Quali sono i requisiti critici di saldatura per i tubi Incoloy 832 rispetto a quelli Incoloy 890?

1. D: Quali sono le differenze fondamentali in termini di composizione e proprietà tra i tubi Incoloy 832 e Incoloy 890?

A:Incoloy 832 e Incoloy 890 sono entrambe leghe austenitiche ad alte-prestazioni progettate per ambienti solforanti e ossidanti ad alta-temperatura, ma differiscono per il contenuto di cromo, silicio e nichel, che influisce sui loro involucri prestazionali.

Incoloy 832 (UNS N08832)è una lega austenitica modificata ad alto contenuto di-cromo e silicio-sviluppata specificatamente per ambienti con solforazione severa. La sua composizione nominale è 30–35% di nichel, 26–30% di cromo, 0,5–1,5% di molibdeno, 1,5–2,5% di silicio, 0,5–1,0% di manganese, 0,02–0,06% di carbonio e il resto di ferro. Le principali caratteristiche distintive sono l'altissimo contenuto di cromo (26–30%, superiore al 25–28% di Incoloy 890) e l'elevato contenuto di silicio (1,5–2,5%, significativamente superiore allo 0,3–0,8% di 890). Questa combinazione fornisce un'eccezionale resistenza alla solforazione (attacco dello zolfo) alle alte temperature. L'alto contenuto di silicio favorisce la formazione di un sottostrato protettivo di silice (SiO₂) sotto la scaglia di ossido/solfuro di cromo. Incoloy 832 è una soluzione solida-rinforzata senza aggiunte intenzionali di indurimento mediante precipitazione-. Il carico di snervamento tipico è 30–45 ksi (207–310 MPa) a temperatura ambiente, con resistenza allo scorrimento utile fino a circa 1800 gradi F (982 gradi).

Incoloy 890 (UNS N08890)è una lega di ferro-nichel-cromo progettata anche per ambienti solforanti e ossidanti ad alta-temperatura. La sua composizione nominale è 32–35% di nichel, 25–28% di cromo, 0,5–1,5% di molibdeno, 0,3–0,8% di silicio, 0,5–1,0% di manganese, 0,02–0,06% di carbonio e il resto di ferro. Rispetto a Incoloy 832, Incoloy 890 ha un contenuto di cromo leggermente inferiore (25–28% contro. 26–30%) e silicio significativamente inferiore (0,3–0,8% contro. 1.5–2,5%). Il contenuto inferiore di silicio rende Incoloy 890 più facile da fabbricare e saldare, poiché livelli elevati di silicio possono favorire la formazione di una fase sigma fragile e ridurre la saldabilità. Tuttavia, il silicio inferiore significa anche una resistenza alla solforazione leggermente inferiore negli ambienti più aggressivi. Incoloy 890 è anche una soluzione solida-rinforzata con un limite di snervamento tipico di 30–45 ksi (207–310 MPa).

Implicazioni metallurgiche:Incoloy 832 offre una resistenza superiore alla solforazione grazie alla maggiore quantità di cromo e silicio, ma al prezzo di una ridotta saldabilità e del rischio di formazione di fasi fragili durante l'esposizione a lungo termine-alle alte-temperature. Incoloy 890 offre un equilibrio tra buona resistenza alla solforazione, eccellente resistenza all'ossidazione e migliore lavorabilità. Per gli ambienti solforati più severi (ad esempio, riscaldatori a petrolio greggio ad alto-zolfo, caldaie a carbone-con bruciatori a basso-NOx), Incoloy 832 è preferibile. Per il servizio generale di riscaldamento nelle raffinerie in cui la solforazione è moderata e la saldabilità è importante, viene spesso selezionato Incoloy 890.

Selezionando tra loro:Se l'applicazione prevedeextreme sulfidation with high sulfur content (>3% nel carburante) e temperature superiori a 1600 gradi F (871 gradi), scegli Incoloy 832. Se l'applicazione prevedesolforazione da moderata a grave con buoni requisiti di fabbricabilità, scegli Incoloy 890.

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2. D: Quali standard e specifiche di settore disciplinano i tubi senza saldatura Incoloy 832 e Incoloy 890?

A:Queste due leghe sono coperte da quadri di specifiche simili, ma Incoloy 832 è meno standardizzato e spesso richiede specifiche-specifiche dell'acquirente.

Per tubi senza saldatura Incoloy 832:

Non esiste alcuna specifica dedicata sui tubi ASTM.Incoloy 832 è un grado proprietario o semi-standard. Il tubo viene generalmente prodotto in base alle specifiche sviluppate dall'acquirente-che fanno riferimento a ASTM B407 (per le leghe di nichel-ferro-cromo) con requisiti supplementari per la chimica (Cr e Si più elevati) e proprietà di temperatura elevata-.

ASTM B407/ASME SB407– Utilizzato come specifica di base, con la chimica modificata per soddisfare i requisiti Incoloy 832.

Caso del codice ASME– Esistono alcuni casi di codice per leghe simili ad alto-silicio; gli acquirenti devono consultare la cartiera per la conformità al Codice.

API 938-C– Pratica raccomandata dall’American Petroleum Institute per la resistenza alla solforazione, che include indicazioni su leghe come Incoloy 832.

Per tubi senza saldatura Incoloy 890:

ASTM B407/ASME SB407– Specifiche standard per tubi senza saldatura in lega di nichel-ferro-cromo. Questa è la specifica principale per UNS N08890.

ASTM B163/ASME SB163– Tubi del condensatore e dello scambiatore di calore senza saldatura, spesso utilizzati per i tubi 890 negli scambiatori di calore ad alta-temperatura.

Caso codice ASME 2588– Consente l'uso di Incoloy 890 (UNS N08890) nella costruzione del codice ASME per caldaie e recipienti a pressione per servizi fino a 1800 gradi F (982 gradi) in ambienti solforati.

API 938-C– Fornisce indicazioni sull'uso di Incoloy 890 e leghe simili per i componenti dei riscaldatori delle raffinerie.

Considerazioni sull'approvvigionamento:Il tubo senza saldatura Incoloy 832 è un prodotto speciale con fonti di lavorazione molto limitate. Gli acquirenti dovrebbero aspettarsi tempi di consegna prolungati (16-24 settimane) e dovrebbero lavorare a stretto contatto con lo stabilimento per stabilire una specifica di approvvigionamento. L'analisi chimica deve confermare il contenuto di silicio (1,5–2,5%) e il contenuto di cromo (26–30%). Incoloy 890 è più disponibile in commercio, sebbene sia ancora un grado speciale con tempi di consegna di 12-20 settimane. Per entrambe le leghe, potrebbero essere necessari test di trazione e di scorrimento a temperature elevate-per applicazioni critiche.

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3. D: Perché i tubi senza saldatura Incoloy 832 sono preferiti per gli ambienti solforati estremi nelle raffinerie e nelle centrali elettriche?

A:Il tubo senza saldatura Incoloy 832 ha ottenuto il riconoscimento per gli ambienti solforati più severi dove anche l'acciaio inossidabile Incoloy 890 e 310H presenta tassi di corrosione inaccettabili. Tre caratteristiche specifiche spiegano la sua superiorità.

Innanzitutto, un'eccezionale resistenza alla solforazione dovuta ad alto contenuto di cromo e silicio.La solforazione è una forma di corrosione ad alta-temperatura in cui lo zolfo reagisce con il metallo per formare solfuri a basso-punto di fusione-. La chiave per la resistenza è la formazione di una scaglia di solfuro o ossido protettiva,-a crescita lenta. Incoloy 832 contiene il 26–30% di cromo (rispetto al. 25–28% per 890 e il 24–26% per 310H) e l'1,5–2,5% di silicio (rispetto al. 0.3–0,8% per 890). L'alto contenuto di cromo favorisce la formazione di incrostazioni di solfuro/ossido ricche di cromo-. L'alto contenuto di silicio favorisce la formazione di un sottostrato continuo e amorfo di silice (SiO₂) sotto le scaglie di cromo. Questo strato di silice è eccezionalmente stabile e funge da barriera alla diffusione contro lo zolfo. Nei test di laboratorio che simulavano le condizioni del riscaldatore di una raffineria (1400–1600 gradi F / 760–871 gradi, 2–4% di zolfo nel carburante), Incoloy 832 mostra tassi di solforazione di 0,001–0,003 pollici all'anno (ipy), rispetto a 0,005–0,010 ipy per Incoloy 890 e 0,020–0,050 ipy per 310H.

In secondo luogo, la resistenza sia alla solforazione che all'ossidazione.Molte leghe resistenti alla solforazione-(ad esempio, quelle con un alto contenuto di silicio) possono essere suscettibili all'ossidazione in ambienti che oscillano tra condizioni riducenti (solfuranti) e ossidanti. L'alto contenuto di cromo di Incoloy 832 (26–30%) fornisce un'eccellente resistenza all'ossidazione, formando una scaglia protettiva di Cr₂O₃ quando l'ambiente diventa ossidante. Questa doppia funzionalità è fondamentale nei riscaldatori delle raffinerie, dove il contatto con la fiamma, l'ingresso di aria o i disturbi del processo possono causare fluttuazioni dell'atmosfera. La lega mantiene la protezione in entrambe le condizioni.

In terzo luogo, buona resistenza allo scorrimento viscoso a temperature elevate.Pur non essendo una lega indurente per precipitazione-, Incoloy 832 raggiunge un'utile resistenza allo scorrimento viscoso attraverso il rafforzamento della soluzione solida di cromo, silicio e molibdeno. La resistenza alla rottura per creep di 100.000-ore a 1600 gradi F (871 gradi ) è di circa 1,5–2,5 ksi (10–17 MPa), paragonabile a 310 H e adeguata per la maggior parte delle applicazioni di tubi riscaldanti di raffineria in cui le sollecitazioni circolari sono relativamente basse (tipicamente 0,5–1,5 ksi).

Modalità di fallimento comparative:In un tubo riscaldatore di petrolio greggio che lavora il 3,5% di zolfo grezzo a 1550 gradi F (843 gradi ) con una pressione interna di 500 psig:

Acciaio inossidabile 310H: tasso di solforazione 0,030 ipy, durata del tubo circa 3–4 anni

Incoloy 890: tasso di solforazione 0,008 ipy, durata del tubo circa 10–12 anni

Incoloy 832: tasso di solforazione 0,002 ipy, durata del tubo superiore a 20 anni

Applicazioni tipiche:Tubi di riscaldamento del greggio di raffineria (servizio di greggio ad alto- zolfo), tubi di riscaldamento del coker ritardato, tubi di riscaldamento a vuoto, tubi di surriscaldamento e riscaldamento di caldaie a carbone-(bruciatori a basso-NOx creano condizioni di solforazione), componenti di caldaie per il recupero di liquor nero negli stabilimenti di produzione di pasta di legno e tubi di caldaie per inceneritori di rifiuti (alto contenuto di zolfo da rifiuti di plastica e gomma).

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4. D: Perché i tubi senza saldatura Incoloy 890 vengono spesso scelti rispetto alle opzioni in leghe superiori-per il servizio di riscaldamento delle raffinerie?

A:Il tubo senza saldatura Incoloy 890 occupa uno "sweet spot" nelle applicazioni di riscaldamento delle raffinerie-offrendo una resistenza alla solforazione significativamente migliore rispetto all'acciaio inossidabile 310H standard, fornendo allo stesso tempo una migliore fabbricabilità e costi inferiori rispetto a-leghe di silicio più elevate come Incoloy 832. Tre fattori spiegano la sua diffusa adozione.

Innanzitutto, equilibrio ottimizzato tra resistenza alla solforazione e fabbricabilità.Il 25–28% di cromo e lo 0,3–0,8% di silicio dell'Incoloy 890 forniscono una sostanziale resistenza alla solforazione rispetto al 310H (24–26% Cr, 0,3–0,5% Si tipico). Il miglioramento è significativo-tipicamente una riduzione del 50–70% del tasso di solforazione. Tuttavia, il contenuto di silicio viene mantenuto al di sotto dell'1% per evitare le difficoltà di saldatura e fabbricazione associate alle leghe ad alto-silicio. Le leghe ad alto-silicio (superiore all'1,5% di Si) possono formare una fragile fase sigma durante la saldatura o il servizio a lungo-termine e sono più soggette a cricche a caldo. Incoloy 890 può essere saldato utilizzando procedure standard con metallo d'apporto ER310, senza la necessità di preriscaldamento specializzato o trattamento termico post-saldatura. Ciò lo rende pratico sia per la produzione di mulini che per le riparazioni sul campo.

In secondo luogo, prestazioni comprovate in un'ampia gamma di ambienti di raffineria.Incoloy 890 ha accumulato decenni di esperienza sul campo nei riscaldatori grezzi, riscaldatori sotto vuoto, riscaldatori a coker e riscaldatori per reforming. Funziona in modo affidabile in una gamma di contenuti di zolfo (0,5–3,0%), temperature (1200–1650 gradi F / 649–899 gradi) e condizioni di ciclo termico. Questa vasta esperienza offre agli ingegneri delle raffinerie la sicurezza nella specifica della lega. Al contrario, le leghe di silicio-più elevate come Incoloy 832 hanno una storia sul campo più limitata e sono generalmente riservate alle condizioni più estreme.

In terzo luogo, il rapporto costo-rispetto alle superleghe a base di nichel-.Negli ambienti in cui la solforazione è grave, alcuni ingegneri potrebbero prendere in considerazione leghe solide a base di nichel-come Inconel 600 o Incoloy 800H. Tuttavia, queste leghe hanno i loro problemi di solforazione-le leghe ad alto-nichel possono formare solfuri di nichel a basso-punto di fusione-(Ni₃S₂, punto di fusione 1179 gradi F / 637 gradi ) che causano una catastrofica solforazione in fase liquida-. Incoloy 890, con il suo contenuto bilanciato di nichel (32–35%), evita questo problema fornendo allo stesso tempo un'eccellente resistenza alla solforazione a un costo inferiore rispetto alle leghe a base di nichel-. Il costo della lega di Incoloy 890 è tipicamente 2–3 volte quello della 310H ma solo 0,6–0,8 volte quello delle leghe di nichel solide, rendendolo un aggiornamento economico.

Confronto delle prestazioni nel tipico servizio di riscaldamento di una raffineria (1500 gradi F / 816 gradi, combustibile con 2% di zolfo):

Applicazioni tipiche:Sezioni radianti del riscaldatore del greggio e del vuoto della raffineria, tubi del riscaldatore del coker ritardato, pigtail e collettori del riscaldatore del reformer, scambiatori di calore degli effluenti di alimentazione dell'idrotrattamento- (lato alta-temperatura) e tubi del surriscaldatore delle centrali elettriche a carbone- (solfurazione moderata).

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5. D: Quali sono i requisiti critici di saldatura per i tubi Incoloy 832 rispetto a quelli Incoloy 890?

A:La saldatura di Incoloy 832 e Incoloy 890 richiede attenzione a diversi problemi: l'alto contenuto di silicio di Incoloy 832 crea cricche a caldo e rischi di fase sigma, mentre Incoloy 890 è più tollerante ma richiede comunque una tecnica adeguata.

Per tubi Incoloy 832 (alto contenuto di silicio, alto contenuto di cromo):

Elevato rischio di hot cracking e formazione di fase sigma.Il contenuto di silicio pari all'1,5–2,5%, sebbene vantaggioso per la resistenza alla solforazione, crea notevoli sfide di saldatura. Il silicio abbassa il punto di fusione delle pellicole ai bordi dei grani, aumentando la suscettibilità alla fessurazione a caldo. Le precauzioni includono:

Basso apporto termico:Temperatura massima di interpass: 250 gradi F (121 gradi). Apporto di calore limitato a 15–30 kJ/pollice (6–12 kJ/cm). Utilizza solo perline-non intrecciare.

La pulizia è fondamentale:La contaminazione di zolfo, fosforo e rame derivante da fluidi da taglio, pennarelli o strumenti di manipolazione aumenta notevolmente il rischio di fessurazione. Utilizzare spazzole e mole dedicate in acciaio inossidabile.

Preriscaldamento:Solitamente non richiesto, ma un preriscaldamento moderato di 200–300 gradi F (93–149 gradi) può ridurre i gradienti termici e il rischio di fessurazioni.

Contenimento:Ridurre al minimo i vincoli di saldatura. Utilizzare gli spazi di adattamento-e consentire il libero movimento dell'assieme.

Selezione del metallo d'apporto:UtilizzoER310OER309riempitivi in ​​acciaio inossidabile. Per la migliore resistenza alla solforazione,ER310(25–28% Cr) è preferito. Esistono alcuni riempitivi specializzati ad alto-silicio, ma sono raramente disponibili. Non utilizzare mai riempitivi a basso-lega o riempitivi a base di nichel-a basso contenuto di cromo.

Trattamento termico post-saldatura (generalmente sconsigliato):La solubilizzazione a 1950–2050 gradi F (1066–1121 gradi) ripristinerebbe la duttilità ma non è pratica per la saldatura sul campo e potrebbe causare distorsioni. La maggior parte dei componenti Incoloy 832 vengono utilizzati nella condizione -saldata, accettando una certa riduzione della duttilità.

Per tubo Incoloy 890 (silicio moderato):

Buona saldabilità con le precauzioni standard.Il basso contenuto di silicio di Incoloy 890 (0,3–0,8%) lo rende molto più semplice da saldare rispetto a Incoloy 832. Si applicano le pratiche standard di saldatura dell'acciaio inossidabile austenitico.

Selezione del metallo d'apporto:UtilizzoER310come riempitivo preferito.ER309è accettabile per un servizio meno severo. Il riempitivo deve corrispondere all'alto contenuto di cromo del metallo base (25–28%) per una resistenza ottimale alla solforazione.

Controllo dell'apporto di calore:Temperatura massima di interpass: 300 gradi F (149 gradi). Apporto di calore limitato a 25–45 kJ/pollice (10–18 kJ/cm). Un maggiore apporto di calore può causare la precipitazione del carburo di cromo ai bordi dei grani (sensibilizzazione), che può ridurre la resistenza alla solforazione ma è meno critica rispetto al servizio di corrosione acquosa.

Pulizia pre-saldatura:Pulire con acetone o spazzola dedicata in acciaio inox. Rimuovi tutta la contaminazione dell'acciaio al carbonio per prevenire il degrado della superficie durante il servizio ad alta-temperatura.

Trattamento termico post-saldatura (non richiesto):Incoloy 890 viene utilizzato nello stato-saldato. Una ricottura in soluzione post-saldatura ripristinerebbe la massima resistenza alla solforazione, ma è poco pratica e raramente specificata.

Avvertenze critiche:

Per Incoloy 832:Questa lega non perdona. Saldare solo con procedure qualificate. Evita tutte le fonti di contaminazione da zolfo-anche i residui dei pennarelli possono causare crepe. Considerare metodi di giunzione alternativi (ad esempio, saldatura con ER310 seguita da distensione) per i componenti critici. Alcuni produttori richiedono un'ispezione radiografica del 100% di tutte le saldature a causa del rischio di fessurazioni.

Per Incoloy 890:Non utilizzare riempitivi a basso-cromo (308L, 316L)-creano un anello debole per l'attacco di solforazione. Non utilizzare un apporto di calore eccessivo-questo sensibilizza la zona termicamente-interessata e riduce la resistenza alla corrosione. Sebbene sia più indulgente dell'832, la tecnica corretta è comunque importante.

Requisiti di qualificazione:

Per entrambe le leghe in servizio di solforazione ad alta-temperatura, la qualificazione della procedura di saldatura dovrebbe includere test a temperatura elevata-. Sebbene non esista un test codificato standard, molti operatori di raffineria richiedono:

Microscopia-in sezione trasversale per verificare l'assenza di cracking a caldo o fase sigma

Test di durezza (tipicamente inferiore o uguale a 95 HRB o equivalente)

Facoltativo: esposizione al gas di processo simulato a temperatura per verificare che la zona di saldatura non diventi un sito di attacco preferenziale

Tabella comparativa: