Каковы критические требования к сварке труб Incoloy 832 и Incoloy 890?

1. Вопрос: Каковы фундаментальные различия в составе и свойствах труб Incoloy 832 и Incoloy 890?

A:Incoloy 832 и Incoloy 890 — это высоко-аустенитные сплавы, предназначенные для высоко-температурных сульфидирующих и окислительных сред, но они различаются содержанием хрома, кремния и никеля, что влияет на диапазон их эксплуатационных характеристик.

Инколой 832 (UNS N08832) — это аустенитный сплав с высоким содержанием-хрома и кремния-, разработанный специально для суровых сульфидирующих сред. Его номинальный состав: никель 30–35 %, хром 26–30 %, молибден 0,5–1,5 %, кремний 1,5–2,5 %, марганец 0,5–1,0 %, углерод 0,02–0,06 %, остальное железо. Ключевыми отличительными особенностями являются очень высокое содержание хрома (26–30%, выше, чем у Incoloy 890 на 25–28%) и повышенное содержание кремния (1,5–2,5%, что значительно выше, чем у Incoloy 890 (0,3–0,8%). Эта комбинация обеспечивает исключительную стойкость к сульфидейшн (атаки серы) при высоких температурах. Высокое содержание кремния способствует образованию защитного подслоя кремнезема (SiO₂) под слоем оксида/сульфида хрома. Incoloy 832 представляет собой твердый-раствор, упрочненный без преднамеренных осаждающих-упрочняющих добавок. Типичный предел текучести составляет 30–45 фунтов на квадратный дюйм (207–310 МПа) при комнатной температуре, с полезным пределом ползучести примерно до 1800 градусов F (982 градуса).

Инколой 890 (UNS N08890)представляет собой сплав железа-никеля-хрома, также предназначенный для высоко-высокотемпературных сульфидирующих и окислительных сред. Его номинальный состав: никель 32–35 %, хром 25–28 %, молибден 0,5–1,5 %, кремний 0,3–0,8 %, марганец 0,5–1,0 %, углерод 0,02–0,06 % и остальное железо. По сравнению с Incoloy 832, Incoloy 890 содержит немного меньше хрома (25–28% против . 26–30%) и значительно меньше кремния (0,3–0,8% против . 1.5–2,5%). Более низкое содержание кремния облегчает изготовление и сварку Incoloy 890, поскольку высокие уровни кремния могут способствовать образованию хрупкой сигма-фазы и снижать свариваемость. Однако более низкое содержание кремния также означает несколько меньшую устойчивость к сульфидейшену в наиболее агрессивных средах. Incoloy 890 также представляет собой упрочненный твердый раствор с типичным пределом текучести 30–45 фунтов на квадратный дюйм (207–310 МПа).

Металлургические последствия:Incoloy 832 обеспечивает превосходную стойкость к сульфидированию благодаря высокому содержанию хрома и кремния, но ценой снижения свариваемости и потенциального образования хрупкой фазы при длительном -высоком-температурном воздействии. Incoloy 890 предлагает баланс хорошей стойкости к сульфидейшену, превосходной стойкости к окислению и лучшей технологичности. Для наиболее тяжелых условий сульфидизации (например, нагревателей сырой нефти с высоким-высоким содержанием серы, угольных-котлов с горелками с низким-NOx) предпочтительным является Incoloy 832. Для общей эксплуатации нагревателей на нефтеперерабатывающих заводах, где сульфидиация умеренная и свариваемость важна, часто выбирают Incoloy 890.

Выбор между ними:Если приложение предполагаетextreme sulfidation with high sulfur content (>3% в топливе) и температурах выше 1600 градусов по Фаренгейту (871 градус), выберите Incoloy 832. Если применение предполагаетот умеренной до тяжелой сульфидейшн с хорошими требованиями к технологичности, выберите Инколой 890.

---

2. Вопрос: Какие отраслевые стандарты и спецификации регулируют бесшовные трубы Incoloy 832 и Incoloy 890?

A:На эти два сплава распространяются схожие спецификации, но Incoloy 832 менее стандартизирован и часто требует-особых спецификаций покупателя.

Для бесшовной трубы Incoloy 832:

Специальной спецификации труб ASTM не существует.Incoloy 832 — это запатентованная или полу-стандартная марка. Трубы обычно производятся в соответствии со спецификациями,-разработанными покупателем, которые ссылаются на ASTM B407 (для сплавов никеля-железа-хрома) с дополнительными требованиями к химическому составу (более высокий уровень Cr и Si) и свойствам при повышенных-температурах.

АСТМ Б407/АСМЕ СБ407– Используется в качестве базовой спецификации с химическими изменениями, отвечающими требованиям Incoloy 832.

Случай кода ASME– Существуют некоторые кодовые случаи для аналогичных сплавов с высоким-кремнием; покупателям следует проконсультироваться с заводом о соблюдении Кодекса.

API 938-С– Американский нефтяной институт рекомендовал практику по устойчивости к сульфидейшн, которая включает рекомендации по таким сплавам, как Incoloy 832.

Для бесшовной трубы Incoloy 890:

АСТМ Б407/АСМЕ СБ407– Стандартные спецификации для бесшовных труб из никелевого-железного-хромового сплава. Это основная спецификация UNS N08890.

АСТМ Б163/АСМЕ СБ163– Бесшовные трубки конденсатора и теплообменника, часто используемые для трубок 890 в высоко-теплообменных аппаратах.

Код ASME 2588– Позволяет использовать Incoloy 890 (UNS N08890) в конструкции котлов и сосудов под давлением ASME для эксплуатации при температуре до 1800 градусов F (982 градусов) в сульфидизирующих средах.

API 938-С– Содержит рекомендации по использованию Incoloy 890 и аналогичных сплавов для компонентов нагревателей нефтеперерабатывающего завода.

Вопросы закупок:Бесшовные трубы Incoloy 832 представляют собой специальный продукт, производство которого производится в очень ограниченном количестве. Покупателям следует ожидать увеличения сроков поставки (16–24 недели) и тесно сотрудничать с заводом для установления спецификации закупок. Химический анализ должен подтвердить содержание кремния (1,5–2,5 %) и хрома (26–30 %). Incoloy 890 более доступен на рынке, хотя это все еще специальный сорт со сроком поставки 12–20 недель. Для обоих сплавов в критически важных случаях могут потребоваться испытания на растяжение и ползучесть при повышенной-температуре.

---

3. Вопрос: Почему бесшовные трубы Incoloy 832 предпочтительнее для эксплуатации в условиях экстремальной сульфидизации на нефтеперерабатывающих заводах и электростанциях?

A:Бесшовные трубы Incoloy 832 получили признание при использовании в самых тяжелых условиях сульфидирования, где даже нержавеющая сталь Incoloy 890 и 310H подвергается неприемлемой скорости коррозии. Три специфические характеристики объясняют его превосходство.

Во-первых, исключительная стойкость к сульфидейшену благодаря высокому содержанию хрома и кремния.Сульфидейшн – это форма высоко-температурной коррозии, при которой сера вступает в реакцию с металлом с образованием сульфидов с низкой-точкой плавления-. Ключом к устойчивости является образование защитного, медленно-растущего сульфидного или оксидного налета. Инколой 832 содержит 26–30 % хрома (по сравнению с . 25–28 % для 890 и 24–26 % для 310H) и 1,5–2,5 % кремния (по сравнению с . 0.3–0,8 % для 890). Высокое содержание хрома способствует образованию отложений сульфидов/оксидов, богатых хромом. Высокое содержание кремния способствует образованию сплошного подслоя аморфного кремнезема (SiO₂) под слоем хрома. Этот слой кремнезема исключительно стабилен и действует как диффузионный барьер для серы. В лабораторных испытаниях, имитирующих условия нагревателя нефтеперерабатывающего завода (1400–1600 градусов по Фаренгейту / 760–871 градус, 2–4% серы в топливе), Incoloy 832 демонстрирует скорость сульфидирования 0,001–0,003 дюйма в год (ipy) по сравнению с 0,005–0,010 ipy для Incoloy 890 и 0,020–0,050. ipy для 310H.

Во-вторых, устойчивость как к сульфидированию, так и к окислению.Многие сплавы,-стойкие к сульфидированию (например, с очень высоким содержанием кремния), могут быть подвержены окислению в средах, которые колеблются между восстановительными (сульфидирующими) и окислительными условиями. Высокое содержание хрома в Incoloy 832 (26–30%) обеспечивает превосходную стойкость к окислению, образуя защитную окалину Cr₂O₃, когда окружающая среда становится окислительной. Эта двойная способность имеет решающее значение для обогревателей нефтеперерабатывающих заводов, где воздействие пламени, попадание воздуха или нарушения технологического процесса могут вызвать колебания атмосферы. Сплав сохраняет защиту в обоих условиях.

В-третьих, хорошая прочность ползучести при повышенных температурах.Несмотря на то, что Incoloy 832 не является дисперсионно-твердеющим сплавом, он обеспечивает полезную прочность на ползучесть за счет упрочнения твердого раствора хромом, кремнием и молибденом. Предел прочности при ползучести в течение 100 000-часов при температуре 1600 градусов F (871 градус) составляет приблизительно 1,5–2,5 тысяч фунтов на квадратный дюйм (10–17 МПа), что сопоставимо с 310H и достаточно для большинства применений в трубах нагревателей нефтеперерабатывающего завода, где кольцевые напряжения относительно низкие (обычно 0,5–1,5 тысяч фунтов на квадратный дюйм).

Сравнительные виды отказов:В трубке нагревателя сырой нефти, обрабатывающей сырую нефть с содержанием серы 3,5% при температуре 1550 градусов F (843 градуса) и внутреннем давлении 500 фунтов на квадратный дюйм:

Нержавеющая сталь 310H: скорость сульфидирования 0,030 лет в год, срок службы трубок примерно 3–4 года.

Incoloy 890: скорость сульфидирования 0,008 лет в год, срок службы трубок примерно 10–12 лет.

Incoloy 832: скорость сульфидейшн 0,002 ipy в год, срок службы труб более 20 лет.

Типичные применения:Трубы нагревателей сырой нефти нефтеперерабатывающих заводов (сырая нефть с высоким-высоким содержанием серы), трубы нагревателей замедленного коксования, трубы вакуумных нагревателей, трубы пароперегревателей и перегревателей угольных-котлов (горелки с низким-NOx создают условия сульфидирования), компоненты котлов регенерации черного щелока на целлюлозных заводах и трубы котлов мусоросжигательных заводов (с высоким содержанием серы из пластиковых и резиновых отходов).

---

4. Вопрос: Почему для эксплуатации нагревателей нефтеперерабатывающих заводов часто выбирают бесшовные трубы из сплава Incoloy 890 вместо вариантов из более высоких-сплавов?

A:Бесшовные трубы Incoloy 890 занимают «лучшее место» в нагревателях для нефтеперерабатывающих заводов,-обеспечивая значительно лучшую стойкость к сульфидированию, чем стандартная нержавеющая сталь 310H, обеспечивая при этом лучшую технологичность и более низкую стоимость, чем сплавы с более высоким содержанием-кремния, такие как Incoloy 832. Три фактора объясняют их широкое распространение.

Во-первых, оптимизированный баланс стойкости к сульфидейшн и технологичности.Содержание 25–28% хрома и 0,3–0,8% кремния в Incoloy 890 обеспечивает значительную стойкость к сульфидейшн по сравнению с 310H (типично 24–26% Cr, 0,3–0,5% Si). Улучшение является значительным,-обычно это снижение скорости сульфидейшн на 50–70 %. Однако содержание кремния поддерживается ниже 1%, чтобы избежать трудностей сварки и изготовления, связанных со сплавами с высоким содержанием кремния. Сплавы с высоким-кремнием (более 1,5 % Si) могут образовывать хрупкую сигма-фазу во время сварки или длительной-службы и более склонны к образованию горячих трещин. Incoloy 890 можно сваривать стандартными методами с присадочным металлом ER310 без необходимости специального предварительного нагрева или термообработки после-сварки. Это делает его практичным как для производства мельниц, так и для ремонта в полевых условиях.

Во-вторых, проверенная эффективность в широком диапазоне нефтеперерабатывающих заводов.Компания Incoloy 890 накопила многолетний опыт эксплуатации нагревателей сырой нефти, вакуумных нагревателей, нагревателей для коксования и нагревателей для реформинга. Он надежно работает в диапазоне содержаний серы (0,5–3,0%), температур (1200–1650 градусов F / 649–899 градусов) и условий термоциклирования. Этот обширный опыт дает инженерам нефтеперерабатывающих заводов уверенность в выборе сплава. Напротив, сплавы с более высоким-кремнием, такие как Incoloy 832, имеют более ограниченную историю применения и обычно предназначены для самых экстремальных условий.

В-третьих, экономическая-эффективность по сравнению с суперсплавами на основе никеля-.В условиях сильной сульфидиации некоторые инженеры могут рассмотреть возможность использования твердых сплавов на основе никеля-, таких как Inconel 600 или Incoloy 800H. Однако у этих сплавов есть свои проблемы с сульфидированием.-Сплавы с высоким-никелем могут образовывать сульфиды никеля с низкой-точкой плавления- (Ni₃S₂, температура плавления 1179 градусов по Фаренгейту / 637 градусов), которые вызывают катастрофическую жидкофазную сульфидацию-фазы. Incoloy 890 со сбалансированным содержанием никеля (32–35%) позволяет избежать этой проблемы, обеспечивая при этом превосходную стойкость к сульфидейшн при более низкой стоимости, чем сплавы на основе никеля-. Стоимость сплава Incoloy 890 обычно в 2–3 раза выше, чем у 310H, но всего в 0,6–0,8 раза выше, чем у твердых никелевых сплавов, что делает его экономичной модернизацией.

Сравнение производительности типичного обогревателя нефтеперерабатывающего завода (1500 градусов по Фаренгейту / 816 градусов, топливо с содержанием серы 2%):

Типичные применения:Радиационные секции нефтеперерабатывающих заводов и вакуумных нагревателей, трубы нагревателей замедленного коксования, трубопроводы и коллекторы нагревателей риформинга, теплообменники исходных веществ гидроочистки (сторона высоких-температур) и трубы пароперегревателей угольных-электростанций (умеренная сульфидейшн).

---

5. Вопрос: Каковы критические требования к сварке труб Incoloy 832 и Incoloy 890?

A:Сварка Incoloy 832 и Incoloy 890 требует внимания к различным вопросам: высокое содержание кремния в Incoloy 832 создает риск образования горячих трещин и сигма-фазы, тогда как Incoloy 890 более щаден, но все же требует правильной техники.

Для труб Incoloy 832 (с высоким содержанием кремния и хрома):

Высокий риск горячего растрескивания и образования сигма-фазы.Содержание кремния 1,5–2,5%, хотя и полезно для устойчивости к сульфидейшену, создает серьезные проблемы при сварке. Кремний снижает температуру плавления зернограничных пленок, увеличивая склонность к образованию горячих трещин. Меры предосторожности включают:

Низкое тепловложение:Максимальная температура между проходами: 250 градусов F (121 градус). Тепловложение ограничено 15–30 кДж/дюйм (6–12 кДж/см). Используйте только бусины-стринги-без плетения.

Чистота имеет решающее значение:Загрязнение серой, фосфором и медью из смазочно-охлаждающих жидкостей, маркеров или инструментов значительно увеличивает риск растрескивания. Используйте специальные щетки и шлифовальные круги из нержавеющей стали.

Предварительный нагрев:Обычно не требуется, но умеренный предварительный нагрев до 200–300 градусов F (93–149 градусов) может уменьшить температурные градиенты и риск растрескивания.

Сдержанность:Минимизируйте ограничение сварного шва. Используйте подгоночные-зазоры и обеспечьте свободное перемещение сборки.

Выбор присадочного металла:ИспользоватьЭР310илиЭР309наполнители из нержавеющей стали. Для наилучшего соответствия устойчивости к сульфидейшн,ЭР310(25–28% Cr) является предпочтительным. Существуют некоторые специализированные наполнители с высоким-кремнием, но они редко доступны. Никогда не используйте наполнители с низким содержанием-сплавов или наполнители на основе никеля-с низким содержанием хрома.

Термическая обработка-после сварки (как правило, не рекомендуется):Отжиг на раствор при температуре 1950–2050 градусов по Фаренгейту (1066–1121 градус) восстановит пластичность, но непрактичен для полевой сварки и может вызвать деформацию. Большинство компонентов из Incoloy 832 используются в-сваренном состоянии, что допускает некоторое снижение пластичности.

Для трубы Incoloy 890 (умеренный уровень кремния):

Хорошая свариваемость при соблюдении стандартных мер предосторожности.Более низкое содержание кремния в Incoloy 890 (0,3–0,8%) значительно облегчает сварку, чем в Incoloy 832. Применяются стандартные методы сварки аустенитной нержавеющей стали.

Выбор присадочного металла:ИспользоватьЭР310в качестве предпочтительного наполнителя.ЭР309приемлемо для менее тяжелых условий эксплуатации. Наполнитель должен соответствовать высокому содержанию хрома в основном металле (25–28%) для оптимальной стойкости к сульфидейшену.

Контроль тепловложения:Максимальная температура между проходами: 300 градусов F (149 градусов). Тепловложение ограничено 25–45 кДж/дюйм (10–18 кДж/см). Повышенное тепловложение может вызвать осаждение карбида хрома по границам зерен (сенсибилизация), что может снизить стойкость к сульфидейшн, но менее критично, чем при водной коррозии.

Предварительная-очистка сварки:Очистите ацетоном или специальной щеткой из нержавеющей стали. Удалите все загрязнения из углеродистой стали, чтобы предотвратить деградацию поверхности при работе при высоких-температурах.

Термическая обработка после-сварки (не требуется):Incoloy 890 используется в-сварном состоянии. Отжиг в растворе после-сварки восстановит максимальную стойкость к сульфидейшн, но он непрактичен и редко рекомендуется.

Критические предупреждения:

Для Инколоя 832:Этот сплав неумолим. Сваривайте только с использованием квалифицированных процедур. Избегайте всех источников загрязнения серой-даже остатки маркировочных карандашей могут привести к растрескиванию. Рассмотрите альтернативные методы соединения (например, сварку ER310 с последующим снятием напряжений) для критически важных компонентов. Некоторые производители требуют 100% радиографического контроля всех сварных швов из-за риска растрескивания.

Для Инколоя 890:Не используйте-наполнители с низким содержанием хрома (308L, 316L),-они создают слабое звено для атаки сульфидейшн. Не используйте чрезмерное тепловложение,-это повышает чувствительность зоны,-пораженной теплом, и снижает коррозионную стойкость. Хотя правильная техника более щадящая, чем 832, она все же имеет значение.

Квалификационные требования:

Для обоих сплавов, подвергающихся высокотемпературному сульфидированию, аттестация процедуры сварки должна включать испытания при повышенной-температуре. Хотя стандартизированных кодифицированных испытаний не существует, многие операторы нефтеперерабатывающих заводов требуют:

Микроскопия поперечных-срезов для проверки отсутствия горячих трещин или сигма-фазы.

Испытание на твердость (обычно менее или равно 95 HRB или эквивалентному значению)

Опционально: воздействие искусственного технологического газа при температуре, чтобы убедиться, что зона сварки не становится предпочтительным местом воздействия.

Сравнительная таблица: