی ایجاد می کند. سیلیکون نقطه ذوب لایه‌های مرزی دانه را کاهش می‌دهد و حساسیت به ترک‌خوردگی را افزایش می‌دهد. اقدامات احتیاطی عبارتند از:

حرارت ورودی کم:حداکثر دمای بینگذر: 250 درجه فارنهایت (121 درجه). ورودی حرارت محدود به ۱۵ تا ۳۰ کیلوژول در اینچ (۶ تا ۱۲ کیلوژول بر سانتی‌متر) است. فقط از مهره های نخی استفاده کنید-بدون بافت.

نظافت بسیار مهم است:آلودگی گوگرد، فسفر و مس ناشی از مایعات برش، خودکارهای علامت گذاری یا ابزارهای جابجایی، خطر ترک خوردگی را تا حد زیادی افزایش می دهد. از برس های اختصاصی فولاد ضد زنگ و چرخ های سنگ زنی استفاده کنید.

پیش گرم کردن:معمولاً مورد نیاز نیست، اما پیش گرمای متوسط ​​200-300 درجه فارنهایت (93-149 درجه) ممکن است گرادیان حرارتی و خطر ترک خوردگی را کاهش دهد.

مهار:مهار جوش را به حداقل برسانید. از شکاف های متناسب-روی بالا استفاده کنید و اجازه حرکت آزادانه مجموعه را بدهید.

انتخاب فلز پرکننده:استفاده کنیدER310یاER309پرکننده های فولادی ضد زنگ برای بهترین تطابق مقاومت سولفیداسیون،ER310(25-28٪ کروم) ترجیح داده می شود. برخی از پرکننده های تخصصی سیلیکون بالا- وجود دارند اما به ندرت در دسترس هستند. هرگز از پرکننده‌های کم‌آلیاژ-یا پرکننده‌های مبتنی بر نیکل{6}}با محتوای کروم کم استفاده نکنید.

عملیات حرارتی پس از{0}}جوش (به طور کلی توصیه نمی شود):بازپخت محلول در 1950-2050 درجه فارنهایت (1066-1121 درجه) شکل پذیری را بازیابی می کند اما برای جوشکاری میدانی عملی نیست و ممکن است باعث اعوجاج شود. بیشتر اجزای Incoloy 832 در حالت جوشکاری{6} استفاده می‌شوند و مقداری کاهش شکل‌پذیری را می‌پذیرند.

برای لوله Incoloy 890 (سیلیکون متوسط):

جوش پذیری خوب با اقدامات احتیاطی استاندارد.سیلیکون پایین تر Incoloy 890 (0.3-0.8٪) جوش دادن آن را به طور قابل توجهی آسان تر از Incoloy 832 می کند. روش های استاندارد جوشکاری فولاد ضد زنگ آستنیتی اعمال می شود.

انتخاب فلز پرکننده:استفاده کنیدER310به عنوان پرکننده ترجیحیER309برای خدمات با شدت کمتر قابل قبول است. برای مقاومت بهینه در برابر سولفیداسیون، پرکننده باید با محتوای کروم بالای فلز پایه (25-28٪) مطابقت داشته باشد.

کنترل حرارت ورودی:حداکثر دمای بینگذر: 300 درجه فارنهایت (149 درجه). ورودی حرارت محدود به ۲۵ تا ۴۵ کیلوژول در اینچ (۱۰ تا ۱۸ کیلوژول بر سانتی‌متر) است. گرمای ورودی بالاتر می تواند باعث بارش کاربید کروم در مرزهای دانه شود (حساسیت)، که ممکن است مقاومت سولفیداسیون را کاهش دهد اما نسبت به سرویس خوردگی آبی حیاتی تر است.

تمیز کردن قبل از جوش:با استون یا برس اختصاصی فولاد ضد زنگ تمیز کنید. تمام آلودگی های فولاد کربنی را حذف کنید تا از تخریب سطح در طول سرویس در دمای بالا جلوگیری کنید.

عملیات حرارتی جوشکاری پست-(لازم نیست):Incoloy 890 در حالت جوش-استفاده می شود. بازپخت محلول پس از جوش{3}می تواند حداکثر مقاومت سولفیداسیون را بازیابی کند، اما غیرعملی است و به ندرت مشخص می شود.

هشدارهای حیاتی:

برای Incoloy 832:این آلیاژ نابخشودنی است. جوش فقط با روش های واجد شرایط. از همه منابع آلودگی گوگرد خودداری کنید-حتی باقی مانده قلم های علامت گذاری می تواند باعث ترک خوردن شود. روش‌های اتصال جایگزین (مثلاً جوشکاری با ER310 به دنبال کاهش تنش) را برای اجزای حیاتی در نظر بگیرید. برخی از سازندگان به دلیل خطر ترک خوردن، نیاز به بازرسی 100٪ رادیوگرافی از تمام جوش ها دارند.

برای Incoloy 890:از -پرکننده‌های کروم کم (308L، 316L) استفاده نکنید-آنها یک پیوند ضعیف برای حمله سولفیداسیون ایجاد می‌کنند. از ورودی گرمای بیش از حد استفاده نکنید{5}}این امر گرما را حساس می‌کند-منطقه تحت تأثیر را حساس می‌کند و مقاومت به خوردگی را کاهش می‌دهد. در حالی که بخشنده تر از 832 است، تکنیک مناسب هنوز مهم است.

شرایط صلاحیت:

برای هر دو آلیاژ در{0}}سرویس سولفید کردن دمای بالا، صلاحیت روش جوشکاری باید شامل آزمایش دمای بالا- باشد. در حالی که هیچ آزمایش مدون استانداردی وجود ندارد، بسیاری از اپراتورهای پالایشگاه به موارد زیر نیاز دارند:

میکروسکوپ{0}}مقطع برای تأیید عدم وجود ترک داغ یا فاز سیگما

تست سختی (معمولاً کمتر یا مساوی 95 HRB یا معادل آن)

اختیاری: قرار گرفتن در معرض گاز فرآیند شبیه سازی شده در دما برای تأیید اینکه منطقه جوش به محل حمله ترجیحی تبدیل نمی شود.

جدول مقایسه: