1. No metalurģijas viedokļa, kādas ir trīs rūpniecisko niķeļa sakausējuma cauruļu primāro sakausējumu grupas un kā to attiecīgie stiprināšanas mehānismi (cietais{1}}šķīdums pret nokrišņiem) nosaka to lietošanas temperatūras diapazonus un ražošanas metodes?
Rūpnieciskās niķeļa sakausējuma caurules tiek plaši iedalītas trīs ģimenēs, pamatojoties uz to dominējošajām sakausēšanas sistēmām un no tām izrietošajām īpašībām:
1. Niķelis-vara sakausējumi (piemēram, Alloy 400 / Monel™ 400, UNS N04400):
Stiprināšanas mehānisms: galvenokārt cieta{0}}risinājuma stiprināšana. Varš plaši šķīst niķelī, veidojot vienfāzes, centrētu kubisku (FCC) struktūru, kas ir īpaši izturīga un elastīga.
Lietošanas temperatūra un pamatojums: vislabāk piemērota kriogēnai līdz mērenai temperatūrai (līdz ~540 grādiem / 1000 grādiem F). To lieliskā izturība zemā-temperatūra padara tos ideāli piemērotus SDG cauruļvadiem. Tie ir izturīgi pret hlorīda -sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC), jūras ūdeni un fluorūdeņražskābi, bet ātri zaudē spēku virs 540 grādiem.
Izgatavošanas ietekme: ļoti metināms un formējams, pateicoties to vienfāzes raksturam. Caurules var viegli metināt, izmantojot atbilstošus pildmetālus (ERNiCu-7), un veidot ar standarta metodēm.
2. niķelis-hroms-molibdēna sakausējumi (piemēram, Hastelloy® C-276/C-22, Inconel® 625, UNS N10276/N06022/N06625):
Stiprināšanas mehānisms: galvenokārt cieto{0}}šķīduma stiprināšana ar ievērojamu hroma un molibdēna devumu. Inconel 625 gūst labumu arī no sekundārās nokrišņu sacietēšanas no niobija karbīdiem/karbonitrīdiem, īpaši metinātās konstrukcijās.
Lietošanas temperatūra un pamatojums: darba zirgi smagai ūdens korozijai (piemēram, HCl, H2SO₄, hlorīdi) no apkārtējās vides līdz ~400 grādiem (750 ° F). To augstais molibdēna saturs nodrošina pretestību pret bedrēm, savukārt hroms nodrošina izturību pret oksidēšanu. Tie nav paredzēti augstas-temperatūras šļūdes izturībai, taču lieliski tiek galā ar procesa siltumu ķīmiskajās rūpnīcās.
Izgatavošanas ietekme: metināms, taču nepieciešamas stingras procedūras (maza siltuma padeve, aizmugures attīrīšana), lai izvairītos no sensibilizācijas. Karstā un aukstā formēšana ir iespējama, bet prasa lielāku spēku nekā nerūsējošais tērauds.
3. Niķelis-hroms-dzelzs sakausējumi (piemēram, Inconel® 600/601, Incoloy® 800H/825):
Stiprināšanas mehānisms: stingra{0}}šķīduma stiprināšana un tādām pakāpēm kā 800H un 601 karbīda stiprināšana, kas paredzēta darbam augstā temperatūrā.
Pielietojuma temperatūra un pamatojums: Paredzēts augstas -temperatūras un oksidējošās/karburējošās vidēs (540 grādi - 1175 grādi / 1000 grādi F - 2150 grādi F). Tie veido stabilu hroma oksīda skalu. Izmanto krāsns starojuma caurulēs, siltummaiņos un termiskās apstrādes cauruļvados. Sakausējums 825 pievieno molibdēnu un varu, lai uzlabotu skābes izturību.
Izgatavošanas ietekme: laba metināmība un formējamība augstās temperatūrās. Tomēr to augstais termiskās izplešanās koeficients attiecībā pret oglekļa tēraudu ir jāņem vērā sistēmas projektēšanā, lai pārvaldītu termisko spriegumu.
Nokrišņi{0}}Cietinošie (PH) sakausējumi (piemēram, Inconel® 718, UNS N07718) ir specializēta ceturtā kategorija. Tos stiprina "un" nogulsnes, kas veidojas novecošanas termiskās apstrādes laikā (pēc izgatavošanas), nodrošinot izcilu izturību līdz ~650 grādiem (1200 grādiem F) kosmosa un augsta spiediena naftas un gāzes lietojumiem. Ražošanai visa metināšana un formēšana jāveic mīkstā, šķīdumā atkvēlinātā stāvoklī, kam seko galīgā novecošanas apstrāde.
2. Naftas un gāzes nozarē, kādām konkrētām pakalpojumu vidēm ir nepietiekamas pretkorozijas{1}}noturīgo sakausējumu (CRA) caurules, piemēram, dupleksais/superdupleksais nerūsējošais tērauds, tādēļ ir obligāti jāizmanto cietā-šķīduma niķeļa sakausējumi, piemēram, Alloy 825 (Incoloy 825)25 (Incoloy 825)25.
Pāreju no uzlabotiem nerūsējošajiem tēraudiem uz niķeļa sakausējuma caurulēm veicina specifiski, spēcīgi korozijas mehānismi, kuros nerūsējošā tērauda pasīvā plēve sabojājas. Galvenie sliekšņi ietver:
1. Hlorīda koncentrācija un temperatūra:
Slieksnis: lai gan superduplekss (piemēram, UNS S32750) labi iztur hlorīdus, katrai hlorīda koncentrācijai ir kritiskā punktveida temperatūra (CPT) un kritiskā plaisas temperatūra (CCT). Karstos, koncentrētos sālījumos (piem., dziļās, augsta spiediena/augstas temperatūras (HPHT) akās vai jūras ūdens iesmidzināšanas sistēmās) šīs temperatūras var tikt pārsniegtas.
Nickel Alloy Solution: Alloys like 625 (N06625) and C-276 (N10276) have vastly higher CPT/CCT values due to their high molybdenum content (>8% and >attiecīgi 15%, nodrošinot drošu rezervi pret punktveida koroziju un plaisu koroziju, ja dupleksais tērauds sabojājas.
2. Elementārā sēra klātbūtne un augsts H₂S daļējais spiediens:
Slieksnis: Duplekso tēraudu pamatā ir hroma oksīda plēve. Vidēs ar elementāru sēru un ļoti augstu H₂S daļējo spiedienu šī plēve var tikt bojāta, izraisot smagu vispārēju un lokālu koroziju.
Niķeļa sakausējuma šķīdums: Niķeļa sakausējumi, īpaši sakausējums 825 (N08825), demonstrē izcilu izturību. To niķeļa saturs stabilizē pasīvo plēvi šajos ļoti reducējošajos, skābajos apstākļos, padarot tos par standartu urbumu caurulēm un cauruļvadiem stipra skābuma laukos ar sēra nogulsnēšanos.
3. Spēcīgas reducējošās skābes (HCl, H2SO4) iepriekšējā apstrādē:
Slieksnis: nerūsējošais tērauds nepiedāvā praktisku izturību pret ne{0}}oksidējošām skābēm, piemēram, sālsskābi (HCl), ko izmanto skābes stimulēšanai vai urbumu šķidrumos.
Niķeļa sakausējuma šķīdums: Hastelloy B-2/B-3 (N10665/N10675) ir īpaši izstrādāti karsta, koncentrēta HCl apkalpošanai. Mazāk smagiem, bet joprojām sarežģītiem skābju maisījumiem var norādīt sakausējumu 825 vai 625 cauruļvadiem skābās gāzes noņemšanas vienībās vai ražotās šķidruma līnijās.
4. Kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšana (SCC):
Slieksnis: Dupleksais un austenīta nerūsējošais tērauds ir jutīgs pret plaisāšanu karstos, koncentrētos kodīgos (NaOH/KOH) šķīdumos.
Niķeļa sakausējuma šķīdums: Niķeļa 200/201 (N02200/N02201) caurules ir praktiski imūnas pret kodīgu SCC un ir standarta materiāls kodīgo iztvaicētāju un apstrādes sistēmām naftas pārstrādes rūpnīcās un naftas ķīmijas rūpnīcās.
Rezumējot, niķeļa sakausējuma caurules ir obligātas, ja apkalpošanas vidē augsts hlorīda saturs ir apvienots ar augstu temperatūru, elementāra sēra klātbūtni, stiprām neoksidējošām skābēm vai karstiem kodīgiem{1}}apstākļiem, kas pārspēj pat vismodernāko nerūsējošā tērauda aizsargmehānismu.
3. Kāpēc inženieris varētu izvēlēties sakausējumu 800H (UNS N08810) augsta spiediena-ūdeņraža apkalpes caurulei naftas rafinēšanas hidrokrekingā, nevis citus augstas -temperatūras sakausējumus, un kāds konkrēts ilgtermiņa-degradācijas mehānisms ir jāpārvalda, izmantojot pareizu termisko apstrādi un dizainu?
Augstas-temperatūras un augsta spiediena{1}}ūdeņraža ekspluatācijā (piem., hidrokrekinga uzpildes/izplūdes līnijās, reformatora kolektoros) dominējošie atteices mehānismi ir ūdeņraža uzbrukums un šļūdes pārrāvums. Sakausējums 800H bieži vien ir optimāls veiktspējas, izgatavojamības un izmaksu līdzsvars.
Kāpēc tiek izvēlēts Alloy 800H:
Mikrostrukturālā stabilitāte: tā līdzsvarotais sastāvs (Fe-Ni-Cr ar alumīnija un titāna piedevām) veicina stabilu, smalki izkliedētu intragranulāru karbīdu (galvenokārt TiC) veidošanos obligātās šķīduma atkausēšanas un stabilizācijas termiskās apstrādes laikā (parasti 1150 grādi, kam seko grādi 900 temperatūrā). Šie spēcīgie karbīdi "piestiprina" graudu robežas, kavē graudu augšanu un nodrošina ilgtermiņa struktūras stabilitāti.
Izturība pret ūdeņraža iedarbību: stabilizētie karbīdi ir izturīgāki pret reakciju ar izkliedējošu ūdeņradi augstās temperatūrās (process, kurā veidojas metāna burbuļi, izraisot dekarburizāciju, plaisāšanu un stiprības zudumu, kas pazīstams kā Nelsona līknes fenomens) nekā standarta austenīta nerūsējošā tērauda hroma karbīdi. Tas ļauj 800H izmantot augstākās temperatūrās un ūdeņraža daļējā spiedienā nekā daudzas alternatīvas.
Lieliska šļūdes izturība: tā noteiktais minimālais oglekļa saturs (0,05-0,10%) un stabilizēšanas apstrāde nodrošina izcilas šļūdes un sprieguma-plīšanas īpašības salīdzinājumā ar standarta Alloy 800, padarot to piemērotu spiediena robežcauruļvadiem temperatūrā no 600 grādi līdz 750 grādiem (1110 °F līdz 13 °F).
Kritiskais ilgtermiņa{0}}degradācijas mehānisms: Carburization.
Lai gan ūdeņraža uzbrukums tiek mazināts, karstā ogļūdeņraža{0}}ūdeņraža procesa plūsma var izraisīt pārogļošanos. Ogleklis no procesa gāzes izkliedējas sakausējumā, veidojot pārmērīgu hroma karbīdu daudzumu dziļi sienā. Šis:
Noārda hromu no matricas virsmas tuvumā, samazinot oksidācijas pretestību.
Izraisa ievērojamu tilpuma pietūkumu un trauslumu, izraisot paaugstinātu cietību, elastības zudumu un iespējamu plaisāšanu termiskā cikla laikā.
Pārvaldības stratēģija: sakausējumam raksturīgais augstais niķeļa saturs nodrošina dabisku izturību pret oglekļa difūziju. Dizaina stratēģijas ietver:
Caurules darbības nodrošināšana ar nepārtrauktu, aizsargājošu oksīda skalu.
Procesa traucējumu kontrole, kas var izjaukt šo mērogu.
Ārkārtējos gadījumos, izmantojot difūzijas aluminīda pārklājumu uz caurules iekšējās virsmas, lai izveidotu vēl stabilāku barjeru.
4. Kādas ir galvenās atšķirības ražošanas procesā, iegūtajā mikrostruktūrā un tipiskajos pārbaudes standartos starp bezšuvju (ASTM B167/B829) un metinātām (ASTM B775/B829) niķeļa sakausējuma caurulēm, un kā tas ietekmē to izvēli konkrētam spiediena pakalpojumam?
Ražošanas ceļš nosaka caurules integritāti, izmaksu struktūru un piemērotību lietošanai.
| Aspekts | Bezšuvju caurule (piemēram, ASTM B167 UNS N06600) | Metināta caurule (piemēram, ASTM B775 UNS N06600) |
|---|---|---|
| Ražošanas process | Cietā sagatave tiek caurdurta, presēta un karsti{0}}velmēta. Var būt auksti-novilkta līdz galīgajam izmēram. Nav garenvirziena metinājuma. | Plāksne vai spole tiek veidota cilindrā (izmantojot UOE vai ruļļu formēšanu) un gareniski metināta, izmantojot automātisko orbitālo GTAW (TIG). |
| Iegūtā mikrostruktūra | Vienota, izotropiska graudu plūsma pa apkārtmēru. Korpusā nav metinājuma saplūšanas zonas vai HAZ. Graudu izmēru var kontrolēt, izmantojot termomehānisko apstrādi. | Parastam metālam ir velmēta struktūra. Metināšanas zonai ir izteikta liešanas mikrostruktūra ar iespējamu nelielu segregāciju. Metināšana un HAZ ir nepārtrauktas, pilna garuma funkcijas. |
| Tipiska pārbaude | Ultraskaņas pārbaude (UT) atbilstoši ASTM E213 garenvirziena un šķērsvirziena defektiem. Hidrostatiskais tests pēc specifikācijas. | 100% garenmetinājuma radiogrāfiskā pārbaude (RT) atbilstoši ASTM E94/E1032. Bieži tiek papildināts ar metinājuma šuves automatizēto UT (phased Array). Hidrostatiskais tests. |
| Ietekme uz atlasi | Noklusējums augsts{0}}spiedienam, lielam-spriegumam, cikliskam pakalpojumam: urbuma caurules, urbuma galviņas komponenti, augstspiediena reaktora cauruļvadi, tvaika cauruļvadi. Metināšanas šuves trūkums novērš noguruma vai korozijas, visticamāk, sākuma vietu. | Izmaksu{0}}efektīva lieliem diametriem, plānām sienām, mērenam spiedienam: procesa cauruļvadi, ventilācijas līnijas, cauruļvadi, apvalka-un-cauruļu siltummaiņa apvalki. Nodrošina izcilu kvalitāti, taču metinātā šuve joprojām ir potenciāls lokalizēts elements, kam nepieciešama pārbaude, un korozijas gadījumā tā var būt pirmā vieta, kas sabojājas. |
Galvenie lēmumu virzītāji:
Pressure & Stress: ASME B31.3 design rules allow both, but seamless is preferred for high pressure (>1000 psi) vai liela cikliskā noguruma lietojumiem.
Diametrs un sienas biezums: bezšuvju ir ekonomisks mazākam diametram (<16") and heavier walls. Welded is the only practical option for large diameters (>24").
Korozijas serviss: Vienmērīgi agresīviem materiāliem abi darbojas labi, ja metināšana ir pareizi izgatavota un atkvēlināta. Pakalpojumiem, kuriem ir nosliece uz plaisu koroziju, bezšuvju caurules ideāli gluds ID var būt izdevīgs, lai gan metināto cauruli var iekšēji apstrādāt vai elektropulēt.
5. Instalējot niķeļa sakausējuma (piem., sakausējuma 625) cauruļvadu sistēmu skābiem pakalpojumiem, kādas ir trīs vissvarīgākās lauka metināšanas un apstrādes metodes, lai nodrošinātu, ka uzbūvētā sistēma saglabā sakausējuma noteiktās korozijas un mehāniskās īpašības?
Lauku prakse uzlabo vai sabojā augstākās kvalitātes niķeļa sakausējuma sistēmas veiktspēju. Trīs pīlāri ir tīrība, termiskā kontrole un pasīvā plēves saglabāšana.
1. Ķirurģiskā-līmeņa tīrība un piesārņojuma kontrole:
Pamatojums: niķeļa sakausējumi ir ļoti jutīgi pret piesārņojumu ar sēru, fosforu, svinu un metāliem ar zemu -kušanas punktu-. Šie elementi, ko ievada instrumenti, marķēšanas pildspalvas, pacelšanas stropes vai veikalu netīrumi, var izraisīt metinājuma sacietēšanas plaisāšanu un katastrofālu HAZ izturības pret koroziju zudumu.
Prakses:
Speciālie instrumenti: izmantojiet nerūsējošā tērauda stiepļu sukas un slīpripas, kas paredzētas tikai niķeļa sakausējumiem. Atzīmējiet tos skaidri.
Šuvju sagatavošana: tieši pirms metināšanas noslaukiet visas slīpās malas un blakus esošās virsmas ar acetonu vai ieteiktu hloru nesaturošu{0}}šķīdinātāju.
Materiālu atdalīšana: uzglabājiet leģētās caurules atsevišķi no oglekļa tērauda. Izmantojiet koka vai plastmasas gultiņu, nevis tērauda ķēdes.
2. Stingra siltuma ievades un caurlaides temperatūras kontrole:
Pamatojums: pārmērīga siltuma padeve var izraisīt:
Graudu augšana HAZ, samazinot stingrību.
Sensibilizācija noteiktos sakausējumos (karbīdu/nitrīdu nogulsnēšanās pie graudu robežām).
Izkropļojumi un augsts atlikušais spriegums.
Prakses:
Process: izmantojiet GTAW (TIG) saknes un karstajām pārejām. SMAW ar kontrolētiem-ķīmijas elektrodiem (piem., ENiCrMo-3 625) var izmantot uzpildīšanai/aizveršanai.
Parametri: ievērojiet kvalificētu WPS. Izmantojiet stīgu krelles, nevis pinumus.
Temperatūras uzraudzība: Stingri ievērojiet maksimālo starpplūsmas temperatūru 100 grādi (212 °F), izmantojot temperatūras stieņus vai IR pistoles.
3. Pareiza muguras attīrīšana un pēc-metināšanas virsmas apstrāde:
Pamatojums:
Muguras attīrīšana: novērš sakņu lodītes oksidāciju ("cukurošanu"). Oksidētai saknei ir ievērojami samazināta izturība pret koroziju, un tā ir garantēta atteices vieta.
Pēc-metināšanas: karstuma nokrāsa (oksīda skala) uz metināšanas vāciņa un HAZ ir izsmēlusi hromu-, un tā ir jānoņem, lai atjaunotu pasivitāti.
Prakses:
Attīrīšana: izmantojiet 100% argona pamatgāzi ar attīrīšanas aizsprostiem. Pārbaudiet skābekļa saturu<0.1% with a meter before welding.
Tīrīšana: Noņemiet visus metināšanas izdedžus un šļakatas.
Pasivēšana: noņemiet visu karstuma nokrāsu, izmantojot niķeļa-sakausējuma-specifisku kodināšanas pastu/želeju (uz slāpekļ-fluorūdeņražskābes bāzes). Tas nav-runājams attiecībā uz korozijas servisu. Pēc tam rūpīgi noskalojiet ar ūdeni.
