1. س: تفاوت های اساسی ترکیبی و متالورژیکی بین لوله های بدون درز Incoloy 800H و Incoloy 925 چیست؟
A:Incoloy 800H و Incoloy 925 کاربردهای متفاوتی دارند و تفاوت آنها با شیمی و عملیات حرارتی شروع می شود.
Incoloy 800H (UNS N08810)یک آلیاژ آهن-نیکل-کروم است که برای خدمات خزشی در دمای بالا- طراحی شده است. ترکیب اسمی آن 30-35٪ نیکل، 19-23٪ کروم و آهن متعادل است. ویژگی متمایز کلیدی محتوای کربن کنترل شده آن 0.05-0.10٪ و عملیات بازپخت اجباری محلول در حداقل دمای 2100 درجه فارنهایت (1149 درجه) است. این بازپخت با دمای بالا ساختار دانه ای ریز و یکنواختی ایجاد می کند (اندازه دانه ASTM No. 5 یا ریزتر). این آلیاژ حاوی هیچ افزودنی عمدی مولیبدن، مس یا تیتانیوم نیست. استحکام آن در دماهای بالا عمدتاً ناشی از تقویت محلول جامد و ساختار دانه بهینه آن است، نه از سخت شدن بارندگی.
Incoloy 925 (UNS N09925)آلیاژ کروم-سختکننده نیکل-آهن-بارشی حاصل از Incoloy 825 است. ترکیب آن بهطور قابلتوجهی پیچیدهتر است: 42-46٪ نیکل، 19.5-23.5٪ کروم، 2.5-3.5٪ مس، 1،5-3، و مولیبدن مهم است. 1.9-2.4٪ تیتانیوم و 0.1-0.5٪ آلومینیوم. اضافات تیتانیوم و آلومینیوم سخت شدن بارش را از طریق تشکیل ذرات Ni3(Al,Ti) گاما{17}در طول عملیات حرارتی کنترل شده پیری امکان پذیر می کند. Incoloy 925 همچنین حاوی مولیبدن برای مقاومت در برابر سوراخ شدن و مس برای کاهش مقاومت اسیدی است. ساختار دانه معمولی آن بسیار ظریفتر است و برای استحکام بالا در دماهای تقریباً 850 درجه فارنهایت (454 درجه) طراحی شده است، نه برای مقاومت در برابر خزش در دماهای شدید.
مفاهیم متالورژی:Incoloy 800H کاربرد خود را ازقدرت خزش در دمای بالا(1100–1800 درجه فارنهایت / 593–982 درجه). با افزایش دما نرم می شود اما از طریق مهندسی مرز دانه استحکام مفیدی را حفظ می کند. Incoloy 925 کاربرد خود را ازاستحکام کششی و تسلیم بالا در دماهای پایین تا متوسط(برودتی تا 850 درجه فارنهایت). استحکام آن از طریق یک تیمار پیری دو مرحلهای به دست میآید: آنیل محلول در دمای 1800 درجه فارنهایت (982 درجه) و سپس سخت شدن سن در دمای 1325 درجه فارنهایت (718 درجه) و 1150 درجه فارنهایت (621 درجه). قدرت تسلیم معمولی برای Incoloy 925 از 100 ksi (690 مگاپاسکال) فراتر می رود، در حالی که Incoloy 800H تقریباً 30-45 ksi (207-310 MPa) را در دمای اتاق ارائه می دهد که در دماهای بالا به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
انتخاب بین آنها مستلزم پاسخ روشن به یک سوال است: آیا برنامه تقاضای مقاومت دارد؟خزش{0}}درجه حرارت بالا(800H را انتخاب کنید) یااستحکام-بالا و مقاومت در برابر خوردگی در محیطهای ترش/میدان نفتی(925 را انتخاب کنید)؟
2. س: چه استانداردها و مشخصات صنعتی بر لوله های بدون درز Incoloy 800H و Incoloy 925 حاکم است؟
A:این دو آلیاژ تحت چارچوبهای مشخصات کاملاً متفاوت قرار میگیرند زیرا در صنایع مختلف خدمت میکنند. درک این استانداردها برای تدارکات و رعایت مقررات ضروری است.
