Was sind die kritischen Schweißanforderungen für Incoloy 832- und Incoloy 890-Rohre?

1. F: Was sind die grundlegenden Unterschiede in Zusammensetzung und Eigenschaften zwischen Incoloy 832- und Incoloy 890-Rohren?

A:Incoloy 832 und Incoloy 890 sind beides hochleistungsfähige austenitische Legierungen, die für sulfidierende und oxidierende Hochtemperaturumgebungen entwickelt wurden. Sie unterscheiden sich jedoch im Chrom-, Silizium- und Nickelgehalt, was sich auf ihre Leistungsbereiche auswirkt.

Incoloy 832 (UNS N08832)ist eine modifizierte austenitische Legierung mit hohem -Chrom- und Siliziumgehalt-, die speziell für stark sulfidierende Umgebungen entwickelt wurde. Seine nominale Zusammensetzung beträgt 30–35 % Nickel, 26–30 % Chrom, 0,5–1,5 % Molybdän, 1,5–2,5 % Silizium, 0,5–1,0 % Mangan, 0,02–0,06 % Kohlenstoff und der Rest Eisen. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind der sehr hohe Chromgehalt (26–30 %, höher als bei Incoloy 890 25–28 %) und der erhöhte Siliziumgehalt (1,5–2,5 %, deutlich höher als 890 0,3–0,8 %). Diese Kombination bietet eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen Sulfidierung (Schwefelangriff) bei hohen Temperaturen. Der hohe Siliziumgehalt fördert die Bildung einer schützenden Siliciumdioxid-Unterschicht (SiO₂) unter der Chromoxid-/Sulfidschicht. Incoloy 832 ist eine feste -lösungsverfestigte Lösung ohne absichtliche Ausfällungszusätze-. Die typische Streckgrenze beträgt 30–45 ksi (207–310 MPa) bei Raumtemperatur, mit einer nutzbaren Kriechfestigkeit bis etwa 1800 Grad F (982 Grad).

Incoloy 890 (UNS N08890)ist eine Eisen-Nickel-Chromlegierung, die auch für sulfidierende und oxidierende Umgebungen mit hohen-Temperaturen entwickelt wurde. Seine nominale Zusammensetzung beträgt 32–35 % Nickel, 25–28 % Chrom, 0,5–1,5 % Molybdän, 0,3–0,8 % Silizium, 0,5–1,0 % Mangan, 0,02–0,06 % Kohlenstoff und der Rest Eisen. Im Vergleich zu Incoloy 832 hat Incoloy 890 einen etwas geringeren Chromgehalt (25–28 % gegenüber . 26–30 %) und einen deutlich geringeren Siliziumgehalt (0,3–0,8 % gegenüber . 1.5–2,5 %). Der geringere Siliziumgehalt erleichtert die Herstellung und das Schweißen von Incoloy 890, da ein hoher Siliziumgehalt die Bildung einer spröden Sigma-Phase fördern und die Schweißbarkeit verringern kann. Allerdings bedeutet der geringere Siliziumgehalt auch eine etwas geringere Sulfidierungsbeständigkeit in den aggressivsten Umgebungen. Incoloy 890 ist auch fest-lösungsverfestigt mit einer typischen Streckgrenze von 30–45 ksi (207–310 MPa).

Metallurgische Implikationen:Incoloy 832 bietet aufgrund seines höheren Chrom- und Siliziumgehalts eine überlegene Sulfidierungsbeständigkeit, allerdings auf Kosten einer verringerten Schweißbarkeit und der Möglichkeit der Bildung einer spröden Phase bei langfristiger Einwirkung hoher Temperaturen. Incoloy 890 bietet ein Gleichgewicht aus guter Sulfidierungsbeständigkeit, ausgezeichneter Oxidationsbeständigkeit und besserer Verarbeitbarkeit. Für die stark sulfidierenden Umgebungen (z. B. Rohölheizungen mit hohem Schwefelgehalt, kohlebefeuerte Kessel mit Brennern mit niedrigem NOx-Gehalt) wird Incoloy 832 bevorzugt. Für den allgemeinen Heizbetrieb in Raffinerien, bei denen die Sulfidierung mäßig ist und die Schweißbarkeit wichtig ist, wird häufig Incoloy 890 ausgewählt.

Zwischen ihnen wählen:Wenn die Anwendung beinhaltetextreme sulfidation with high sulfur content (>3 % im Kraftstoff) und Temperaturen über 1600 Grad F (871 Grad)Wählen Sie Incoloy 832. Wenn die Anwendung dies erfordertmäßige bis starke Sulfidierung mit guten VerarbeitbarkeitsanforderungenWählen Sie Incoloy 890.

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2. F: Welche Industriestandards und Spezifikationen gelten für nahtlose Rohre aus Incoloy 832 und Incoloy 890?

A:Für diese beiden Legierungen gelten ähnliche Spezifikationsrahmen, aber Incoloy 832 ist weniger standardisiert und erfordert häufig käuferspezifische Spezifikationen.

Für nahtlose Rohre aus Incoloy 832:

Es gibt keine spezielle ASTM-Rohrspezifikation.Incoloy 832 ist eine proprietäre oder halbstandardisierte Sorte. Rohre werden in der Regel nach vom Käufer entwickelten Spezifikationen hergestellt, die sich auf ASTM B407 (für Nickel--Eisen--Chromlegierungen) beziehen, mit zusätzlichen Anforderungen an die Chemie (höheres Cr und Si) und die Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen.

ASTM B407 / ASME SB407– Wird als Basisspezifikation verwendet, mit modifizierter Chemie, um die Anforderungen von Incoloy 832 zu erfüllen.

ASME-Code-Fall– Es gibt einige Codefälle für Legierungen mit ähnlichem -Siliziumgehalt; Käufer sollten sich hinsichtlich der Einhaltung des Kodex an das Werk wenden.

API 938-C– Das American Petroleum Institute hat eine Vorgehensweise zur Sulfidierungsbeständigkeit empfohlen, die auch Leitlinien zu Legierungen wie Incoloy 832 enthält.

Für nahtlose Rohre aus Incoloy 890:

ASTM B407 / ASME SB407– Standardspezifikation für nahtlose Rohre aus Nickel-Eisen-Chrom-Legierung. Dies ist die primäre Spezifikation für UNS N08890.

ASTM B163 / ASME SB163– Nahtlose Kondensator- und Wärmetauscherrohre, die häufig für 890-Rohre in Hochtemperatur-Wärmetauschern verwendet werden.

ASME-Code Case 2588– Ermöglicht die Verwendung von Incoloy 890 (UNS N08890) im ASME Boiler and Pressure Vessel Code-Bau für den Einsatz bis zu 1800 Grad F (982 Grad) in sulfidierenden Umgebungen.

API 938-C– Bietet Hinweise zur Verwendung von Incoloy 890 und ähnlichen Legierungen für Raffinerie-Heizungskomponenten.

Überlegungen zur Beschaffung:Nahtlose Rohre aus Incoloy 832 sind ein Spezialprodukt mit sehr begrenzten Mühlenquellen. Käufer müssen mit längeren Vorlaufzeiten rechnen (16–24 Wochen) und sollten eng mit dem Werk zusammenarbeiten, um eine Beschaffungsspezifikation festzulegen. Die chemische Analyse muss den Siliziumgehalt (1,5–2,5 %) und den Chromgehalt (26–30 %) bestätigen. Incoloy 890 ist im Handel erhältlicher, allerdings immer noch eine Spezialsorte mit Lieferzeiten von 12–20 Wochen. Für beide Legierungen können für kritische Anwendungen Zug- und Kriechtests bei erhöhter Temperatur erforderlich sein.

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3. F: Warum werden nahtlose Rohre aus Incoloy 832 für extreme Sulfidierungsumgebungen in Raffinerien und Kraftwerken bevorzugt?

A:Nahtlose Rohre aus Incoloy 832 haben sich für die schwersten Sulfidierungsumgebungen einen Namen gemacht, in denen selbst Incoloy 890- und 310H-Edelstahl inakzeptable Korrosionsraten aufweisen. Drei spezifische Merkmale erklären seine Überlegenheit.

Erstens außergewöhnliche Sulfidierungsbeständigkeit durch hohen Chrom- und Siliziumgehalt.Sulfidierung ist eine Form der Hochtemperaturkorrosion, bei der Schwefel mit Metall unter Bildung von Sulfiden mit niedrigem Schmelzpunkt reagiert. Der Schlüssel zur Resistenz ist die Bildung einer schützenden, langsam-wachsenden Sulfid- oder Oxidschicht. Incoloy 832 enthält 26–30 % Chrom (gegenüber . 25–28 % für 890 und 24–26 % für 310H) und 1,5–2,5 % Silizium (gegenüber . 0.3–0,8 % für 890). Der hohe Chromgehalt fördert die Bildung einer chromreichen Sulfid-/Oxidschicht. Der hohe Siliziumgehalt fördert die Bildung einer kontinuierlichen, amorphen Siliziumoxidschicht (SiO₂) unter der Chromschicht. Diese Silicaschicht ist außergewöhnlich stabil und fungiert als Diffusionsbarriere gegen Schwefel. In Labortests, die die Bedingungen von Raffinerieheizungen simulieren (1400–1600 Grad F / 760–871 Grad, 2–4 % Schwefel im Kraftstoff), weist Incoloy 832 Sulfidierungsraten von 0,001–0,003 Zoll pro Jahr (ipy) auf, verglichen mit 0,005–0,010 ipy für Incoloy 890 und 0,020–0,050 ipy für 310H.

Zweitens Beständigkeit gegen Sulfidierung und Oxidation.Viele sulfidierungsbeständige Legierungen (z. B. solche mit sehr hohem Siliziumgehalt) können in Umgebungen, die zwischen reduzierenden (sulfidierenden) und oxidierenden Bedingungen schwanken, anfällig für Oxidation sein. Der hohe Chromgehalt (26–30 %) von Incoloy 832 sorgt für eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit und bildet eine schützende Cr₂O₃-Ablagerung, wenn die Umgebung oxidiert. Diese doppelte Fähigkeit ist bei Raffinerieheizungen von entscheidender Bedeutung, wo Flammeneinwirkung, Lufteintritt oder Prozessstörungen zu Schwankungen der Atmosphäre führen können. Die Legierung behält den Schutz unter beiden Bedingungen bei.

Drittens gute Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen.Obwohl es sich nicht um eine ausscheidungshärtende Legierung handelt, erreicht Incoloy 832 eine nützliche Kriechfestigkeit durch Mischkristallverfestigung aus Chrom, Silizium und Molybdän. Die 100.000 -Stunden-Zeitstandfestigkeit bei 1600 Grad F (871 Grad) beträgt ungefähr 1,5–2,5 ksi (10–17 MPa), vergleichbar mit 310H und ausreichend für die meisten Raffinerie-Heizrohranwendungen, bei denen die Ringspannungen relativ niedrig sind (typischerweise 0,5–1,5 ksi).

