Почему трубы из сплава 25-6ХН предпочтительнее для морской воды и агрессивных хлоридов?

1. Вопрос: Каковы фундаментальные различия в составе и свойствах труб из сплава Incoloy 330 и 25-6HN?

A:Incoloy 330 и 25-6HN предназначены для принципиально разных применений.-один из них предназначен для работы при высоких температурах, а другой оптимизирован для обеспечения устойчивости к водной коррозии в агрессивных хлоридных средах.

Инколой 330 (UNS N08330)представляет собой аустенитный сплав никеля-железа-хрома, предназначенный для высоко-высокотемпературного окисления, науглероживания и стойкости к термической усталости. Его номинальный состав: никель 34–37 %, хром 17–20 %, кремний 1,0–1,5 %, углерод 0,08–0,12 % и остальное железо. Сплав не содержит молибдена и азота. Высокое содержание никеля (∼35%) обеспечивает превосходную стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию и науглероживанию. Контролируемая добавка кремния (1,0–1,5%) существенно повышает стойкость к окислению при повышенных температурах. Incoloy 330 представляет собой твердый-раствор, упрочненный без осаждающих-упрочняющих добавок. Типичный предел текучести составляет 30–45 тысяч фунтов на квадратный дюйм (207–310 МПа) при комнатной температуре, с полезным пределом ползучести примерно до 2000 градусов F (1093 градусов) для кратковременной-службы и до 1800 градусов F (982 градусов) для длительной-службы. Его отличительной особенностью является исключительная стойкость к термической усталости и циклическому окислению.

Сплав 25-6HN (UNS N08925) — это супер-аустенитная нержавеющая сталь, обеспечивающая исключительную стойкость к водной коррозии, особенно в морской воде и хлоридно-кислых средах. Его номинальный состав: никель 24–26 %, хром 19–21 %, молибден 6,0–7,0 %, медь 0,8–1,5 %, азот 0,10–0,20 %, остальное железо. Сплав также известен как «6 Moly» или «Супераустенитный 6% Mo». Комбинация высокого содержания молибдена (6–7%) и азота (0,10–0,20%) обеспечивает исключительную стойкость к точечной и щелевой коррозии с эквивалентным числом сопротивления точечной коррозии (PREN) примерно 40–45. Добавление меди повышает стойкость к восстановительным кислотам, таким как серная кислота.. 25-6HN также представляет собой твердый-раствор, упрочненный с типичным пределом текучести 35–45 тысяч фунтов на квадратный дюйм (241–310 МПа) при комнатной температуре, но он НЕ предназначен для работы при высоких-температурах выше примерно 600 градусов F (316 градусов), при которых его коррозионная стойкость ухудшается и могут образовываться фазы охрупчивания.

Металлургические последствия:Инколой 330 предназначен длясухая среда с высокой-температурой(1000–2000 градусов F / 538–1093 градусов) в компонентах печей, корзинах для термообработки и нефтехимических нагревателях. Высокое содержание кремния способствует образованию защитного слоя кремнезема (SiO₂) под окалиной оксида хрома, обеспечивая исключительную стойкость к окислению и науглероживанию.. 25-6HN разработан длявлажная водная среда с низкой-–-температурой(до 600 градусов F / 316 градусов) при обработке морской воды, химической обработке и десульфурации дымовых газов. Он будет быстро окисляться и образовывать накипь при высоких температурах из-за недостаточного содержания хрома и кремния для работы всухую.

Выбор между ними:Если приложение предполагаетвысокотемпературная сушка-(компоненты печей, оборудование для термообработки), выберите Incoloy 330. Если приложение предполагаетморская вода, рассол или растворы хлорангидрида при умеренных температурах, выберите 25-6HN. Практически не существует ни одного применения, в котором оба сплава были бы жизнеспособной альтернативой.

---

2. Вопрос: Какие отраслевые стандарты и спецификации регулируют бесшовные трубы из сплавов Incoloy 330 и 25-6HN?

A:На эти два сплава распространяются совершенно разные спецификации, отражающие их разные рынки: -высоко-промышленный нагрев для 330 и химический/морской для 25-6HN.

Для бесшовной трубы Incoloy 330:

АСТМ Б535/АСМЕ СБ535– Стандартные спецификации для бесшовных труб из никелевого-железного-хромового-кремниевого сплава (UNS N08330). Это основная спецификация труб, охватывающая химический состав, свойства на растяжение и требования к размерам.

АСТМ Б163/АСМЕ СБ163– Бесшовные трубки конденсатора и теплообменника, часто используемые для трубок из Incoloy 330 в высоко-теплообменных аппаратах.

АСТМ Б366– Стандартные спецификации для фитингов заводского-изготовления из кованого никеля и никелевых сплавов (код фитингов N08330).

Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел II, часть D– Обеспечивает допустимые значения напряжения для N08330 при температуре до 1650 градусов F (899 градусов) для длительного-срока службы.

АМС 5592– Спецификация материалов для аэрокосмической промышленности для листов, полос и пластин Incoloy 330 (часто используется для трубок в аэрокосмической промышленности).

Для бесшовных труб из сплава 25-6ХН:

АСТМ Б677/АСМЕ СБ677– Стандартные спецификации для бесшовных труб из никелевого-железного-хромового-молибденового-медного-азотного сплава (UNS N08925). Это основная спецификация трубы.

АСТМ Б673– Стандартная спецификация для сварных труб (хотя для ответственных задач предпочтительнее бесшовные).

АСТМ Б625– Стандартные спецификации для пластин, листов и полос (часто упоминаются в отношении требований к химическому составу и свойствам).

НОРСОК М-630– Норвежский стандарт для нефти и газа, который включает 25-6HN для морской воды и рассола.

Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел II, часть D– Обеспечивает допустимые значения напряжения для N08925 при температуре примерно до 600 градусов F (316 градусов).

Вопросы закупок:Бесшовные трубы Incoloy 330 коммерчески доступны на нескольких заводах, обычно в стандартных сортах (Sch 10S, 40S, 80S) согласно ASME B36.19. Срок поставки составляет 8–14 недель.. 25-6HN также имеется в продаже, но менее распространен, чем Incoloy 926 (аналогичный сплав с содержанием молибдена 6%). Срок изготовления обычно составляет 10–16 недель. Для обоих сплавов всегда проверяйте, что в отчете об испытаниях материала указан правильный номер UNS, а для 25-6HN — содержание азота (0,10–0,20 %) и молибдена (6,0–7,0 %).

---

3. Вопрос: Почему бесшовные трубы Incoloy 330 являются предпочтительным материалом для высокотемпературных печей и термообработки?

A:Бесшовные трубы Incoloy 330 завоевали доминирующее положение в промышленном отоплении благодаря уникальному сочетаниювысокотемпературная-стойкость, стойкость к окислению, стойкость к науглероживанию и устойчивость к термической усталости. Четыре специфические характеристики объясняют ее превосходство над стандартными нержавеющими сталями, такими как 310H.

Во-первых, исключительная стойкость к окислению благодаря контролируемому добавлению кремния.Все аустенитные нержавеющие стали содержат накипь оксида хрома (Cr₂O₃) для защиты от окисления. Однако при температуре выше 1800 градусов F (982 градуса) Cr₂O₃ становится все более летучим и расщепляется во время термоциклирования. Incoloy 330 содержит 1,0–1,5% кремния, что способствует образованию сплошного суб-слоя аморфного кремнезема (SiO₂) под слоем оксида хрома. Этот слой кремнезема исключительно стабилен, уменьшает диффузию кислорода и значительно улучшает адгезию окалины во время термоциклирования. При испытаниях на циклическое окисление (15-минутные циклы до 2000 градусов F / 1093 градусов) Incoloy 330 демонстрирует менее 10% потерь металла по сравнению с нержавеющей сталью типа 310H после 500 циклов. Это делает его предпочтительным материалом для компонентов печей, которые часто включаются-и отключаются.

Во-вторых, выдающаяся стойкость к науглероживанию.В атмосфере,-содержащей углеводороды (например, нефтехимические печи, термообработка эндотермическим газом), диффузия углерода (науглероживание) делает стандартные нержавеющие стали хрупкими. Высокое содержание никеля в Incoloy 330 (34–37%) снижает растворимость углерода и коэффициент диффузии в аустенитной матрице. Добавление кремния также способствует образованию слоя кремнезема, который действует как барьер для диффузии углерода. В трубопроводах и линиях парового риформинга метана, подвергающихся воздействию атмосферы цементации при температуре 1600–1700 градусов F (871–927 градусов), Incoloy 330 продемонстрировал значительно лучшую стойкость к науглероживанию, чем 310H, и сравнимую со сплавами с более высоким содержанием никеля, такими как Incoloy 800HT.

В-третьих, отличная устойчивость к термической усталости.Многие компоненты печи подвергаются повторяющимся термическим циклам, что вызывает термические напряжения, которые могут вызвать растрескивание. Умеренный коэффициент теплового расширения Incoloy 330 (аналогично другим аустенитным сплавам) в сочетании с высокой пластичностью и хорошей -температурной прочностью обеспечивает исключительную стойкость к термической усталости. Способность сплава пластически деформироваться без растрескивания во время температурных переходов превосходит более высокие-прочные, дисперсионно-твердеющие-сплавы. При эксплуатации радиационных трубок в печах отжига (переключение от температуры окружающей среды до 1850 градусов по Фаренгейту / 1010 градусов каждые 24 часа) трубы из Incoloy 330 обычно служат 5–8 лет по сравнению с 2–3 годами для 310H.

В-четвертых, хорошая прочность ползучести при повышенных температурах.Несмотря на то, что Incoloy 330 не является дисперсионно-твердеющим сплавом, он обеспечивает полезную прочность на ползучесть за счет упрочнения твердого раствора хромом, никелем и кремнием. Предел прочности при ползучести в течение 100 000-часов при температуре 1600 градусов F (871 градус) составляет примерно 2,5–3,5 тысяч фунтов на квадратный дюйм (17–24 МПа), что достаточно для большинства применений в трубах печей, где окружные напряжения низкие (обычно 0,5–1,5 тысяч фунтов на квадратный дюйм).

Типичные применения:Излучающие трубы в печах отжига и цементации, корзинах и решетках для термообработки, трубопроводах и линиях передачи нефтехимических печей, опорах труб риформинга, соплах горелок, компонентах цементных печей и опорах труб котлов-утилизаторов.

---

4. Вопрос: Почему трубы из сплава 25-6HN предпочтительнее для морской воды и агрессивных хлоридов?

A:Труба из сплава 25-6HN (UNS N08925) представляет собой супер-аустенитную нержавеющую сталь, получившую широкое распространение при обработке морской воды, опреснении и химической обработке благодаря своей исключительной стойкости к точечной коррозии, щелевой коррозии и хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением. Три специфические характеристики объясняют его превосходство над дуплексными нержавеющими сталями и низколегированными аустенитами.

Во-первых, чрезвычайно высокий эквивалентный номер сопротивления точечной коррозии (PREN).PREN рассчитывается как %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. Для 25-6HN:

Хром: 19–21%

Молибден: 6,0–7,0%

Азот: 0,10–0,20 %.

Это дает PREN примерно 40–45. Для сравнения:

Нержавеющая сталь 316L: PREN ~24–26

Дуплекс 2205: PREN ~35–38

Инколой 825: PREN ~30–33.

Более высокий показатель PREN указывает на большую устойчивость к точечной и щелевой коррозии в средах,-содержащих хлориды. В теплой морской воде (80–100 градусов по Фаренгейту / 27–38 градусов) ямы объемом 316 л в течение нескольких недель. Duplex 2205 работает лучше, но все же может подвергаться щелевой коррозии под воздействием биообрастания или отложений.. 25-6HN устойчив к точечной коррозии в морской воде при температуре примерно до 120–140 градусов F (49–60 градусов), что делает его пригодным для тропических систем охлаждения морской водой, трубопроводов пожарной воды и балластных трубопроводов.

Во-вторых, исключительная стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC).Аустенитные нержавеющие стали (304L, 316L) очень чувствительны к хлоридному SCC при температуре выше примерно 140 градусов F (60 градусов), особенно в условиях испарения.. 25-6Высокое содержание никеля (24–26%) в HN и содержание молибдена фундаментально изменяют поведение SCC. Сплав устойчив к SCC при всех температурах, встречающихся в водной среде, в том числе в концентрированных рассолах, конденсате пара с переносом хлоридов и в морских атмосферных условиях. Это делает его отличным выбором для трубопроводов морских платформ, опреснительных установок и береговых химических предприятий.

В-третьих, добавление меди для снижения кислотостойкости.Содержание меди 0,8–1,5% обеспечивает исключительную стойкость к восстанавливающим кислотам, особенно серной и фосфорной кислотам. В системах десульфурации дымовых газов (ДДГ),-где мокрые скрубберы удаляют SO₂ из выхлопных газов электростанций-, окружающая среда содержит серную кислоту, хлориды и фториды с низким pH (2–4). Добавление меди помогает 25-6HN противостоять воздействию смешанных кислот. Многие распылительные коллекторы абсорбционной башни ДДГ и опорные трубы туманоуловителя изготовлены из сплавов с содержанием молибдена 6%, таких как 25-6HN.

Сравнительные виды отказов:В теплообменнике, охлаждаемом-морской водой, при температуре 90 градусов по Фаренгейту (32 градуса) с застойными щелями под прокладками:

В трубках 316L в течение 6–12 месяцев возникают точечные утечки.

Дуплекс 2205 может прослужить 2–5 лет, но на прокладках начинается щелевая коррозия.

25-6ХН обеспечивает срок службы 15–20+ лет, часто превышающий расчетный срок службы оборудования.

Типичные применения:Трубопроводы охлаждения морской воды (электростанции, терминалы СПГ), системы противопожарной воды (морские платформы), соединительные трубопроводы опреснительной установки, грузовые линии танкеров-химовозов, распылительные коллекторы абсорбера ДДГ, трубопроводы завода по производству отбеливателя целлюлозы и бумаги (обслуживание диоксида хлора) и линии передачи фармацевтического реактора.

---

5. Вопрос: Каковы критические требования к сварке труб из сплава Incoloy 330 и труб из сплава 25-6HN?

A:Сварка этих двух сплавов требует внимания к различным вопросам: высокое содержание кремния в Incoloy 330 требует контроля, чтобы избежать горячего растрескивания, а для 25-6HN требуются присадочные металлы, которые сохраняют стойкость к точечной коррозии.

Для труб Incoloy 330 (с высоким содержанием кремния и никеля):

Выбор присадочного металла:ИспользоватьЭР330(соответствующий состав) илиЭР310наполнители из нержавеющей стали.ЭР330предпочтителен для обеспечения устойчивости к окислению и науглероживанию. Никогда не используйте наполнители из низко-легированных сплавов или стандартные наполнители из 308L/316L,-в них отсутствует необходимый никель и кремний для работы при высоких-температурах.

Контроль тепловложения:Максимальная температура между проходами: 300 градусов F (149 градусов). Тепловложение ограничено 25–45 кДж/дюйм (10–18 кДж/см). Чрезмерное тепловложение может вызвать сегрегацию кремния и увеличить риск горячего растрескивания. Вместо плетения используйте бусины-стрингеры.

Предотвращение горячего растрескивания:Содержание кремния 1,0–1,5%, хотя и способствует устойчивости к окислению, повышает склонность к горячему растрескиванию. Меры предосторожности включают:

Тщательно очистите поверхности.-Загрязнение серы из смазочно-охлаждающих жидкостей или маркеров особенно вредно.

Используйте слегка выпуклый профиль сварных валиков.-Вогнутые валики повышают риск растрескивания.

Минимизируйте ограничения сварного шва

Термическая обработка после-сварки (не требуется):Incoloy 330 используется в-сварном состоянии. Отжиг на раствор после-сварки восстановит максимальную пластичность, но непрактичен для полевой сварки и редко применяется.

Для труб из сплава 25-6ХН (супераустенитный):

Выбор присадочного металла:ИспользоватьЭРНиКрМо-3(Инконель 625) в качестве стандартного наполнителя. Наполнитель должен соответствовать содержанию молибдена в основном металле (6–7%) или превышать его, чтобы поддерживать устойчивость к точечной коррозии.ЭРНиКрМо-10(Inconel 622) также допускается. Никогда не используйте наполнители из нержавеющей стали (308L, 316L)-они вызывают гальваническую коррозию и не содержат молибдена.

Контроль тепловложения:Максимальная температура между проходами: 250 градусов F (121 градус). Тепловложение ограничено 20–40 кДж/дюйм (8–16 кДж/см). Повышенное тепловложение может вызвать выделение фаз, богатых молибденом- (сигма- или хи-фазы), что снижает устойчивость к точечной коррозии на 50 % и более.

Предварительная-очистка сварки:Очистите ацетоном или специальной щеткой из нержавеющей стали. Используйте шлифовальные круги, предназначенные для никелевых сплавов. Удалите все загрязнения углеродистой стали.-содержащиеся в нем частицы железа будут ржаветь и вызывать точечную коррозию.

Термическая обработка после-сварки (как правило, не требуется):В большинстве случаев сталь 25-6HN используется в состоянии после сварки. Для максимальной коррозионной стойкости в суровых условиях (например, теплая морская вода в застойных условиях) отжиг в растворе при температуре 1950–2050 градусов F (1066–1121 градус) с последующей быстрой закалкой водой восстанавливает полную стойкость к питтинговой коррозии. На трубах это делается редко из-за риска деформации.

Критические предупреждения:

Для Инколой 330:Не используйте наполнители с низким содержанием-хрома (308L, 316L).-они создают слабое звено для окисления и науглероживания. Не используйте чрезмерное тепловложение,-это увеличивает риск образования горячих трещин. Тщательно очистите, чтобы удалить серу.

Для 25-6HN:Не используйте наполнители из нержавеющей стали.-В них отсутствует молибден, и они создают зону сварки,-предрасположенную к коррозии. Не перегревайте- образование сигма-фазы необратимо без полного отжига раствора. Не используйте загрязненные шлифовальные круги.-Попавшие в них частицы углеродистой стали вызывают образование язв.

Квалификационные требования:

Для Incoloy 330, эксплуатируемого при высоких-циклических температурах, аттестация процедуры сварки должна включать испытания на термоциклирование или, как минимум, микроскопию поперечного-среза для проверки отсутствия горячих трещин.

Для 25-6HN в морской воде или FGD аттестация процедуры сварки должна включать испытания на питтинговую коррозию в соответствии с ASTM G48 (хлорид железа) для проверки того, что сварные зоны и зоны термического-воздействия сохраняют рабочие характеристики, эквивалентные PREN. Стандартный критерий приемки – отсутствие точечной коррозии через 72 часа при температуре 77 градусов F (25 градусов).