1. P: Koje su temeljne sastavne i metalurške razlike između bešavnih cijevi Incoloy 800H i Incoloy 925?
A:Incoloy 800H i Incoloy 925 služe izrazito različitim primjenama, a njihove razlike počinju s kemijom i toplinskom obradom.
Incoloy 800H (UNS N08810)je legura željeza-nikla-kroma dizajnirana za-uslugu puzanja na visokim temperaturama. Njegov nominalni sastav je 30-35% nikla, 19-23% kroma i ostatak željeza. Ključna značajka razlikovanja je kontrolirani sadržaj ugljika od 0,05–0,10% i obavezni tretman žarenja otopinom na minimalnoj temperaturi od 2100 stupnjeva F (1149 stupnjeva). Ovo žarenje na visokoj-temperaturi proizvodi finu, jednoliku strukturu zrna (ASTM veličina zrna br.. 5 ili finija). Legura ne sadrži namjerne dodatke molibdena, bakra ili titana. Njegova čvrstoća na povišenim temperaturama prvenstveno dolazi od ojačanja čvrste otopine i njegove optimizirane strukture zrna, a ne od otvrdnjavanja taloženjem.
Inkoloj 925 (UNS N09925)je precipitacijska-legura nikla-željeza-kroma koja se stvrdnjava iz Incoloya 825. Sastav joj je znatno složeniji: 42–46% nikla, 19,5–23,5% kroma, 2,5–3,5% molibdena, 1,5–3,0% bakra, i što je važno, 1,9–2,4% titana i 0,1–0,5% aluminija. Dodaci titana i aluminija omogućuju precipitacijsko otvrdnjavanje stvaranjem Ni₃(Al,Ti) gama-prime čestica tijekom toplinskih obrada kontroliranog starenja. Incoloy 925 također sadrži molibden za otpornost na piting i bakar za smanjenje otpornosti na kiseline. Njegova tipična zrnasta struktura mnogo je finija i projektirana je za visoku čvrstoću na temperaturama do približno 850 stupnjeva F (454 stupnja), a ne za otpornost na puzanje pri ekstremnim temperaturama.
Metalurške implikacije:Incoloy 800H svoju korisnost dobiva izotpornost na puzanje pri visokoj temperaturi(1100–1800 stupnjeva F / 593–982 stupnjeva). Omekšava s povećanjem temperature, ali održava korisnu čvrstoću kroz inženjering granica zrna. Incoloy 925 dobiva svoju korisnost izvisoka vlačna čvrstoća i granica tečenja pri niskim do umjerenim temperaturama(kriogeno do 850 stupnjeva F). Njegova se čvrstoća postiže tretmanom starenja u dva- koraka: žarenje u otopini na 1800 stupnjeva F (982 stupnja ), nakon čega slijedi otvrdnjavanje starenjem na 1325 stupnjeva F (718 stupnjeva ) i 1150 stupnjeva F (621 stupanj ). Tipične granice razvlačenja za Incoloy 925 prelaze 100 ksi (690 MPa), dok Incoloy 800H nudi približno 30-45 ksi (207-310 MPa) na sobnoj temperaturi, značajno opadajući pri povišenim temperaturama.
Odabir između njih zahtijeva jasan odgovor na jedno pitanje: Zahtijeva li aplikacija otpornost navisoko{0}}temperaturno puzanje(odaberite 800H) ilivisoka-čvrstoća plus otpornost na koroziju u kiselim/naftnim sredinama(odaberite 925)?
2. P: Koji industrijski standardi i specifikacije reguliraju bešavne cijevi Incoloy 800H i Incoloy 925?
A:Dvije legure potpadaju pod potpuno različite okvire specifikacija jer služe različitim industrijama. Razumijevanje ovih standarda ključno je za nabavu i usklađenost s propisima.
Za Incoloy 800H bešavne cijevi:
ASTM B407 / ASME SB407– Standardna specifikacija za bešavne cijevi od legure nikla-željeza-kroma. Ovo je primarna specifikacija koja pokriva N08810 (800H), kao i N08800 (800) i N08811 (800HT).
ASTM B163 / ASME SB163– Bešavne cijevi kondenzatora i izmjenjivača topline. Ova specifikacija se često poziva za 800H cijevi u petrokemijskim izmjenjivačima topline.
ASME kodeks za kotlove i tlačne posude, odjeljak II, dio D– Pruža dopuštene vrijednosti naprezanja za 800H na povišenim temperaturama. Kritično, 800H prima znatno veća dopuštena naprezanja iznad 1100 stupnjeva F u usporedbi sa standardnim Incoloy 800.
ASTM B829– Opći zahtjevi za bešavne cijevi od legure nikla (dopuna B407).
Za bešavne cijevi Incoloy 925:
ASTM B983– Standardna specifikacija za bešavne cijevi od-nikla-željeza-kroma koje otvrdnjavaju taloženjem (posebno razvijeno za UNS N09925). Ovo je primarna specifikacija cijevi.
ASTM B805– Pokriva šipku i šipku za Incoloy 925, često se spominje za spojeve i strojno obrađene komponente.
API 6ACRA– Specifikacije Američkog instituta za naftu za legure na bazi-nikla-stvrdnute starenjem koje se koriste u kiseloj upotrebi. Incoloy 925 se često navodi za komponente bušotine i površinsku opremu.
NACE MR0175 / ISO 15156– Ovo je nedvojbeno najvažniji standard za Incoloy 925. Certificira leguru za upotrebu u kiselim sredinama (koje sadrže H₂S-) nafti i plinu. Norma utvrđuje maksimalne granice tvrdoće (obično 35 HRC ili niže) i prihvatljive uvjete toplinske obrade kako bi se spriječilo pucanje uzrokovano sulfidom.
Dodatna razmatranja:Za Incoloy 800H, izvješće o ispitivanju materijala mora dokumentirati temperaturu žarenja u otopini (minimalno 2100 stupnjeva F / 1149 stupnjeva ) i veličinu zrna (ASTM br. 5 ili finije). Za Incoloy 925, kupac mora navesti je li cijev potrebna u otopini-žarenom stanju (mekana, za kasniju hladnu obradu) ili u ostarjelom stanju (tvrda, za izravnu upotrebu). Većina bešavnih cijevi isporučuje se u stanju-žarene i hladno-obrađene, a zatim ih proizvođač sastari nakon oblikovanja i zavarivanja, ili se isporučuju prethodno-sazrevane u mlinu.
3. P: Zašto je Incoloy 800H bešavna cijev preferirani materijal za visokotemperaturne petrokemijske peći i usluge izmjenjivača topline?
A:Bešavne cijevi Incoloy 800H postale su referentni materijal u petrokemijskoj industriji za primjene koje uključuju dugotrajno izlaganje visokoj-temperaturi u kombinaciji s unutarnjim tlakom. Tri specifične karakteristike objašnjavaju njegovu dominaciju.
Prvo, optimizirana čvrstoća puzanja-na pucanje kroz kontrolu veličine zrna.Za razliku od standardnog Incoloya 800, koji može imati grubu i nekontroliranu strukturu zrna, 800H je žaren u otopini na minimalno 2100 stupnjeva F (1149 stupnjeva ) kako bi se proizvela fina, ujednačena struktura zrna (ASTM No. 5 ili finija). Ova fino zrnasta struktura pruža vrhunsku otpornost na deformacije puzanjem pod dugotrajnim-naprezanjem na temperaturama između 1100 stupnjeva F i 1800 stupnjeva F (593–982 stupnjeva). U cijevima peći za krekiranje etilena, kolektorima reformatora i pigtailovima, komponente moraju izdržati naprezanja obruča od unutarnjih pritisaka do 500 psi (3,4 MPa) pri temperaturama metala od 1600–1700 stupnjeva F (870–927 stupnjeva). Pod ovim uvjetima, standardni 800 bi doživio neprihvatljivo naprezanje puzanja (ispupčenje) u roku od nekoliko mjeseci, dok 800H pruža pouzdanu uslugu 5-10 godina ili više. Larson-Millerov parametar koji se obično koristi za predviđanje vijeka puzanja pokazuje da 800H nudi približno 10 puta dulji vijek trajanja od puknuća od standardnog 800 pri ekvivalentnom naprezanju i temperaturi.
Drugo, izuzetna otpornost na karburizaciju i oksidaciju.Sadržaj kroma od 19–23% potiče stvaranje kontinuiranog, prianjajućeg kamenca kromovog oksida (Cr₂O₃) na svim površinama izloženim plinu visoke -temperature. Ova ljestvica djeluje kao difuzijska barijera protiv ugljika, kisika i dušika. U uslugama krekiranja ugljikovodika, difuzija ugljika (karburizacija) primarni je mehanizam kvara. Karburizirani slojevi postaju krti, gube duktilnost i razvijaju neusklađenost toplinske ekspanzije koja dovodi do pucanja tijekom toplinskog ciklusa. Visok sadržaj nikla (30-35%) dodatno smanjuje topljivost ugljika i difuziju u metalu ispod. Iskustvo s terena potvrđuje da cijevi 800H zadržavaju duktilnost i strukturni integritet nakon godina izlaganja naugljičavanju, dok se legure s nižim-niklom poput nehrđajućeg čelika 310H naugljičuju brže.
Treće, otpornost na toplinski zamor tijekom ciklusa uklanjanja koksa.Petrokemijske peći zahtijevaju povremeno uklanjanje koksa kako bi se uklonile naslage ugljika. To uključuje uvođenje pare i zraka za sagorijevanje akumuliranog ugljika, stvarajući brze promjene temperature od normalne radne temperature (~1600 stupnjeva F) do približno-okoline i natrag. Ovi toplinski ciklusi izazivaju značajno naprezanje. Umjereni koeficijent toplinskog širenja Incoloya 800H (sličan austenitnim nehrđajućim čelicima) u kombinaciji s izvrsnom visoko{6}}temperaturnom duktilnošću omogućuje mu da izdrži stotine ili tisuće toplinskih ciklusa bez stvaranja pukotina. Fina, ujednačena struktura zrna također se odupire kavitaciji granica zrna, preteči loma uslijed toplinskog zamora.
Primjeri primjene:Izlazni cjevovod vodikovog reformatora, izmjenjivači prijenosnih linija za krekiranje etilena, kotlovi za otpadnu toplinu postrojenja za amonijak i cijevi pregrijača u visoko{0}}temperaturnom servisu pare. U svim ovim slučajevima, 800H pruža potrebnu ravnotežu čvrstoće puzanja, otpornosti na okoliš i vijek trajanja od toplinskog zamora koji standardni nehrđajući čelici ne mogu dostići.
4. P: Zašto je Incoloy 925 bešavna cijev preferirani materijal za kiselu naftu i plin u bušotinama i podmorskim aplikacijama?
A:Incoloy 925 bešavna cijev široko je prihvaćena u naftnoj i plinskoj industriji za radna okruženja s teškim kiselim uvjetima gdje su istovremeno potrebni visoka čvrstoća, otpornost na koroziju i otpornost na sulfidno napuknuće (SSC). Niti jedno svojstvo ne objašnjava njegov uspjeh-već je to kombinacija pet projektiranih karakteristika.
Prvo, taloženje{0}}čvrstoća.Toplinskom obradom kontroliranog starenja, Incoloy 925 postiže granice razvlačenja u rasponu od 80 do 120 ksi (552–827 MPa) uz zadržavanje dobre duktilnosti (15–25% istezanja). Ova razina čvrstoće neophodna je za duboke bušotine (15.000–25.000 stopa / 4.500–7.600 metara) gdje su pritisci kolapsa i pucanja ekstremni, te za podmorske spojeve gdje cijev mora izdržati instalacijska opterećenja i radne pritiske. Standardni austenitni nehrđajući čelici kao što je 316L ne mogu postići ove razine čvrstoće bez hladne obrade, koja smanjuje otpornost na koroziju. Incoloy 800H, s tipičnom granicom razvlačenja od 35 ksi (241 MPa), potpuno je neadekvatan za ove mehaničke zahtjeve.
Drugo, usklađenost s NACE MR0175/ISO 15156.Ovaj međunarodni standard potvrđuje metalne materijale za kiselu upotrebu u kojima je prisutan H₂S. Incoloy 925 je izričito naveden u standardu za upotrebu u okruženjima do 0,1 bar (1,45 psi) H₂S parcijalnog tlaka i više uz odgovarajuću kontrolu tvrdoće. Otpornost legure na sulfidno pucanje uslijed naprezanja proizlazi iz njezine pažljivo kontrolirane mikrostrukture. Gama-prime precipitati (Ni₃(Al,Ti)) su koherentni s austenitnom matricom, stvarajući ravnomjerno otvrdnjavanje bez stvaranja jako dislociranih ili martenzitnih struktura koje su osjetljive na SSC. Dodatno, standard zahtijeva maksimalnu tvrdoću od 35 HRC (ili 38 HRC u određenim uvjetima), što Incoloy 925 može lako postići u starom stanju.
Treće, otpornost na pucanje od korozije uslijed naprezanja klorida (SCC).Visoki sadržaj nikla (42–46%) iz temelja mijenja ponašanje SCC-a. Za razliku od nehrđajućih čelika (8–12% Ni), koji su vrlo osjetljivi na kloridni SCC iznad 140 stupnjeva F (60 stupnjeva), Incoloy 925 otporan je na SCC na svim temperaturama koje se susreću u proizvodnji nafte i plina, uključujući visoko{8}}temperaturne duboke bušotine i vodove za ubrizgavanje pare. Ova otpornost je kritična u okruženjima gdje formacijske vode sadrže tisuće ppm klorida.
Četvrto, otpornost molibdena na rupičastu i pukotinsku koroziju.Sadržaj molibdena od 2,5–3,5% pruža otpornost na lokalizirani napad u slanim otopinama koje-sadrže klorid. Ekvivalentni broj otpornosti na piting (PREN=%Cr + 3.3×%Mo) za Incoloy 925 je približno 30-33, znatno više od nehrđajućeg čelika 316L (PREN ~24-26). To znači više kritične temperature udubljenja i bolju izvedbu u stagnirajućim uvjetima ili uvjetima s pukotinama uobičajenim za završetke bušotina i opremu pod morem.
Peto, dodatak bakra za smanjenje otpornosti na kiseline.Sadržaj bakra od 1,5 do 3,0 % pruža zaštitu od redukcijskih kiselina kao što su tragovi sumporne ili klorovodične kiseline koje mogu biti prisutne u sustavima kiselog plina zbog kemijskih tretmana ili kemije stvaranja. Ovaj pasivni film- koji sadrži bakar posebno je koristan u okruženjima s H₂S i CO₂ gdje se mogu stvoriti male količine kondenziranih kiselina.
Tipične primjene:Proizvodne cijevi u bušotini, pakeri, podzemni sigurnosni ventili, podvodni razdjelnici, prigušnice i komponente božićnog drvca. U ovim se primjenama Incoloy 925 natječe s drugim taložno{2}}očvrslim legurama kao što su Inconel 718 i Inconel 725. Često se odabire kada je okolina manje stroga od one koja zahtijeva Inconel 718, ali premašuje mogućnosti duplex ili super duplex nehrđajućeg čelika.
5. P: Koji su kritični zahtjevi za zavarivanje i toplinsku obradu za Incoloy 800H u odnosu na Incoloy 925 bešavne cijevi?
A:Prakse zavarivanja i toplinske obrade za ove dvije legure bitno se razlikuju jer je Incoloy 925 taložno-kaljenje dok Incoloy 800H nije. Primjena pogrešnog postupka dovodi do trenutnog kvara ili ozbiljno smanjenog vijeka trajanja.
Za Incoloy 800H bešavne cijevi:
Izbor dodatnog metala:KoristitiERNiCr-3(AWS A5.14) kao standardno punilo. Za najzahtjevnije usluge puzanja iznad 1500 stupnjeva F (816 stupnjeva),ERNiCrCoMo-1(Inconel 617) pruža vrhunsku čvrstoću-na povišene temperature. Nikada nemojte koristiti punila od nehrđajućeg čelika, koja stvaraju lomljive zone-pogođene toplinom.
Kontrola unosa topline:Održavajte međuprolazne temperature ispod 200 stupnjeva F (93 stupnja). Upotrijebite perle za nizanje radije nego tkanje. Ograničite unos topline na 25–45 kJ/inču (10–18 kJ/cm). Prekomjerni unos topline ogrubljuje strukturu finog zrna koja 800H daje njegovu otpornost na puzanje, negirajući prednost žarenja otopinom od 2100 stupnjeva F.
Čišćenje prije -zavarivanja:Uklonite sav sumpor, fosfor i kontaminante niske-tališta-točke. Koristite namjenske brusne ploče od-legure nikla. Očistite acetonom prije zavarivanja.
Toplinska obrada nakon-zavarivanja (PWHT):Općenito nije potrebno za debljine stijenki tipične za cjevovode (do 2 inča / 50 mm). Za teške-stjenke ili komponente koje zahtijevaju maksimalnu otpornost na puzanje, žarenje u punoj otopini na 2100 stupnjeva F (1149 stupnjeva) praćeno brzim hlađenjem vraća optimiziranu strukturu zrna. PWHT na terenu rijetko je praktičan, stoga je neophodna pažljiva kvalifikacija postupka.
Za bešavne cijevi Incoloy 925:
Izbor dodatnog metala:KoristitiERNiCrMo-3(Inconel 625) iliERNiCrMo-10(Inconel 622). Ova punila koja-sadrže molibden jednaka su ili premašuju otpornost na koroziju osnovnog metala.Nikada ne koristitiERNiCr-3 (koji ne sadrži molibden) ili bilo koje punilo od nehrđajućeg čelika.
Kontrola unosa topline:Još stroži nego za 800H. Maksimalna međuprolazna temperatura: 200 stupnjeva F (93 stupnja). Unos topline ograničen na 20–35 kJ/inču (8–14 kJ/cm). Veći unos topline uzrokuje prekomjerno starenje zone-zahvaćene toplinom ili, još gore, početno taljenje taloga na granicama zrna.
Toplinska obrada nakon-zavarivanja obavezna je za stare aplikacije:Incoloy 925 obično se zavaruje u otopini-žarenom stanju (meko). Nakon zavarivanja, cijeli sklop mora proći punu toplinsku obradu-precipitacijskog otvrdnjavanja:
Otopina žarenja(ako je potrebno za smanjenje naprezanja pri zavarivanju): 1800 stupnjeva F (982 stupnja ) tijekom 1 sata po inču debljine, nakon čega slijedi brzo hlađenje (kašenje vodom)
Prvi korak starenja:1325 stupnjeva F (718 stupnjeva ) tijekom 8 sati, nakon čega slijedi hlađenje peći na 1150 stupnjeva F (621 stupanj )
Drugi korak starenja:Držite na 1150 stupnjeva F (621 stupanj ) 8 sati, zatim ohladite na zraku
Ovo starenje u dva- koraka proizvodi gama{1}}prime (Ni₃(Al,Ti)) taloge koji daju snagu. Zavarivanje bez naknadnog starenja proizvodi meku strukturu sa samo 40–50 ksi (276–345 MPa) naponom razvlačenja-što je potpuno nedostatno za većinu primjena na naftnim poljima. Zavarivanje u prethodno-stanom stanju je moguće, ali postoji opasnost od pretjeranog starenja ili pucanja i ne preporučuje se za-komponente koje sadrže pritisak.
Kritično upozorenje:Nikada ne pokušavajte zavarivati Incoloy 925 koristeći postupke razvijene za Incoloy 800H. Odsutnost starenja nakon-zavarivanja ostavit će zavareni spoj u mekom, slabom stanju osjetljivom na koroziju i mehanički kvar. Nasuprot tome, starenje Incoloya 800H je nepotrebno i ne donosi nikakvu korist, a povećava troškove i rizik od izobličenja.
Zahtjevi kvalifikacije:Za Incoloy 925 u kiseloj uporabi, postupci zavarivanja moraju biti kvalificirani ispitivanjem tvrdoće prema NACE MR0175. Tvrdoća u zoni utjecaja topline-i metala zavara ne smiju prelaziti navedene granice (obično najviše 35 HRC). To često zahtijeva pažljivu kontrolu unosa topline i, u nekim slučajevima, ciklus žarenja otopine nakon -zavarivanja i ponovno-starenje kako bi se obnovila čvrstoća i prihvatljiva tvrdoća.
