Quais são os requisitos críticos de soldagem para tubos Incoloy 832 versus Incoloy 890?

1. P: Quais são as diferenças fundamentais de composição e propriedades entre os tubos Incoloy 832 e Incoloy 890?

A:Incoloy 832 e Incoloy 890 são ligas austeníticas de alto-desempenho projetadas para ambientes de sulfetação e oxidação de alta-temperatura, mas diferem no teor de cromo, silício e níquel, o que afeta seus envelopes de desempenho.

Incoloy 832 (UNS N08832)é uma liga austenítica modificada com alto-cromo e silício-desenvolvida especificamente para ambientes com sulfetação severa. Sua composição nominal é 30–35% de níquel, 26–30% de cromo, 0,5–1,5% de molibdênio, 1,5–2,5% de silício, 0,5–1,0% de manganês, 0,02–0,06% de carbono e equilíbrio de ferro. As principais características distintivas são o alto teor de cromo (26–30%, superior ao Incoloy 890 25–28%) e o elevado teor de silício (1,5–2,5%, significativamente superior ao 890 0,3–0,8%). Esta combinação proporciona excepcional resistência à sulfetação (ataque de enxofre) em altas temperaturas. O alto teor de silício promove a formação de uma sub-camada protetora de sílica (SiO₂) abaixo da incrustação de óxido/sulfeto de cromo. O Incoloy 832 é uma solução sólida-reforçada sem precipitação intencional-adições de reforço. A resistência ao escoamento típica é de 30–45 ksi (207–310 MPa) à temperatura ambiente, com resistência à fluência útil de até aproximadamente 1800 graus F (982 graus).

Incoloy 890 (UNS N08890)é uma liga de ferro-níquel-cromo também projetada para ambientes de sulfetação e oxidação em alta-temperatura. Sua composição nominal é 32–35% de níquel, 25–28% de cromo, 0,5–1,5% de molibdênio, 0,3–0,8% de silício, 0,5–1,0% de manganês, 0,02–0,06% de carbono e equilíbrio de ferro. Comparado ao Incoloy 832, o Incoloy 890 tem cromo ligeiramente inferior (25–28% vs. 26–30%) e silício significativamente menor (0,3–0,8% vs. 1.5–2,5%). O menor teor de silício torna o Incoloy 890 mais fácil de fabricar e soldar, pois altos níveis de silício podem promover a formação de fase sigma frágil e reduzir a soldabilidade. No entanto, o menor teor de silício também significa uma resistência à sulfetação um pouco menor nos ambientes mais agressivos. O Incoloy 890 também é uma solução-sólida reforçada com limite de escoamento típico de 30–45 ksi (207–310 MPa).

Implicações metalúrgicas:Incoloy 832 oferece resistência superior à sulfetação devido ao seu alto teor de cromo e silício, mas ao custo de soldabilidade reduzida e potencial para formação de fase frágil durante exposição prolongada-a altas-temperaturas. Incoloy 890 oferece um equilíbrio entre boa resistência à sulfetação, excelente resistência à oxidação e melhor capacidade de fabricação. Para os ambientes de sulfetação mais severos (por exemplo, aquecedores de petróleo bruto com alto-enxofre, caldeiras-a carvão com queimadores com baixo-NOx), o Incoloy 832 é o preferido. Para serviços gerais de aquecedores de refinaria, onde a sulfetação é moderada e a soldabilidade é importante, o Incoloy 890 é frequentemente selecionado.

Selecionando entre eles:Se a aplicação envolverextreme sulfidation with high sulfur content (>3% em combustível) e temperaturas acima de 1600 graus F (871 graus), escolha Incoloy 832. Se a aplicação envolverSulfetação moderada a severa com bons requisitos de fabricação, escolha Incoloy 890.

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2. P: Quais padrões e especificações da indústria regem os tubos sem costura Incoloy 832 e Incoloy 890?

A:Essas duas ligas são cobertas por estruturas de especificações semelhantes, mas o Incoloy 832 é menos padronizado, muitas vezes exigindo especificações-específicas do comprador.

Para tubo sem costura Incoloy 832:

Não existe nenhuma especificação de tubo ASTM dedicada.Incoloy 832 é uma classe proprietária ou semi{1}}padrão. O tubo normalmente é produzido de acordo com especificações-desenvolvidas pelo comprador que fazem referência à ASTM B407 (para ligas de níquel-ferro-cromo) com requisitos complementares de química (Cr e Si mais elevados) e propriedades de-temperatura elevada.

ASTM B407/ASME SB407– Usado como especificação básica, com química modificada para atender aos requisitos do Incoloy 832.

Caso de código ASME– Existem alguns casos de código para ligas semelhantes com alto-silício; os compradores devem consultar a usina para conformidade com o Código.

API 938-C– Prática recomendada pelo American Petroleum Institute para resistência à sulfetação, que inclui orientação sobre ligas como Incoloy 832.

Para tubo sem costura Incoloy 890:

ASTM B407/ASME SB407– Especificação padrão para tubos de liga de níquel-ferro-cromo sem costura. Esta é a especificação principal para UNS N08890.

ASTM B163/ASME SB163– Condensadores sem costura e tubos trocadores de calor, frequentemente utilizados para tubos 890 em trocadores de calor-de alta temperatura.

Código ASME Caso 2588– Permite o uso de Incoloy 890 (UNS N08890) na construção de caldeiras e vasos de pressão ASME para serviços de até 1800 graus F (982 graus) em ambientes de sulfetação.

API 938-C– Fornece orientação sobre o uso de Incoloy 890 e ligas similares para componentes de aquecedores de refinarias.

Considerações sobre aquisição:O tubo sem costura Incoloy 832 é um produto especializado com fontes de moagem muito limitadas. Os compradores devem esperar prazos de entrega estendidos (16 a 24 semanas) e devem trabalhar em estreita colaboração com a usina para estabelecer uma especificação de aquisição. A análise química deve confirmar o teor de silício (1,5–2,5%) e de cromo (26–30%). O Incoloy 890 está mais disponível comercialmente, embora ainda seja um tipo especial com prazos de entrega de 12 a 20 semanas. Para ambas as ligas, testes de tração e fluência em temperaturas elevadas podem ser necessários para aplicações críticas.

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3. P: Por que o tubo sem costura Incoloy 832 é preferido para ambientes de sulfetação extrema em refinarias e usinas de energia?

A:O tubo sem costura Incoloy 832 ganhou reconhecimento para os ambientes de sulfetação mais severos, onde até mesmo o aço inoxidável Incoloy 890 e 310H apresentam taxas de corrosão inaceitáveis. Três características específicas explicam a sua superioridade.

Primeiro, excepcional resistência à sulfetação de alto cromo e alto silício.A sulfetação é uma forma de corrosão-de alta temperatura em que o enxofre reage com o metal para formar sulfetos de baixo-ponto de fusão-. A chave para a resistência é formar uma incrustação protetora de sulfeto ou óxido-de crescimento lento. Incoloy 832 contém 26–30% de cromo (vs. 25–28% para 890 e 24–26% para 310H) e 1,5–2,5% de silício (vs. 0.3–0,8% para 890). O alto teor de cromo promove a formação de uma incrustação rica em sulfeto/óxido de cromo. O alto teor de silício promove a formação de uma subcamada contínua de sílica amorfa (SiO₂) abaixo da escala de cromo. Esta camada de sílica é excepcionalmente estável e atua como uma barreira de difusão contra o enxofre. Em testes de laboratório que simulam condições de aquecimento de refinaria (1400–1600 graus F / 760–871 graus, 2–4% de enxofre no combustível), Incoloy 832 exibe taxas de sulfetação de 0,001–0,003 polegadas por ano (ipy), em comparação com 0,005–0,010 ipy para Incoloy 890 e 0,020–0,050 ipy para 310H.

Em segundo lugar, resistência à sulfetação e à oxidação.Muitas ligas-resistentes à sulfetação (por exemplo, aquelas com alto teor de silício) podem ser suscetíveis à oxidação em ambientes que oscilam entre condições de redução (sulfidização) e oxidação. O alto teor de cromo do Incoloy 832 (26–30%) oferece excelente resistência à oxidação, formando uma incrustação protetora de Cr₂O₃ quando o ambiente se torna oxidante. Essa capacidade dupla é crítica em aquecedores de refinarias, onde o impacto da chama, a entrada de ar ou perturbações no processo podem causar flutuações na atmosfera. A liga mantém proteção em ambas as condições.

Terceiro, boa resistência à fluência em temperaturas elevadas.Embora não seja uma liga de endurecimento-por precipitação, o Incoloy 832 alcança resistência à fluência útil por meio do reforço de solução sólida de cromo, silício e molibdênio. A resistência à ruptura por fluência de 100.000-horas a 1.600 graus F (871 graus) é de aproximadamente 1,5–2,5 ksi (10–17 MPa), comparável a 310H e adequada para a maioria das aplicações de tubos de aquecedor de refinaria onde as tensões circulares são relativamente baixas (normalmente 0,5–1,5 ksi).

Modos de falha comparativos:Em um tubo aquecedor de petróleo bruto processando 3,5% de enxofre bruto a 1550 graus F (843 graus) com pressão interna de 500 psig:

Aço inoxidável 310H: taxa de sulfetação 0,030 ipy, vida útil do tubo de aproximadamente 3–4 anos

Incoloy 890: taxa de sulfetação 0,008 ipy, vida útil do tubo aproximadamente 10–12 anos

Incoloy 832: taxa de sulfetação 0,002 ipy, vida útil do tubo superior a 20 anos

Aplicações típicas:Tubos aquecedores de petróleo bruto de refinaria (serviço de petróleo bruto com alto-enxofre), tubos aquecedores de coque retardado, tubos aquecedores a vácuo, superaquecedores de caldeiras a carvão-e tubos reaquecedores (queimadores com baixo-NOx criam condições de sulfetação), componentes de caldeiras de recuperação de licor negro em fábricas de celulose e tubos de caldeiras de incineradores de resíduos (alto teor de enxofre proveniente de resíduos de plásticos e borrachas).

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4. P: Por que o tubo sem costura Incoloy 890 é frequentemente selecionado em vez de opções de{2}ligas mais altas para serviços de aquecedores de refinarias?

A:O tubo sem costura Incoloy 890 ocupa um "ponto ideal" em aplicações de aquecedores de refinaria-oferecendo resistência à sulfetação significativamente melhor do que o aço inoxidável 310H padrão, ao mesmo tempo em que fornece melhor capacidade de fabricação e menor custo do que ligas de silício-mais altas, como o Incoloy 832. Três fatores explicam sua ampla adoção.

Primeiro, equilíbrio otimizado entre resistência à sulfetação e capacidade de fabricação.Os 25–28% de cromo e 0,3–0,8% de silício do Incoloy 890 fornecem resistência substancial à sulfetação em comparação com 310H (24–26% Cr, 0,3–0,5% Si típico). A melhoria é significativa-normalmente uma redução de 50 a 70% na taxa de sulfetação. No entanto, o teor de silício é mantido abaixo de 1% para evitar as dificuldades de soldagem e fabricação associadas às ligas com alto teor de silício. Ligas com alto-silício (acima de 1,5% de Si) podem formar uma fase sigma frágil durante a soldagem ou serviço-de longo prazo e são mais propensas a trincas a quente. O Incoloy 890 pode ser soldado usando procedimentos padrão com metal de adição ER310, sem a necessidade de pré-aquecimento especializado ou tratamento térmico pós{24}}soldagem. Isso o torna prático tanto para a produção de moinhos quanto para reparos em campo.

Em segundo lugar, desempenho comprovado em uma ampla variedade de ambientes de refinaria.Incoloy 890 acumulou décadas de experiência de campo em aquecedores brutos, aquecedores a vácuo, aquecedores de coque e aquecedores reformadores. Ele funciona de forma confiável em uma variedade de teores de enxofre (0,5–3,0%), temperaturas (1.200–1.650 graus F/649–899 graus) e condições de ciclos térmicos. Esse extenso histórico dá aos engenheiros de refinaria confiança na especificação da liga. Por outro lado, ligas com alto teor de silício, como Incoloy 832, têm um histórico de campo mais limitado e normalmente são reservadas para as condições mais extremas.

Terceiro, custo-efetivo em comparação com superligas-à base de níquel.Em ambientes onde a sulfetação é severa, alguns engenheiros podem considerar ligas sólidas à base de-níquel, como Inconel 600 ou Incoloy 800H. No entanto, essas ligas têm seus próprios problemas de sulfetação-ligas de alto-níquel podem formar sulfetos de níquel de baixo-ponto de fusão-(Ni₃S₂, ponto de fusão 1179 graus F / 637 graus ) que causam sulfetação catastrófica na fase-líquida. O Incoloy 890, com seu teor balanceado de níquel (32–35%), evita esse problema ao mesmo tempo em que fornece excelente resistência à sulfetação a um custo menor do que as ligas à base de níquel-. O custo da liga do Incoloy 890 é normalmente 2–3 vezes maior que o do 310H, mas apenas 0,6–0,8 vezes maior que o das ligas de níquel sólido, tornando-o uma atualização econômica.

Comparação de desempenho em serviço típico de aquecedor de refinaria (1500 graus F / 816 graus, combustível com 2% de enxofre):

Aplicações típicas:Seções radiantes de aquecedores de petróleo bruto e a vácuo de refinaria, tubos de aquecedores de coque retardado, tranças e coletores de aquecedores de reformadores, trocadores de calor de efluentes de alimentação-de hidrotratamento (lado de alta-temperatura) e tubos de superaquecedores de usinas de energia-a carvão (sulfetação moderada).

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5. P: Quais são os requisitos críticos de soldagem para tubos Incoloy 832 versus Incoloy 890?

A:A soldagem do Incoloy 832 e do Incoloy 890 requer atenção a diferentes questões: o alto teor de silício do Incoloy 832 cria riscos de trincas a quente e fase sigma, enquanto o Incoloy 890 é mais indulgente, mas ainda requer técnica adequada.

Para tubo Incoloy 832 (alto silício, alto cromo):

Alto risco de trincas a quente e formação de fase sigma.O teor de silício de 1,5 a 2,5%, embora benéfico para a resistência à sulfetação, cria desafios de soldagem significativos. O silício reduz o ponto de fusão dos filmes de contorno de grão, aumentando a suscetibilidade ao craqueamento a quente. As precauções incluem:

Baixa entrada de calor:Temperatura máxima de interpasse: 250 graus F (121 graus). A entrada de calor é limitada a 15–30 kJ/polegada (6–12 kJ/cm). Use apenas contas de longarina-sem tecelagem.

A limpeza é crítica:A contaminação por enxofre, fósforo e cobre proveniente de fluidos de corte, canetas de marcação ou ferramentas de manuseio aumenta muito o risco de rachaduras. Use escovas e rebolos de aço inoxidável dedicados.

Pré-aquecer:Normalmente não é necessário, mas um pré-aquecimento moderado de 200–300 graus F (93–149 graus) pode reduzir gradientes térmicos e risco de rachaduras.

Restrição:Minimize a restrição de solda. Use espaços-de ajuste e permita a livre movimentação da montagem.

Seleção de metal de adição:UsarER310ouER309enchimentos de aço inoxidável. Para obter a melhor resistência à sulfetação correspondente,ER310(25–28% Cr) é o preferido. Existem alguns enchimentos especializados com alto teor de silício, mas raramente estão disponíveis. Nunca use cargas de baixa{5}}liga ou cargas à base de níquel-com baixo teor de cromo.

Tratamento térmico pós{0}}soldagem (geralmente não recomendado):O recozimento por solução a 1.950–2.050 graus F (1.066–1.121 graus) restauraria a ductilidade, mas é impraticável para soldagem em campo e pode causar distorção. A maioria dos componentes do Incoloy 832 são usados ​​na condição-soldada, aceitando alguma redução na ductilidade.

Para tubo Incoloy 890 (silício moderado):

Boa soldabilidade com precauções padrão.O baixo teor de silício do Incoloy 890 (0,3–0,8%) torna-o significativamente mais fácil de soldar do que o Incoloy 832. Aplicam-se práticas padrão de soldagem de aço inoxidável austenítico.

Seleção de metal de adição:UsarER310como o enchimento preferido.ER309é aceitável para serviços menos severos. O enchimento deve corresponder ao alto teor de cromo do metal base (25–28%) para obter resistência ideal à sulfetação.

Controle de entrada de calor:Temperatura máxima de interpasse: 300 graus F (149 graus). A entrada de calor é limitada a 25–45 kJ/polegada (10–18 kJ/cm). Maior entrada de calor pode causar precipitação de carboneto de cromo nos limites dos grãos (sensibilização), o que pode reduzir a resistência à sulfetação, mas é menos crítico do que para serviços de corrosão aquosa.

Limpeza pré-de soldagem:Limpe com acetona ou escova de aço inoxidável dedicada. Remova toda a contaminação do aço carbono para evitar a degradação da superfície durante serviços em altas-temperaturas.

Tratamento térmico-pós-soldagem (não obrigatório):O Incoloy 890 é usado na condição-soldada. Um recozimento com solução pós{3}}de soldagem restauraria a resistência máxima à sulfetação, mas é impraticável e raramente especificado.

Avisos críticos:

Para Incoloy 832:Esta liga é implacável. Solde somente com procedimentos qualificados. Evite todas as fontes de contaminação por enxofre-até mesmo resíduos de canetas marcadoras podem causar rachaduras. Considere métodos de união alternativos (por exemplo, soldagem com ER310 seguida de alívio de tensão) para componentes críticos. Alguns fabricantes exigem inspeção radiográfica 100% de todas as soldas devido ao risco de trincas.

Para Incoloy 890:Não use enchimentos com baixo teor de-cromo (308L, 316L)-eles criam um elo fraco para ataque de sulfetação. Não use entrada excessiva de calor-isso sensibiliza a zona-afetada pelo calor e reduz a resistência à corrosão. Embora seja mais indulgente do que 832, a técnica adequada ainda é importante.

Requisitos de qualificação:

Para ambas as ligas em serviço de sulfetação-de alta temperatura, a qualificação do procedimento de soldagem deve incluir testes de-temperatura elevada. Embora não exista nenhum teste padrão codificado, muitos operadores de refinarias exigem:

Microscopia-de seção transversal para verificar se não há trincas a quente ou fase sigma

Teste de dureza (normalmente menor ou igual a 95 HRB ou equivalente)

Opcional: exposição ao gás de processo simulado em temperatura para verificar se a zona de solda não se torna um local preferencial de ataque

Tabela de comparação: