Perché i tubi in lega 25-6HN sono preferiti per il servizio con acqua di mare e cloruro aggressivo?

1. D: Quali sono le differenze fondamentali in termini di composizione e proprietà tra i tubi in lega Incoloy 330 e 25-6HN?

A:Incoloy 330 e 25-6HN servono applicazioni fondamentalmente diverse-uno è progettato per il servizio ad alta temperatura, mentre l'altro è ottimizzato per la resistenza alla corrosione acquosa in ambienti aggressivi contenenti cloruri.

Incoloy 330 (UNS N08330)è una lega austenitica di nichel-ferro-cromo progettata per la resistenza all'ossidazione, alla carburazione e alla fatica termica ad alta-temperatura. La sua composizione nominale è 34–37% di nichel, 17–20% di cromo, 1,0–1,5% di silicio, 0,08–0,12% di carbonio e il resto di ferro. La lega non contiene molibdeno né azoto. L'elevato contenuto di nichel (∼35%) fornisce un'eccellente resistenza alla tensocorrosione da cloruro e alla carburazione. L'aggiunta controllata di silicio (1,0–1,5%) migliora significativamente la resistenza all'ossidazione a temperature elevate. Incoloy 330 è una soluzione solida-rinforzata senza aggiunte di indurente per precipitazione-. Il carico di snervamento tipico è 30–45 ksi (207–310 MPa) a temperatura ambiente, con resistenza allo scorrimento utile fino a circa 2.000 gradi F (1.093 gradi) per il servizio a breve-termine e 1.800 gradi F (982 gradi) per il servizio a lungo-termine. La sua caratteristica più distintiva è l'eccezionale resistenza alla fatica termica e all'ossidazione ciclica.

Lega 25-6HN (UNS N08925)è un acciaio inossidabile super-austenitico progettato per un'estrema resistenza alla corrosione acquosa, in particolare in ambienti con acqua di mare e cloruro acido. La sua composizione nominale è 24–26% di nichel, 19–21% di cromo, 6,0–7,0% di molibdeno, 0,8–1,5% di rame, 0,10–0,20% di azoto e il resto di ferro. La lega è anche conosciuta come "6 Moly" o "Super Austenitic 6% Mo". La combinazione di un alto contenuto di molibdeno (6–7%) e azoto (0,10–0,20%) fornisce un'eccezionale resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale, con un numero equivalente di resistenza alla vaiolatura (PREN) di circa 40–45. L'aggiunta di rame migliora la resistenza agli acidi riducenti come l'acido solforico. 25-6HN è anche una soluzione solida-rinforzata con un carico di snervamento tipico di 35–45 ksi (241–310 MPa) a temperatura ambiente, ma NON è progettato per il servizio ad alta-temperatura superiore a circa 600 gradi F (316 gradi), dove la sua resistenza alla corrosione degrada e possono formarsi fasi di infragilimento.

Implicazioni metallurgiche:Incoloy 330 è progettato perambienti secchi e ad alta-temperatura(1000–2000 gradi F / 538–1093 gradi) in componenti di forni, cestelli per trattamenti termici e riscaldatori petrolchimici. Il suo elevato contenuto di silicio favorisce la formazione di uno strato protettivo di silice (SiO₂) sotto la scaglia di ossido di cromo, fornendo un'eccezionale resistenza all'ossidazione e alla carburazione.. 25-6HN è progettato perambienti acquosi umidi, a temperatura da bassa-a-moderata(fino a 600 gradi F / 316 gradi) nella movimentazione dell'acqua di mare, nel trattamento chimico e nella desolforazione dei gas di scarico. Si ossiderebbe rapidamente e si scaglierebbe alle alte temperature a causa di cromo e silicio inadeguati per il servizio a secco.

Selezionando tra loro:Se l'applicazione prevedeservizio a secco ad alta-temperatura (componenti di forni, apparecchiature per trattamenti termici), scegli Incoloy 330. Se l'applicazione prevedesoluzioni di acqua di mare, salamoia o cloruro acido a temperature moderate, scegli 25-6HN. Non esiste praticamente alcuna applicazione in cui entrambe le leghe siano alternative praticabili.

