1. Целостность сварного шва. В условиях применения в морской воде при высоких-температурах сварной шов сварной трубы из сплава Hastelloy C так же надежен, как основной металл, или же он становится предпочтительным местом коррозии?
Вопрос: Мы проектируем систему охлаждения морской водой для завода СПГ. Мы рассматриваем возможность использования сварных труб Hastelloy C-276 для снижения затрат по сравнению с бесшовными. Однако нас беспокоит сварной шов. В теплой морской воде (40 - 50 градусов) будет ли зона сварного шва подвергаться коррозии быстрее, чем остальная часть трубы?
Ответ: Это наиболее распространенная проблема, связанная со сварными трубами из CRA (коррозионностойкого сплава). Краткий ответ: при правильном изготовлении и выборе присадочного металла сварной шов из Hastelloy C-276 может работать так же, а иногда даже лучше, чем основной металл при эксплуатации в морской воде.
Вот металлургическое рассуждение:
Состояние отжига на раствор: высококачественные сварные трубы из сплава Hastelloy C-276 обычно поставляются в состоянии отжига на раствор после сварки. Труба нагревается примерно до 1121 градуса (2050 градусов по Фаренгейту) и быстро закаливается. Эта термическая обработка служит двум важным целям:
Он растворяет любые вредные вторичные фазы или карбиды, которые могли осаждаться в зоне термического воздействия (ЗТВ) во время сварки.
Это устраняет остаточные напряжения в процессе формовки и сварки.
В этом состоянии сварной шов металлургически гомогенизируется с основным металлом.
Соответствие присадочного металла-: сварной шов – это не просто переплавка основного металла. Это наплавленный присадочный металл, обычно ERNiCrMo-4 или ERNiCrMo-10. Эти присадочные металлы часто легируются так, чтобы они были немного «богаче» молибденом или вольфрамом, чем основная труба, чтобы учесть сегрегацию во время затвердевания. В морской воде, где основной угрозой является щелевая коррозия, высокое содержание молибдена в сварочном наплавке часто приводит к тому, что шов становится хрупким.лучшеустойчивость к локальной коррозии, чем у основного металла.
Реальная угроза: Загрязнение железом. Наибольшую опасность для сварной трубы из хастеллоя в морской воде представляет не сам сварной шов, азагрязнение после-сварки. Если остатки шлифования углеродистой стали или частицы железа окажутся на поверхности сварного шва, они начнут ржаветь в морской воде. Эта ржавчина создает трещины и истощает кислород, вызывая точечную коррозию в пассивном хастеллое. Строгий режим травления и пассивации после-производства необходим для удаления любых железных примесей перед вводом трубы в эксплуатацию.
Вердикт: в отожженном на раствор состоянии сварной шов не является слабым местом. Вы достигаете однородной микроструктуры, которая полностью устойчива к воздействию хлоридов, типичному для морской воды.
2. Различия в изготовлении: Каковы критические различия в методах формовки при производстве сварных труб из нержавеющей стали 316L и Hastelloy C-276?
Вопрос: Наш трубопрокатный завод обычно использует нержавеющую сталь серии 300. У нас есть контракт на производство 8-дюймовых сварных труб сортамента 40 из сплава Hastelloy C-276. Можем ли мы использовать ту же оснастку для валков и параметры сварки, или нам нужна полная смена установки?
О: Попытка обработать Hastelloy C-276 на стане, настроенном для стали 316L, без существенных регулировок, скорее всего, приведет к катастрофическому выходу из строя инструмента или ужасному качеству сварки. Hastelloy C-276 — это никелевый сплав с наклепом, который ведет себя совсем иначе, чем аустенитная нержавеющая сталь.
Вот критические различия:
Давление инструмента и пружина-возврата:
316L: имеет более низкий предел текучести и более пластичен. Он легко образуется при умеренном давлении.
Хастеллой C-276: имеет более высокий предел текучести и значительно более высокую скорость упрочнения. Он «сильнее» и жестче.
Требуемые действия: Вам необходимо будет увеличить давление на разбивочные валки и плавниковые проходы. Однако, поскольку материал пружинит сильнее, вы не можете просто раздавить его сильнее. Зазоры между валками необходимо откалибровать заново, чтобы учесть различные характеристики упругости-обратной стороны, чтобы обеспечить правильную овальность и состояние кромок для сварки.
Истирание (каменная точка). Никелевые сплавы имеют склонность к истиранию (прилипанию) к инструментальной стали.. 316L можно использовать со стандартными валками из инструментальной стали с хорошей смазкой. Hastelloy C-276 под давлением приваривается к роликам, вызывая царапины на поверхности трубы и повреждая инструмент.
Требуемые действия. Возможно, вам потребуются валки с более высокой твердостью (или валки с покрытием) и значительно более агрессивная смазка,-не содержащая хлора.
Скорость сварки и тепловложение:
316L: Имеет более низкую теплопроводность и более высокое электрическое сопротивление.
Hastelloy C-276: имеет еще более низкую теплопроводность, чем 316L. Это означает, что тепло концентрируется на кромке сварного шва.
Требуемые действия: необходимо уменьшить скорость сварки или отрегулировать потребляемую мощность. Расплавленная сварочная ванна также более «медленная» (имеет более высокую вязкость), чем нержавеющая сталь. Если вы работаете на скорости 316L, вы рискуете проплавить-или получить нестабильное образование шариков.
Окисление: оксиды, образующиеся на хастеллое (богатом никелем и молибденом), более прочные и стойкие, чем оксиды хрома на нержавеющей стали. Ваш инструмент для зачистки (для удаления внутренних валиков) изнашивается быстрее, и для него могут потребоваться твердосплавные или керамические наконечники.
3. Соответствие нормам ASME: Можно ли использовать сварные трубы из хастеллоя C для изготовления сосудов прямого давления в соответствии с разделом VIII ASME, раздел 1, и какой коэффициент эффективности соединения применяется?
Вопрос: Мы изготавливаем сосуд под давлением для высококоррозионных химических процессов. Чтобы сэкономить деньги, мы хотим использовать сварную трубу Hastelloy C-276 для корпуса и патрубков вместо прокатной пластины и сварочных швов. Допускает ли это код ASME и как снижается прочность?
О: Да, Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением (раздел VIII, раздел 1) разрешают использование сварных труб для изготовления сосудов под давлением. Однако кодекс устанавливает особые правила проектирования, касающиеся качества и проверки сварного шва.
Вот как это относится к Hastelloy C-276:
Спецификация материала: Труба должна быть изготовлена в соответствии со стандартом ASTM, принятым ASME. Для сварных труб из хастеллоя C-276 это обычно ASTM B619 (сварные трубы) или B775 (общие требования к сварным трубам из никелевых сплавов).
Коэффициент совместной эффективности (E): это критический фактор для ваших проектных расчетов. На этот коэффициент умножают допустимое значение напряжения материала, чтобы определить прочность сварного шва.
Фактор E=0.85: Это применимо, если труба произведена в соответствии со стандартами качества? Нет. В частности, для сварных труб, используемых в судостроении, где сварной шов подвергается рентгенографии (полностью рентгеновскому излучению) в соответствии с Кодексом, можно использовать коэффициент совместной эффективности, равный 1,0. Однако, если сварной шов не просвечивается рентгенограммой, коэффициент падает.
Коэффициент E=0.85: обычно используется для сварных труб, отожженных на твердый раствор, но проверенных только точечно-(или не исследованных) радиографически.
Продольное и окружное: код заботится опродольныйэффективность шва. Кольцевые швы, которые вы свариваете в своем цеху, обрабатываются отдельно на основе ваших собственных сварочных технологий.
Снижение прочности на разрыв. В отличие от некоторых пластиковых материалов, прочность на разрыв основного металла сварной трубы (как указано в разделе II ASME, часть D) такая же, как и у бесшовной трубы, при условии, что она соответствует химическим требованиям и требованиям к растяжению. «Снижение номинальных характеристик» полностью регулируется общим коэффициентом полезного действия, приложенным к допустимому напряжению.
Практические советы судостроителям:
Если вы используете трубу в качестве оболочки, необходимо обеспечить максимальное качество продольного сварного шва. Укажите 100% рентгенограмму продольного шва производителя трубы, чтобы обеспечить более высокие значения напряжения в вашей конструкции. Если вы рассматриваете его как «бесшовный» эквивалент с помощью рентгенографии, вы максимизируете эффективность толщины стенки.
4. Работа в кислой среде (NACE): Соответствует ли сварной шов сварной трубы из хастеллоя C требованиям к твердости NACE MR0175/ISO 15156 для эксплуатации в кислой нефти и газе?
Вопрос: Мы хотим использовать сварную трубу Hastelloy C-276 для скважинной линии нагнетания на месторождении с высоким содержанием H2S и хлоридов. NACE MR0175 ограничивает твердость, чтобы предотвратить сульфидное растрескивание под напряжением (SSC). Делает ли процесс сварки шов слишком твердым, дисквалифицируя его из-за некачественной эксплуатации?
Ответ: Хастеллой C-276 — один из наиболее щадящих материалов в отношении соответствия NACE MR0175, однако сварной шов требует тщательного изучения. Хорошей новостью является то, что C-276 явно указан как приемлемый материал для эксплуатации в кислых средах, а сварные трубы в целом приемлемы.
Вот конкретная разбивка сварного шва:
Предел твердости NACE: Для углеродистой стали и низколегированных сплавов NACE MR0175 устанавливает строгий предел твердости 22 HRC (твердость по Роквеллу C). Для сплавов на основе никеля-, таких как C-276, стандарт другой. Основное внимание уделяется состоянию материала (отжиг на раствор) и предотвращению холодной обработки. Однако максимальная твердость 35 HRC часто указывается в качестве ориентира для наклепанных участков, чтобы избежать растрескивания.
Твердость сварного шва: В правильно изготовленной сварной трубе из сплава Hastelloy C-276 (с использованием GTAW или плазменной сварки с соответствующим наполнителем) твердость наплавленного слоя обычно составляет от 15 до 25 HRC. Это вполне приемлемо для кислого сервиса. Зона термического влияния (ЗТВ) обычно еще мягче.
Реальный риск: холодная обработка. Области, твердость которых может превышать допустимую, — это не сам сварной шов, а зоны «холодной обработки», прилегающие к сварному шву илизона термического воздействияесли сварка была произведена неправильно (слишком горячая, слишком медленная). Однако заключительный этап отжига на раствор после сварки восстанавливает металлургическую структуру. Он рекристаллизует любую холодную обработку от формовки и любые твердые зоны от сварки, возвращая всю трубу-сварной шов и основание-в однородное, мягкое и пластичное состояние.
Квалификация: Для полного соответствия требованиям производитель труб должен предоставить документацию о том, что продукт соответствует требованиям NACE, что обычно подтверждается испытаниями на межкристаллитную коррозию (ASTM G28) и измерениями твердости сварного шва.
Вердикт: Сварная труба из сплава Hastelloy C-276, отожженная на раствор, полностью соответствует требованиям NACE MR0175 для эксплуатации в кислых средах. Сварной шов после надлежащей термообработки не представляет риска SSC.
5. Экономическое обоснование: когда имеет финансовый смысл использовать сварную трубу Hastelloy C вместо бесшовной версии при расширении химического завода?
Вопрос: Я руководитель проекта по расширению химического завода. Нам нужно 6000 футов 10-дюймовых труб Hastelloy C. Бесшовный вариант нарушает бюджет. Каковы-компромиссы, если я перейду на сварную трубу? Жертвую ли я безопасностью или долговечностью только ради экономии денег?
Ответ: Выбор между бесшовной и сварной трубой Hastelloy C – это классическое инженерно-экономическое решение. Вы не обязательно жертвуете безопасностью или долговечностью, если сделаете осознанный выбор. Вот основа для принятия решения:
Когда побеждает сварная труба («золотая середина»):
Большой диаметр, длинные пробеги. При размерах более 6 дюймов бесшовные трубы становятся экспоненциально более дорогими, и их становится сложнее добывать. Процесс прошивки бесшовных заготовок из никелевых сплавов большого-диаметра имеет низкую производительность, что приводит к увеличению затрат. Сварные трубы формируются из пластин, которые легче производить. Для вашей 10-дюймовой линии сварные трубы могут быть на 20–40 % дешевле, чем бесшовные.
Не-критические услуги: если по трубе перекачиваются большие объемы химикатов, давление умеренное, а коррозия общая (равномерная), сварной шов не является помехой. Припуск на коррозию, который вы закладываете в толщину стенки, защищает всю трубу, включая сварной шов.
Доступность (сроки выполнения заказа). Срок поставки бесшовных труб из хастеллоя большого диаметра часто увеличивается, поскольку заводы используют их в рамках определенных кампаний. Сварные трубы часто можно изготовить быстрее из листового проката, что ускоряет ввод вашего проекта в эксплуатацию.
Когда бесшовность не-не подлежит обсуждению:
Циклическая усталость или вибрация. Если линия подвержена сильной вибрации (например, подключена к поршневым компрессорам) или сильному циклическому давлению, предпочтительнее использовать бесшовную линию. Отсутствие продольного шва исключает потенциальное место зарождения усталостных трещин.
Чрезвычайно высокое давление. В сортах-толстых стенок (например, сортамент 160 или XXS) надежность бесшовных кованых заготовок часто определяется по сравнению с формованными-и-сварными пластинами.
Критические зоны безопасности. На участках труб, непосредственно прилегающих к сосудам под давлением или в пределах 10 футов от вращающегося оборудования с высоким-давлением, стандарты некоторых компаний требуют беспрепятственного устранения любых переменных.
Вердикт для вашего проекта:
Для 6000 футов 10-дюймовой трубы, предназначенной для транспортировки химических веществ, сварная труба является экономически разумным выбором. Убедитесь, что вы указали, что труба поставляется в отожженном состоянии и что сварной шов прошел гидростатические испытания и не-неразрушающий контроль (например, вихревой ток или UT). В этих условиях коррозионная стойкость и механическая прочность практически неотличимы от бесшовных для 99% применений в химических процессах. Экономия средств реальна и не нарушайте целостность растения.