برای لوله بدون درز Incoloy 800H:
ASTM B407 / ASME SB407– مشخصات استاندارد برای لوله های نیکل بدون درز-آهن-آلیاژ کروم. این مشخصات اولیه N08810 (800H) و همچنین N08800 (800) و N08811 (800HT) را پوشش می دهد.
ASTM B163 / ASME SB163- لوله های کندانسور و مبدل حرارتی بدون درز. این مشخصات اغلب برای لوله های 800H در مبدل های حرارتی پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد.
کد دیگ بخار و مخزن تحت فشار ASME بخش II، قسمت D- مقادیر تنش مجاز را برای 800H در دماهای بالا فراهم می کند. به طور بحرانی، 800H در مقایسه با استاندارد Incoloy 800، تنش های مجاز قابل توجهی بالاتر از 1100 درجه فارنهایت دریافت می کند.
ASTM B829- الزامات عمومی برای لوله بدون درز آلیاژ نیکل (مکمل B407).
برای لوله بدون درز Incoloy 925:
ASTM B983– مشخصات استاندارد برای بارندگی-سختی نیکل-آهن-لوله بدون درز آلیاژ کروم (به طور خاص برای UNS N09925 توسعه یافته است). این مشخصات اولیه لوله است.
ASTM B805- پوشش میله و میله برای Incoloy 925، که اغلب برای اتصالات و قطعات ماشینکاری شده ارجاع داده می شود.
API 6ACRA– مشخصات موسسه نفت آمریکا برای آلیاژهای مبتنی بر نیکل{0}سخت شده{1} که در سرویس ترش استفاده می شود. Incoloy 925 اغلب برای اجزای سوراخ و تجهیزات سطح ذکر شده است.
NACE MR0175 / ISO 15156– این مسلماً مهمترین استاندارد برای Incoloy 925 است. این آلیاژ را برای استفاده در محیطهای ترش (H2S-حاوی) نفت و گاز تأیید میکند. استاندارد حداکثر سختی (معمولاً 35 HRC یا کمتر) و شرایط عملیات حرارتی قابل قبول را برای جلوگیری از ترک خوردگی تنش سولفید مشخص می کند.
ملاحظات اضافی:برای Incoloy 800H، گزارش آزمایش مواد باید دمای بازپخت محلول (حداقل 2100 درجه فارنهایت / 1149 درجه) و اندازه دانه (ASTM No. 5 یا ریزتر) را مستند کند. برای Incoloy 925، خریدار باید مشخص کند که آیا لوله در شرایط بازپخت شده محلول (نرم، برای کار سرد بعدی) یا در شرایط قدیمی (سخت، برای سرویس مستقیم) مورد نیاز است. اکثر لولههای بدون درز در محلول-بازپخت شده و سرد-شرایط کار شده عرضه میشوند، سپس پس از شکلدهی و جوشکاری توسط سازنده کهنه میشوند، یا قبل{10}}توسط آسیاب عرضه میشوند.
3. س: چرا لوله بدون درز Incoloy 800H ماده ترجیحی برای خدمات کوره پتروشیمی و مبدل حرارتی با دمای بالا-است؟
A:لوله بدون درز Incoloy 800H به یک ماده معیار در صنعت پتروشیمی برای کاربردهایی که شامل قرار گرفتن در معرض دمای بالا پایدار همراه با فشار داخلی است تبدیل شده است. سه ویژگی خاص تسلط آن را توضیح می دهد.
ابتدا، قدرت پارگی خزش{0}}بهینه از طریق کنترل اندازه دانه.بر خلاف استاندارد Incoloy 800 که ممکن است ساختار دانهای درشت و کنترلنشده داشته باشد، 800H محلولی است که در حداقل دمای 2100 درجه فارنهایت (1149 درجه) آنیل میشود تا ساختار دانهای ریز و یکنواخت (ASTM No. 5 یا ریزتر) ایجاد شود. این ساختار دانه ریز در دماهای بین 1100 درجه فارنهایت و 1800 درجه فارنهایت (593 تا 982 درجه) مقاومت عالی در برابر تغییر شکل خزش تحت تنش طولانی مدت- ایجاد می کند. در لولههای کورههای ترک اتیلن، هدرهای اصلاحکننده و پیگتیلها، قطعات باید در برابر فشارهای داخلی تا 500 psi (3.4 مگاپاسکال) در دمای فلز 1600 تا 1700 درجه فارنهایت (870 تا 927 درجه) تنشهای حلقه را تحمل کنند. تحت این شرایط، استاندارد 800 در عرض چند ماه دچار کرنش خزشی غیرقابل قبول (برآمدگی) می شود، در حالی که 800H خدمات قابل اعتمادی را برای 5 تا 10 سال یا بیشتر ارائه می دهد. پارامتر لارسون{24}}میلر که معمولاً برای پیشبینی عمر خزش استفاده میشود، نشان میدهد که 800H عمر گسیختگی تقریباً 10 برابر بیشتر از استاندارد 800 در تنش و دمای معادل ارائه میدهد.
دوم، مقاومت استثنایی در برابر کربن و اکسیداسیون.محتوای کروم 19 تا 23 درصد باعث تشکیل یک مقیاس پیوسته و چسبنده اکسید کروم (Cr2O3) در تمام سطوح در معرض گاز با دمای بالا می شود. این مقیاس به عنوان یک مانع انتشار در برابر کربن، اکسیژن و نیتروژن عمل می کند. در خدمات کراکینگ هیدروکربنی، انتشار کربن (کربوریزاسیون) مکانیزم شکست اولیه است. لایه های کربوره شکننده می شوند، شکل پذیری خود را از دست می دهند و عدم تطابق انبساط حرارتی ایجاد می کنند که منجر به ترک خوردن در طول چرخه حرارتی می شود. محتوای بالای نیکل (30-35٪) حلالیت کربن و انتشار در فلز زیرین را بیشتر کاهش می دهد. تجربه میدانی تأیید میکند که لولههای 800H انعطافپذیری و یکپارچگی ساختاری را پس از سالها قرار گرفتن در معرض کربوهیداسیون حفظ میکنند، در حالی که آلیاژهای نیکل پایینتر{11}مانند فولاد ضد زنگ 310H با سرعت بیشتری کربوره میشوند.
سوم، مقاومت در برابر خستگی حرارتی در طول چرخه های دک کردن.کوره های پتروشیمی برای حذف رسوبات کربن نیاز به کک زدایی دوره ای دارند. این شامل وارد کردن بخار و هوا برای سوزاندن کربن انباشته شده، ایجاد نوسانات سریع دما از دمای معمولی (~1600 درجه فارنهایت) به نزدیک-محیط و عقب است. این چرخه های حرارتی باعث ایجاد فشار قابل توجهی می شود. ضریب انبساط حرارتی متوسط Incoloy 800H (شبیه به فولادهای زنگ نزن آستنیتی) همراه با شکل پذیری عالی در دمای{6} بالا به آن اجازه می دهد تا صدها یا هزاران چرخه حرارتی را بدون ایجاد ترک تحمل کند. ساختار دانه ریز و یکنواخت همچنین در برابر حفره مرزی دانه مقاومت می کند، که پیشروی شکست خستگی حرارتی است.
نمونه های کاربردی:لولههای خروجی اصلاحکننده هیدروژن، مبدلهای خط انتقال ترک خوردگی اتیلن، دیگهای حرارتی زباله کارخانه آمونیاک، و لولههای سوپرهیتر در سرویس بخار با دمای بالا-. در تمام این موارد، 800H تعادل لازم بین قدرت خزش، مقاومت محیطی و عمر خستگی حرارتی را فراهم می کند که فولادهای ضد زنگ استاندارد نمی توانند با آن مطابقت کنند.
4. س: چرا لوله بدون درز Incoloy 925 ماده ترجیحی برای نفت ترش و گاز و کاربردهای زیر دریا است؟
A:لوله بدون درز Incoloy 925 در صنعت نفت و گاز مقبولیت گسترده ای برای محیط های خدماتی سخت ترش یافته است که در آن استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر ترک خوردگی استرس سولفیدی (SSC) به طور همزمان مورد نیاز است. هیچ ویژگی واحدی موفقیت آن را توضیح نمی دهد-بلکه ترکیبی از پنج ویژگی مهندسی شده است.
اول، بارندگی{0}}قدرت را سخت کرد.از طریق عملیات حرارتی پیری کنترل شده، Incoloy 925 به استحکام تسلیم در محدوده 80 تا 120 ksi (552-827 مگاپاسکال) دست می یابد و در عین حال شکل پذیری خوبی را حفظ می کند (ازدیاد طول 15-25٪). این سطح استحکام برای چاه های عمیق (15000-25000 فوت / 4500-7600 متر) که در آن فشارهای فروپاشی و ترکیدگی شدید است و برای اتصالات زیر دریا که لوله باید بارهای نصب و فشارهای عملیاتی را تحمل کند ضروری است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی استاندارد مانند 316L نمی توانند بدون کار سرد به این سطوح استحکام دست یابند که مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد. Incoloy 800H، با استحکام تسلیم معمولی 35 ksi (241 مگاپاسکال)، برای این نیازهای مکانیکی کاملاً ناکافی است.
دوم، مطابقت NACE MR0175/ISO 15156.این استاندارد بین المللی مواد فلزی را برای سرویس ترش در جایی که H2S وجود دارد تأیید می کند. Incoloy 925 به صراحت در استاندارد برای استفاده در محیط هایی تا فشار جزئی 0.1 بار (1.45 psi) H2S و بالاتر با کنترل سختی مناسب ذکر شده است. مقاومت آلیاژ در برابر ترک خوردگی تنش سولفیدی ناشی از ریزساختار به دقت کنترل شده آن است. رسوبات اولیه گاما (Ni3(Al, Ti)) با ماتریس آستنیتی منسجم هستند و سخت شدن یکنواختی را بدون ایجاد ساختارهای بسیار دررفته یا مارتنزیتی که به SSC حساس هستند ایجاد می کنند. علاوه بر این، استاندارد به حداکثر سختی 35 HRC (یا 38 HRC در شرایط خاص) نیاز دارد که Incoloy 925 به راحتی می تواند در شرایط قدیمی به آن دست یابد.
سوم، مقاومت در برابر ترک خوردگی تنش کلرید (SCC).محتوای بالای نیکل (42-46٪) اساساً رفتار SCC را تغییر می دهد. برخلاف فولادهای زنگ نزن (8 تا 12 درصد نیکل)، که به شدت در برابر کلرید SCC بالاتر از 140 درجه فارنهایت (60 درجه) حساس هستند، Incoloy 925 در تمام دماهایی که در تولید نفت و گاز با آن مواجه میشوند، از جمله چاههای عمیق با دمای بالا و خطوط تزریق بخار، مقاومت میکند. این مقاومت در محیطهایی که آبهای سازند حاوی هزاران ppm کلرید هستند حیاتی است.
چهارم، مقاومت در برابر خوردگی حفره و شکاف ناشی از مولیبدن.محتوای 2.5-3.5٪ مولیبدن در آب نمک های حاوی کلرید در برابر حمله موضعی مقاومت می کند. عدد معادل مقاومت حفره ای (PREN=%Cr + 3.3×%Mo) برای Incoloy 925 تقریباً 30-33 است، بطور قابل توجهی بالاتر از فولاد ضد زنگ 316L (PREN ~24-26). این به دماهای حفرهای بحرانی بالاتر و عملکرد بهتر در شرایط راکد یا شکافی رایج در تکمیل چالهها و تجهیزات زیردریایی است.
پنجم، افزودن مس برای کاهش مقاومت اسیدی.محتوای مس 1.5 تا 3.0 درصد محافظت در برابر اسیدهای احیاکننده مانند اسیدهای سولفوریک یا هیدروکلریک کمیاب است که ممکن است در سیستم های گاز ترش به دلیل عملیات شیمیایی یا شیمی تشکیل وجود داشته باشد. این فیلم غیرفعال حاوی مس به ویژه در محیطهایی با H2S و CO2 که در آن مقادیر کمی اسیدهای متراکم تشکیل میشوند مفید است.
کاربردهای معمولی:لولههای تولید حفرهای، بستهکنندهها، دریچههای ایمنی زیرسطحی، منیفولدهای زیر دریا، بدنههای خفهکننده و اجزای درخت کریسمس. در این کاربردها، Incoloy 925 با سایر آلیاژهای بارندگی{2}}سخت شده مانند Inconel 718 و Inconel 725 رقابت میکند. اغلب زمانی انتخاب میشود که محیط کمتر از آنچه که Inconel 718 نیاز دارد، اما از قابلیتهای فولادهای ضد زنگ دوبلکس یا فوق دوبلکس فراتر میرود.
5. س: الزامات مهم جوشکاری و عملیات حرارتی برای لوله های بدون درز Incoloy 800H در مقابل Incoloy 925 چیست؟
A:روشهای جوشکاری و عملیات حرارتی برای این دو آلیاژ اساساً متفاوت است زیرا Incoloy 925 رسوب{1}}سخت میشود در حالی که Incoloy 800H چنین نیست. اعمال روش اشتباه منجر به خرابی فوری یا کاهش شدید عمر مفید می شود.
برای لوله بدون درز Incoloy 800H:
انتخاب فلز پرکننده:استفاده کنیدERNiCr-3(AWS A5.14) به عنوان پرکننده استاندارد. برای خواستارترین خدمات خزش بالای 1500 درجه فارنهایت (816 درجه)،ERNiCrCoMo-1(Inconel 617) استحکام بالاتر{1} درجه حرارت را ارائه می دهد. هرگز از پرکننده های فولادی ضد زنگ استفاده نکنید که باعث ایجاد گرمای شکننده می شود{3}}.
کنترل حرارت ورودی:دمای بینگذر را زیر 200 درجه فارنهایت (93 درجه) حفظ کنید. به جای بافتن از مهره های نخی استفاده کنید. گرمای ورودی را به ۲۵ تا ۴۵ کیلوژول در اینچ (۱۰ تا ۱۸ کیلوژول بر سانتیمتر) محدود کنید. گرمای ورودی بیش از حد ساختار دانه ریز را درشت می کند که به 800H مقاومت خزشی آن را می دهد و مزیت آنیل محلول 2100 درجه فارنهایت را نفی می کند.
تمیز کردن قبل از جوش:همه آلاینده های گوگرد، فسفر و نقطه ذوب پایین{{0}را حذف کنید. از چرخهای آسیاب نیکل{3}} اختصاصی استفاده کنید. قبل از جوشکاری با استون تمیز کنید.
عملیات حرارتی پس از-جوش (PWHT):معمولاً برای ضخامت دیوارهای معمول در لوله کشی (تا 2 اینچ / 50 میلی متر) مورد نیاز نیست. برای بخشهای{3}دیوار سنگین یا اجزایی که به حداکثر استحکام خزشی نیاز دارند، بازپخت کامل محلول در دمای 2100 درجه فارنهایت (1149 درجه) و به دنبال آن خنکسازی سریع، ساختار دانهای بهینه را بازیابی میکند. PWHT میدانی به ندرت عملی است، بنابراین صلاحیت دقیق رویه ضروری است.
برای لوله بدون درز Incoloy 925:
انتخاب فلز پرکننده:استفاده کنیدERNiCrMo-3(Inconel 625) یاERNiCrMo-10(اینکونل 622). این پرکنندههای حاوی مولیبدن{2}}با مقاومت خوردگی فلز پایه مطابقت دارند یا از آن فراتر میروند.هرگز استفاده نکنیدERNiCr-3 (که فاقد مولیبدن است) یا هر پرکننده فولاد ضد زنگ.
کنترل حرارت ورودی:حتی سختگیرتر از 800H. حداکثر دمای بینگذر: 200 درجه فارنهایت (93 درجه). ورودی گرما به 20 تا 35 کیلوژول در اینچ (8 تا 14 کیلوژول بر سانتی متر) محدود می شود. گرمای ورودی بیشتر باعث پیری بیش از حد منطقه تحت تأثیر گرما{10}}یا بدتر از آن ذوب اولیه رسوبات مرزی میشود.
عملیات حرارتی پس از جوش-برای کاربردهای قدیمی اجباری است:Incoloy 925 معمولاً در محلول-حالت آنیل شده (نرم) جوش داده می شود. پس از جوشکاری، کل مجموعه باید تحت یک عملیات حرارتی سخت شدن کامل بارندگی- قرار گیرد:
محلول آنیل(در صورت نیاز برای کاهش تنش های جوشکاری): 1800 درجه فارنهایت (982 درجه) به مدت 1 ساعت در هر اینچ ضخامت، و به دنبال آن خنک شدن سریع (کوئنچ آب)
مرحله اول پیری:1325 درجه فارنهایت (718 درجه) به مدت 8 ساعت و به دنبال آن خنک سازی کوره تا 1150 درجه فارنهایت (621 درجه)
مرحله دوم پیری:در دمای 1150 درجه فارنهایت (621 درجه) به مدت 8 ساعت نگه دارید، سپس هوا خنک شود
این پیری دو مرحلهای، گاما-پرایم (Ni3(Al,Ti)) را رسوب میدهد که استحکام میدهد. جوشکاری بدون پیری بعدی ساختاری نرم با استحکام تسلیم 40-50 ksi (276-345 مگاپاسکال) ایجاد می کند-که برای اکثر کاربردهای میدان نفتی کاملاً ناکافی است. جوشکاری در شرایط قبل از سن ممکن است، اما خطر پیری بیش از حد یا ترک خوردن دارد و برای اجزای حاوی فشار توصیه نمیشود.
هشدار بحرانی:هرگز سعی نکنید Incoloy 925 را با استفاده از روش های توسعه یافته برای Incoloy 800H جوش دهید. عدم پیری بعد از جوش، اتصال جوش را در شرایط نرم و ضعیفی قرار می دهد که مستعد خوردگی و شکست مکانیکی است. برعکس، پیری Incoloy 800H غیر ضروری است و هیچ مزیتی ندارد در حالی که هزینه و خطر اعوجاج را اضافه می کند.
شرایط صلاحیت:برای Incoloy 925 در سرویس ترش، روش های جوشکاری باید با تست سختی مطابق NACE MR0175 واجد شرایط باشد. سختی در ناحیه تحت تأثیر حرارت-و فلز جوش نباید از حد تعیین شده تجاوز کند (معمولاً حداکثر 35 HRC). این اغلب مستلزم کنترل دقیق گرمای ورودی و در برخی موارد، چرخه-پدکاری محلول جوشی و پیری مجدد{6}} است تا هم استحکام و هم سختی قابل قبول را بازیابی کند.