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2. D: Quali standard e specifiche di settore disciplinano i tubi senza saldatura in lega Incoloy 330 e 25-6HN?

A:Queste due leghe sono regolate da quadri di specifiche nettamente diversi che riflettono i loro diversi mercati: -riscaldamento industriale ad alta- temperatura per 330 e chimico/marino per 25-6HN.

Per tubi senza saldatura Incoloy 330:

ASTM B535/ASME SB535– Specifiche standard per tubi senza saldatura in lega di nichel-ferro-cromo-silicio (UNS N08330). Questa è la specifica primaria del tubo, che copre la chimica, le proprietà di trazione e i requisiti dimensionali.

ASTM B163/ASME SB163– Tubi del condensatore e dello scambiatore di calore senza saldatura, spesso utilizzati per i tubi Incoloy 330 negli scambiatori di calore ad alta-temperatura.

ASTM B366– Specifiche standard per raccordi in nichel lavorato e leghe di nichel realizzati in fabbrica- (che copre N08330 per i raccordi).

Codice ASME per caldaie e recipienti a pressione Sezione II, Parte D– Fornisce valori di sollecitazione consentiti per N08330 a temperature fino a 1650 gradi F (899 gradi) per un servizio a lungo-termine.

AMS 5592– Specifiche dei materiali aerospaziali per fogli, strisce e piastre Incoloy 330 (spesso citate per i tubi nelle applicazioni aerospaziali).

Per tubi senza saldatura in lega 25-6HN:

ASTM B677/ASME SB677– Specifiche standard per tubi senza saldatura in lega di nichel-ferro-cromo-molibdeno-rame-azoto (UNS N08925). Questa è la specifica del tubo primario.

ASTM B673– Specifiche standard per tubi saldati (sebbene senza saldatura sia preferibile per servizi critici).

ASTM B625– Specifiche standard per piastre, fogli e nastri (spesso citate per i requisiti chimici e di proprietà).

NORSOK M-630– Standard norvegese per petrolio e gas che include 25-6HN per il servizio con acqua di mare e salamoia.

Codice ASME per caldaie e recipienti a pressione Sezione II, Parte D– Fornisce valori di sollecitazione consentiti per N08925 a temperature fino a circa 600 gradi F (316 gradi).

Considerazioni sull'approvvigionamento:Il tubo senza saldatura Incoloy 330 è disponibile in commercio presso diversi stabilimenti, in genere in programmi standard (Sch 10S, 40S, 80S) secondo ASME B36.19. I tempi di consegna sono di 8-14 settimane.. 25-6Anche HN è disponibile in commercio ma meno comune dell'Incoloy 926 (una lega simile al 6% di Mo). I tempi di consegna sono generalmente di 10-16 settimane. Per entrambe le leghe, verificare sempre che il rapporto di prova del materiale documenti il ​​numero UNS corretto e, per 25-6HN, il contenuto di azoto (0,10–0,20%) e il contenuto di molibdeno (6,0–7,0%).

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3. D: Perché i tubi senza saldatura Incoloy 330 sono il materiale preferito per-fornaci ad alta temperatura e applicazioni di trattamento termico?

A:Il tubo senza saldatura Incoloy 330 ha guadagnato una posizione dominante nelle applicazioni di riscaldamento industriale grazie alla sua combinazione unica diresistenza alle alte-temperature, resistenza all'ossidazione, resistenza alla carburazione e resistenza alla fatica termica. Quattro caratteristiche specifiche spiegano la sua superiorità rispetto agli acciai inossidabili standard come il 310H.

Innanzitutto, un'eccezionale resistenza all'ossidazione dovuta all'aggiunta controllata di silicio.Tutti gli acciai inossidabili austenitici fanno affidamento su una scaglia di ossido di cromo (Cr₂O₃) per la protezione dall'ossidazione. Tuttavia, a temperature superiori a 1800 gradi F (982 gradi), Cr₂O₃ diventa sempre più volatile e si sfalda durante il ciclo termico. Incoloy 330 contiene l'1,0–1,5% di silicio, che promuove la formazione di un sottostrato continuo di silice amorfa (SiO₂) sotto la scaglia di ossido di cromo. Questo strato di silice è eccezionalmente stabile, riduce la diffusione dell'ossigeno e migliora notevolmente l'adesione del calcare durante il ciclo termico. Nei test di ossidazione ciclica (cicli da 15-minuti a 2000 gradi F/1093 gradi), Incoloy 330 mostra meno del 10% della perdita di metallo dell'acciaio inossidabile di tipo 310H dopo 500 cicli. Ciò lo rende il materiale preferito per i componenti dei forni che presentano frequenti avviamenti-e arresti.

In secondo luogo, eccezionale resistenza alla carburazione.Nelle atmosfere contenenti idrocarburi-(ad esempio, forni petrolchimici, trattamenti termici con gas endotermico), la diffusione del carbonio (carburazione) infragilisce gli acciai inossidabili standard. L'alto contenuto di nichel dell'Incoloy 330 (34–37%) riduce la solubilità e la diffusività del carbonio nella matrice austenitica. L'aggiunta di silicio favorisce inoltre la formazione di uno strato di silice che funge da barriera alla diffusione del carbonio. Nei pigtail e nelle linee di trasferimento del reformer a vapore di metano esposti ad atmosfere di cementazione a 1600-1700 gradi F (871-927 gradi), Incoloy 330 ha dimostrato una resistenza alla carburazione significativamente migliore rispetto a 310H e paragonabile a leghe di nichel superiori-come Incoloy 800HT.

In terzo luogo, eccellente resistenza alla fatica termica.Molti componenti del forno sono sottoposti a cicli termici ripetuti, che inducono stress termici che possono causare fessurazioni. Il moderato coefficiente di dilatazione termica dell'Incoloy 330 (simile ad altre leghe austenitiche) combinato con l'elevata duttilità e la buona resistenza alle alte-temperature fornisce un'eccezionale resistenza alla fatica termica. La capacità della lega di deformarsi plasticamente senza rompersi durante i transitori termici è superiore alle leghe-indurite per precipitazione-più resistenti. Nel servizio di tubi radianti per forni di ricottura (ciclo da temperatura ambiente a 1850 gradi F / 1010 gradi ogni 24 ore), i tubi Incoloy 330 durano tipicamente 5–8 anni, rispetto ai 2–3 anni per 310H.

In quarto luogo, buona resistenza allo scorrimento viscoso a temperature elevate.Pur non essendo una lega indurente per precipitazione-, Incoloy 330 raggiunge un'utile resistenza allo scorrimento viscoso attraverso il rafforzamento della soluzione solida di cromo, nichel e silicio. La resistenza alla rottura per creep di 100.000-ore a 1600 gradi F (871 gradi ) è di circa 2,5–3,5 ksi (17–24 MPa), adeguata per la maggior parte delle applicazioni di tubi di forni in cui le sollecitazioni circolari sono basse (tipicamente 0,5–1,5 ksi).

Applicazioni tipiche:Tubi radianti in forni di ricottura e cementazione, cestelli e griglie per trattamento termico, trecce e linee di trasferimento di forni petrolchimici, supporti per tubi di reforming, ugelli per bruciatori, componenti di forni per cemento e supporti per tubi di caldaie per calore di scarto.

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4. D: Perché i tubi in lega 25-6HN sono preferiti per il servizio con acqua di mare e cloruro aggressivo?

A:Il tubo in lega 25-6HN (UNS N08925) è un acciaio inossidabile super-austenitico che ha ottenuto un ampio consenso nella movimentazione dell'acqua di mare, nella desalinizzazione e nella lavorazione chimica grazie alla sua eccezionale resistenza alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla tensocorrosione da cloruri. Tre caratteristiche specifiche spiegano la sua superiorità rispetto agli acciai inossidabili duplex e agli austenitici meno legati.

Innanzitutto, il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura estremamente elevato (PREN).Il PREN è calcolato come %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N. Per 25-6HN:

Cromo: 19–21%

Molibdeno: 6,0–7,0%

Azoto: 0,10–0,20%

Ciò produce un PREN di circa 40–45. Per confronto:

Acciaio inossidabile 316L: PREN ∼24–26

Duplex 2205: PREN ∼35–38

Incoloy 825: PREN ∼30–33

Un PREN più elevato indica una maggiore resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale in ambienti contenenti cloruro. In acqua di mare calda (80–100 gradi F / 27–38 gradi), 316 litri si svuotano in poche settimane. Duplex 2205 offre prestazioni migliori ma può comunque subire corrosione interstiziale sotto biofouling o depositi.. 25-6HN resiste alla vaiolatura nell'acqua di mare fino a circa 120-140 gradi F (49-60 gradi), rendendolo adatto per sistemi di raffreddamento dell'acqua di mare tropicale, linee di acqua antincendio e tubazioni di zavorra.

In secondo luogo, eccezionale resistenza alla tensocorrosione da cloruri (SCC).Gli acciai inossidabili austenitici (304L, 316L) sono altamente sensibili al cloruro SCC al di sopra di circa 140 gradi F (60 gradi), specialmente in condizioni di evaporazione. 25-6L'alto contenuto di nichel (24-26%) e il contenuto di molibdeno di HN alterano sostanzialmente il comportamento dell'SCC. La lega resiste all'SCC a tutte le temperature riscontrate in servizi acquosi, comprese salamoie concentrate, condensa di vapore con trascinamento di cloruro e condizioni atmosferiche marine. Ciò lo rende una scelta eccellente per tubazioni di piattaforme offshore, impianti di desalinizzazione e impianti chimici costieri.

In terzo luogo, aggiunta di rame per ridurre la resistenza agli acidi.Il contenuto di rame pari allo 0,8–1,5% fornisce un'eccezionale resistenza agli acidi riducenti, in particolare agli acidi solforico e fosforico. Nei sistemi di desolforazione dei gas di scarico (FGD)-dove gli scrubber a umido rimuovono SO₂ dagli scarichi delle centrali elettriche-l'ambiente contiene acido solforico, cloruri e fluoruri a pH basso (2–4). L'aggiunta di rame aiuta 25-6HN a resistere agli attacchi in questi ambienti acidi misti. Molte testate di spruzzatura delle torri assorbitrici FGD e tubi di supporto degli eliminatori di nebbia sono specificati come leghe al 6% di Mo come 25-6HN.

Modalità di fallimento comparative:In uno scambiatore di calore raffreddato con acqua di mare- a 32 gradi (90 gradi F) con fessure stagnanti sotto le guarnizioni:

I tubi 316L sviluppano perdite stenopeiche entro 6-12 mesi

Il Duplex 2205 può sopravvivere 2-5 anni, ma la corrosione interstiziale inizia in corrispondenza delle guarnizioni

25-6HN fornisce 15–20+ anni di servizio, spesso superando la durata prevista dell'apparecchiatura

Applicazioni tipiche:Tubazioni di raffreddamento dell'acqua di mare (centrali elettriche, terminali GNL), sistemi di acqua antincendio (piattaforme offshore), tubazioni di interconnessione di impianti di desalinizzazione, linee di carico di navi cisterna per prodotti chimici, intestazioni di spruzzatura di assorbitori FGD, tubazioni di impianti di sbiancamento della pasta di legno e della carta (servizio di biossido di cloro) e linee di trasferimento di reattori farmaceutici.

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5. D: Quali sono i requisiti critici di saldatura per i tubi in lega Incoloy 330 rispetto a quelli in lega 25-6HN?

A:La saldatura di queste due leghe richiede attenzione a diversi problemi: l'alto contenuto di silicio di Incoloy 330 richiede controllo per evitare cricche a caldo, mentre 25-6HN richiede metalli d'apporto che mantengano la resistenza alla vaiolatura.

Per tubi Incoloy 330 (alto contenuto di silicio, alto nichel):

Selezione del metallo d'apporto:UtilizzoER330(composizione corrispondente) oER310riempitivi in ​​acciaio inossidabile.ER330è preferito per abbinare la resistenza all'ossidazione e alla carburazione. Non utilizzare mai riempitivi a bassa lega o riempitivi standard 308L/316L-perché mancano del nichel e del silicio necessari per il servizio ad alta-temperatura.

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 eccessivo apporto di calore può causare la segregazione del silicio e aumentare il rischio di cricche a caldo. Usa perline invece di tessere.

Prevenzione del cracking a caldo:Il contenuto di silicio pari all'1,0–1,5%, sebbene benefico per la resistenza all'ossidazione, aumenta la suscettibilità alla fessurazione a caldo. Le precauzioni includono:

Pulire accuratamente le superfici-La contaminazione da zolfo derivante da fluidi da taglio o pennarelli è particolarmente dannosa

Utilizzare un profilo del cordone di saldatura leggermente convesso-i cordoni concavi aumentano il rischio di fessurazioni

Ridurre al minimo i vincoli di saldatura

Trattamento termico post-saldatura (non richiesto):Incoloy 330 viene utilizzato nello stato-saldato. Una ricottura in soluzione post-saldatura ripristinerebbe la massima duttilità, ma non è pratica per la saldatura sul campo ed è raramente specificata.

Per tubi in lega 25-6HN (super-austenitica):

Selezione del metallo d'apporto:UtilizzoERNiCrMo-3(Inconel 625) come riempitivo standard. Il riempitivo deve corrispondere o superare il contenuto di molibdeno del metallo base (6–7%) per mantenere la resistenza alla vaiolatura.ERNiCrMo-10(Inconel 622) è accettabile. Non utilizzare mai riempitivi in ​​acciaio inossidabile (308L, 316L)-creano una cella di corrosione galvanica e sono privi di molibdeno.

Controllo dell'apporto di calore:Temperatura massima di interpass: 250 gradi F (121 gradi). Apporto di calore limitato a 20–40 kJ/pollice (8–16 kJ/cm). Un apporto di calore maggiore può causare la precipitazione della fase ricca di molibdeno- (fasi sigma o chi) che riduce la resistenza alla vaiolatura del 50% o più.

Pulizia pre-saldatura:Pulire con acetone o spazzola dedicata in acciaio inox. Utilizzare mole riservate alle leghe di nichel. Rimuovere tutta la contaminazione da acciaio al carbonio-le particelle di ferro incorporate arrugginiranno e inizieranno la vaiolatura.

Trattamento termico post-saldatura (generalmente non richiesto):Per la maggior parte delle applicazioni, 25-6HN viene utilizzato nella condizione saldata. Per la massima resistenza alla corrosione in ambienti severi (ad esempio, acqua di mare calda con condizioni stagnanti), una solubilizzazione a 1950–2050 gradi F (1066–1121 gradi) seguita da un rapido raffreddamento in acqua ripristina la completa resistenza alla vaiolatura. Questa operazione viene eseguita raramente sui tubi a causa dei rischi di distorsione.

Avvertenze critiche:

Per Incoloy 330:Non utilizzare riempitivi a basso-cromo (308L, 316L)-creano un anello debole per l'attacco di ossidazione e carburazione. Non utilizzare un apporto di calore eccessivo-perché aumenta il rischio di rotture a caldo. Pulire accuratamente per eliminare lo zolfo.

Per 25-6HN:Non utilizzare materiali di riempimento in acciaio inossidabile,-sono privi di molibdeno e creeranno una zona di saldatura-soggetta a corrosione. Non surriscaldare-la formazione della fase sigma è irreversibile senza ricottura completa della soluzione. Non utilizzare mole contaminate-le particelle di acciaio al carbonio incorporate causano vaiolature.

Requisiti di qualificazione:

Per Incoloy 330 in servizio ciclico ad alta-temperatura, la qualificazione della procedura di saldatura dovrebbe includere test del ciclo termico o, come minimo, la microscopia a sezione trasversale-per verificare l'assenza di cricche a caldo.

Per 25-6HN in servizio con acqua di mare o FGD, la qualificazione della procedura di saldatura deve includere test di corrosione per vaiolatura secondo ASTM G48 (cloruro ferrico) per verificare che le zone saldate e-influenzate dal calore mantengano prestazioni equivalenti al PREN. Il criterio di accettazione standard è l'assenza di vaiolatura dopo 72 ore a 77 gradi F (25 gradi).