Vergleichende Fehlermodi:In einem Rohölheizrohr, das 3,5 % schwefelhaltiges Rohöl bei 1550 °F (843 °F) und einem Innendruck von 500 psig verarbeitet:

Edelstahl 310H: Sulfidierungsrate 0,030 ipy, Röhrenlebensdauer ca. 3–4 Jahre

Incoloy 890: Sulfidierungsrate 0,008 ipy, Rohrlebensdauer ca. 10–12 Jahre

Incoloy 832: Sulfidierungsrate 0,002 ipy, Rohrlebensdauer über 20 Jahre

Typische Anwendungen:Raffinerie-Rohölerhitzerrohre (Rohölservice mit hohem-Schwefelgehalt), Delayed-Coker-Erhitzerrohre, Vakuumerhitzerrohre, kohlebefeuerte Kesselüberhitzer und Zwischenüberhitzerrohre (Brenner mit niedrigem-NOx-Gehalt erzeugen Sulfidierungsbedingungen), Schwarzlaugenrückgewinnungskesselkomponenten in Zellstofffabriken und Kesselrohre für Müllverbrennungsanlagen (hoher Schwefelgehalt aus Kunststoff- und Gummiabfällen).

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4. F: Warum werden nahtlose Incoloy 890-Rohre häufig gegenüber höher{{2}Legierungsoptionen für Raffinerieheizungen ausgewählt?

A:Nahtlose Rohre aus Incoloy 890 nehmen einen „Sweet Spot“ bei Heizanwendungen in Raffinerien ein.-Sie bieten eine deutlich bessere Sulfidierungsbeständigkeit als Standard-Edelstahl 310H und bieten gleichzeitig eine bessere Verarbeitbarkeit und geringere Kosten als höherwertige {{3}Siliziumlegierungen wie Incoloy 832. Drei Faktoren erklären die weitverbreitete Akzeptanz.

Erstens ein optimiertes Gleichgewicht zwischen Sulfidierungsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit.Incoloy 890 bietet mit 25–28 % Chrom und 0,3–0,8 % Silizium eine erhebliche Sulfidierungsbeständigkeit im Vergleich zu 310H (24–26 % Cr, 0,3–0,5 % Si typisch). Die Verbesserung ist erheblich-typischerweise eine 50–70-prozentige Verringerung der Sulfidierungsrate. Der Siliziumgehalt wird jedoch unter 1 % gehalten, um die Schweiß- und Herstellungsschwierigkeiten zu vermeiden, die mit Legierungen mit hohem --Siliziumgehalt verbunden sind. Legierungen mit hohem -Siliziumgehalt (über 1,5 % Si) können beim Schweißen oder im Langzeitbetrieb eine spröde Sigma-Phase bilden und sind anfälliger für Heißrisse. Incoloy 890 kann mit Standardverfahren mit ER310-Zusatzwerkstoff geschweißt werden, ohne dass eine spezielle Vorwärmung oder Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich ist. Dies macht es sowohl für die Mühlenproduktion als auch für Feldreparaturen praktisch.

Zweitens bewährte Leistung in einer Vielzahl von Raffinerieumgebungen.Incoloy 890 verfügt über jahrzehntelange praktische Erfahrung mit Rohölerhitzern, Vakuumerhitzern, Kokererhitzern und Reformererhitzern. Es funktioniert zuverlässig über einen Bereich von Schwefelgehalten (0,5–3,0 %), Temperaturen (1200–1650 °F / 649–899 °F) und Temperaturwechselbedingungen. Diese umfangreiche Erfolgsbilanz gibt den Raffinerieingenieuren Sicherheit bei der Spezifikation der Legierung. Im Gegensatz dazu haben Legierungen mit höherem -Silizium wie Incoloy 832 eine begrenztere Felderfahrung und sind normalerweise den extremsten Bedingungen vorbehalten.

Drittens: Kosteneffizienz im Vergleich zu Superlegierungen auf Nickelbasis-.In Umgebungen mit starker Sulfidierung könnten einige Ingenieure solide Legierungen auf Nickelbasis- wie Inconel 600 oder Incoloy 800H in Betracht ziehen. Allerdings haben diese Legierungen ihre eigenen Sulfidierungsprobleme. {{4}Legierungen mit hohem-Nickelgehalt können Nickelsulfide mit niedrigem-Schmelz-punkt (Ni₃S₂, Schmelzpunkt 1179 Grad F / 637 Grad) bilden, die eine katastrophale Flüssigphasensulfidierung verursachen. Incoloy 890 mit seinem ausgewogenen Nickelgehalt (32–35 %) vermeidet dieses Problem und bietet gleichzeitig eine hervorragende Sulfidierungsbeständigkeit zu geringeren Kosten als Legierungen auf Nickel--Basis. Die Legierungskosten von Incoloy 890 betragen normalerweise das Zwei- bis Dreifache von denen von 310H, aber nur das 0,6- bis 0,8-fache von denen von massiven Nickellegierungen, was es zu einem wirtschaftlichen Upgrade macht.

Leistungsvergleich im typischen Raffinerieheizungsbetrieb (1500 °F / 816 °F, 2 % Schwefelbrennstoff):

Typische Anwendungen:Strahlungsabschnitte für Rohöl- und Vakuumerhitzer in der Raffinerie, Heizrohre für Delayed Coker, Pigtails und Verteiler für Reformerheizer, Wärmetauscher für die Zufuhr von Hydrotreater (Hochtemperaturseite) und Überhitzerrohre für kohlebefeuerte Kraftwerke (moderate Sulfidierung).

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5. F: Was sind die kritischen Schweißanforderungen für Rohre aus Incoloy 832 im Vergleich zu Rohren aus Incoloy 890?

A:Beim Schweißen von Incoloy 832 und Incoloy 890 müssen unterschiedliche Probleme beachtet werden: Der hohe Siliziumgehalt von Incoloy 832 führt zu Heißrissen und der Gefahr von Sigmaphasen, während Incoloy 890 fehlerverzeihender ist, aber dennoch eine angemessene Technik erfordert.

Für Incoloy 832-Rohre (hoher Silizium- und hoher Chromgehalt):

Hohe Gefahr von Heißrissbildung und Sigmaphasenbildung.Der Siliziumgehalt von 1,5–2,5 % wirkt sich zwar positiv auf die Sulfidierungsbeständigkeit aus, stellt jedoch erhebliche Herausforderungen beim Schweißen dar. Silizium senkt den Schmelzpunkt von Korngrenzenfilmen und erhöht so die Anfälligkeit für Heißrisse. Zu den Vorsichtsmaßnahmen gehören:

Geringe Wärmeeinbringung:Maximale Zwischenlagentemperatur: 250 Grad F (121 Grad). Die Wärmezufuhr ist auf 15–30 kJ/Zoll (6–12 kJ/cm) begrenzt. Verwenden Sie nur Stringer-Perlen-keine Weberei.

Sauberkeit ist entscheidend:Schwefel-, Phosphor- und Kupferverunreinigungen durch Schneidflüssigkeiten, Markierungsstifte oder Handhabungswerkzeuge erhöhen das Rissrisiko erheblich. Verwenden Sie spezielle Edelstahlbürsten und Schleifscheiben.

Vorheizen:Normalerweise nicht erforderlich, aber eine mäßige Vorwärmung auf 93–149 Grad (200–300 Grad F) kann Wärmegradienten und das Risiko von Rissen verringern.

Zurückhaltung:Minimieren Sie die Schweißnahtbeschränkung. Nutzen Sie Passungsabstände und ermöglichen Sie eine freie Bewegung der Baugruppe.

Auswahl des Zusatzwerkstoffes:VerwendenER310oderER309Edelstahlfüller. Für die bestmögliche SulfidierungsbeständigkeitER310(25–28 % Cr) wird bevorzugt. Es gibt einige spezielle Füllstoffe mit hohem -Siliziumgehalt, die jedoch selten erhältlich sind. Verwenden Sie niemals niedriglegierte Füllstoffe oder Füllstoffe auf Nickelbasis-mit niedrigem Chromgehalt.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen (im Allgemeinen nicht empfohlen):Lösungsglühen bei 1950–2050 Grad F (1066–1121 Grad) würde die Duktilität wiederherstellen, ist jedoch für das Feldschweißen unpraktisch und kann zu Verformungen führen. Die meisten Incoloy 832-Komponenten werden im geschweißten Zustand verwendet, was eine gewisse Verringerung der Duktilität in Kauf nimmt.

Für Incoloy 890-Rohre (mäßiges Silizium):

Gute Schweißbarkeit mit üblichen Vorsichtsmaßnahmen.Aufgrund des geringeren Siliziumgehalts (0,3–0,8 %) ist Incoloy 890 wesentlich einfacher zu schweißen als Incoloy 832. Es gelten die üblichen Schweißverfahren für austenitischen Edelstahl.

Auswahl des Zusatzwerkstoffes:VerwendenER310als bevorzugter Füllstoff.ER309ist für weniger anspruchsvollen Einsatz akzeptabel. Für eine optimale Sulfidierungsbeständigkeit sollte der Füllstoff zum hohen Chromgehalt (25–28 %) des Grundmetalls passen.

Steuerung der Wärmezufuhr:Maximale Zwischenlagentemperatur: 300 Grad F (149 Grad). Die Wärmezufuhr ist auf 25–45 kJ/Zoll (10–18 kJ/cm) begrenzt. Ein höherer Wärmeeintrag kann zur Ausfällung von Chromkarbid an den Korngrenzen (Sensibilisierung) führen, was die Sulfidierungsbeständigkeit verringern kann, aber weniger kritisch ist als bei wässrigen Korrosionsanwendungen.

Reinigung vor dem-Schweißen:Mit Aceton oder einer speziellen Edelstahlbürste reinigen. Entfernen Sie alle Verunreinigungen aus Kohlenstoffstahl, um eine Oberflächenbeeinträchtigung während des Einsatzes bei hohen Temperaturen zu verhindern.

Wärmebehandlung nach dem Schweißen (nicht erforderlich):Incoloy 890 wird im geschweißten Zustand verwendet. Ein Lösungsglühen nach dem Schweißen würde die maximale Sulfidierungsbeständigkeit wiederherstellen, ist jedoch unpraktisch und wird selten spezifiziert.

Kritische Warnungen:

Für Incoloy 832:Diese Legierung ist unversöhnlich. Schweißen Sie nur mit qualifizierten Verfahren. Vermeiden Sie jegliche Schwefelverunreinigungen-Selbst Rückstände von Markierstiften können zu Rissen führen. Erwägen Sie alternative Verbindungsmethoden (z. B. Schweißen mit ER310 mit anschließender Spannungsentlastung) für kritische Komponenten. Einige Hersteller verlangen aufgrund der Rissgefahr eine 100-prozentige Röntgenprüfung aller Schweißnähte.

Für Incoloy 890:Verwenden Sie keine Füllstoffe mit niedrigem -Chromgehalt (308L, 316L)-, da diese ein schwaches Glied für den Sulfidierungsangriff darstellen. Verwenden Sie keine übermäßige Wärmezufuhr,-da dies die von der Hitze betroffene Zone sensibilisiert-und die Korrosionsbeständigkeit verringert. Obwohl es fehlerverzeihender ist als 832, ist die richtige Technik dennoch wichtig.

Qualifikationsvoraussetzungen:

Für beide Legierungen im Hochtemperatur-Sulfidierungsbetrieb sollte die Qualifizierung des Schweißverfahrens Tests bei erhöhter Temperatur umfassen. Obwohl es keinen standardisierten kodifizierten Test gibt, verlangen viele Raffineriebetreiber Folgendes:

Querschnittsmikroskopie, um zu überprüfen, ob Heißrisse oder Sigma-Phasen vorliegen

Härteprüfung (normalerweise kleiner oder gleich 95 HRB oder gleichwertig)

Optional: Einwirkung eines simulierten Prozessgases bei Temperatur, um sicherzustellen, dass die Schweißzone nicht zu einem bevorzugten Angriffsort wird

Vergleichstabelle: