Quais são os requisitos críticos de soldagem para tubos Incoloy 864 versus Incoloy 890?

1. P: Quais são as diferenças fundamentais de composição e propriedades entre os tubos Incoloy 864 e Incoloy 890?

A:Incoloy 864 e Incoloy 890 são aços inoxidáveis ​​austeníticos de alto-desempenho, mas foram desenvolvidos para ambientes de corrosão distintos. Suas diferenças residem principalmente no conteúdo de níquel, cromo e molibdênio.

Incoloy 864 (UNS N08864)é um aço inoxidável austenítico de alta liga projetado para extrema resistência à corrosão aquosa. Sua composição nominal é 38–42% de níquel, 20–24% de cromo, 6,0–8,0% de molibdênio, 1,0–2,0% de cobre, 0,15–0,25% de nitrogênio e equilíbrio de ferro. Esta liga apresenta níveis excepcionalmente elevados de níquel (aproximadamente 40%) e alto teor de molibdênio (6–8%), colocando-a na família super-austenítica. A combinação de alto teor de níquel e molibdênio oferece excelente resistência à corrosão sob tensão por cloreto (SCC) e corrosão por corrosão. A adição de cobre aumenta a resistência a ácidos redutores, como ácido sulfúrico e fosfórico. O teor de nitrogênio (0,15–0,25%) estabiliza a estrutura austenítica e melhora ainda mais a resistência à corrosão. Incoloy 864 não é endurecimento por precipitação-; sua força deriva da solução sólida e do fortalecimento intersticial com nitrogênio. A resistência ao escoamento típica é de 35–50 ksi (241–345 MPa) à temperatura ambiente.

Incoloy 890 (UNS N08890)é uma liga de ferro-níquel-cromo projetada para ambientes de sulfetação e oxidação de 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. Observe o níquel significativamente menor (~33%) e o molibdênio em comparação com o Incoloy 864. A principal característica distintiva é o teor muito alto de cromo (25–28%), que é substancialmente maior do que os aços inoxidáveis ​​padrão (304L tem 18%, 310H tem 24–26%). Esse alto nível de cromo, combinado com silício e manganês controlados, oferece resistência excepcional à sulfetação (ataque por gases contendo enxofre-em alta temperatura) e à oxidação-em alta temperatura. O Incoloy 890 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.

Implicações metalúrgicas:Incoloy 864 foi projetado paracorrosão aquosa úmida, de baixa{0}}a{1}}temperatura (até 500 graus F / 260 graus), particularmente em água do mar, salmouras ácidas e fluxos de processos químicos contendo cloretos e ácidos redutores. Ele não possui recursos especiais-para altas temperaturas. O Incoloy 890 foi projetado paraserviço seco e de alta-temperatura (1000–1800 graus F / 538–982 graus ) em atmosferas contendo-enxofre, como aqueles encontrados em refinarias, usinas de energia e incineradores de resíduos. Não possui resistência especial à corrosão aquosa.

Selecionando entre eles:Se a aplicação envolverágua do mar, FGD (dessulfurização de gases de combustão) ou processamento químico com cloretos e ácidos redutores, escolha Incoloy 864. Se a aplicação envolverambientes de sulfetação-de alta temperatura-como aquecedores de refinarias, componentes-de caldeiras a carvão ou tubos de incineradores de resíduos, escolha Incoloy 890. Há uma sobreposição mínima em seus envelopes de serviço.

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2. P: Quais padrões e especificações do setor regem os tubos sem costura Incoloy 864 e Incoloy 890?

A:Essas duas ligas são cobertas por estruturas de especificações diferentes devido aos seus domínios de aplicação distintos-processamento químico para 864 e refinaria-de alta temperatura/geração de energia para 890.

Para tubo sem costura Incoloy 864:

ASTM B677/ASME SB677– Especificação padrão para tubos de liga de níquel-ferro-cromo-molibdênio-cobre-nitrogênio sem costura. Esta é a especificação principal para UNS N08864 e classes super{7}}austeníticas semelhantes (incluindo Incoloy 926). Abrange química, propriedades de tração, testes hidrostáticos e tolerâncias dimensionais.

ASTM B829– Requisitos gerais para tubos sem costura em liga de níquel (suplementar ao B677).

NORSOK M-630– Padrão norueguês de petróleo e gás que inclui Incoloy 864 para serviços de água do mar e salmoura.

Código ASME para caldeiras e vasos de pressão, Seção II, Parte D– Fornece valores de tensão permitidos para N08864 em temperaturas de até aproximadamente 600 graus F (316 graus). A liga normalmente não é usada acima de 600 graus F devido à redução da resistência à corrosão.

Para tubo sem costura Incoloy 890:

ASTM B407/ASME SB407– Especificação padrão para tubos de liga de níquel-ferro-cromo sem costura. O Incoloy 890 (UNS N08890) é coberto por esta especificação como uma variante com alto-cromo. A especificação requer verificação química e testes de tração.

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– Prática recomendada pelo American Petroleum Institute para uso do Incoloy 890 em componentes de aquecedores de refinarias expostos à corrosão por enxofre.

Considerações sobre aquisição:O tubo sem costura Incoloy 864 está disponível em diversas usinas globais, mas é menos comum que o Incoloy 926 (um tipo super-austenítico semelhante). Os prazos de entrega são normalmente de 10 a 16 semanas. Incoloy 890 é uma classe especial com fontes limitadas de moagem; espere prazos de entrega de 12 a 20 semanas e custo mais alto do que o aço inoxidável 310H padrão. Para ambas as ligas, sempre verifique se o relatório de teste do material documenta o número UNS correto e, para Incoloy 864, o teor de nitrogênio (0,15–0,25%).

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3. P: Por que o tubo sem costura Incoloy 864 é o material preferido para sistemas de dessulfuração de água do mar e gases de combustão (FGD)?

A:O tubo sem costura Incoloy 864 tornou-se um material líder para dois dos ambientes de corrosão industrial mais desafiadores: tratamento de água do mar quente e purificadores de dessulfurização de gases de combustão (FGD). Quatro características específicas explicam sua superioridade sobre outras ligas super-austeníticas e de níquel.

Primeiro, excepcional resistência à corrosão por pites e frestas em cloretos.O número equivalente de resistência à corrosão (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) para Incoloy 864 é aproximadamente 44–50, calculado como:

Cromo: 20–24%

Molibdênio: 6,0–8,0%

Nitrogênio: 0,15–0,25%

Este PREN está entre os mais altos de qualquer aço inoxidável austenítico disponível comercialmente. Em comparação:

Aço inoxidável 316L: PREN ∼24–26

Duplex 2205: PREN ∼35–38

Incoloy 825: PREN ∼30–33

Incoloy 926: PREN ∼40–45

Em água do mar quente a 80–120 graus F (27–49 graus), mesmo os aços inoxidáveis ​​super duplex podem sofrer corrosão em fendas sob bioincrustação ou depósitos. O Incoloy 864 resiste à corrosão por picadas e frestas na água do mar até aproximadamente 150 graus F (65 graus ), tornando-o adequado para sistemas de resfriamento de água do mar tropical, linhas de água para combate a incêndio e tubulações de lastro onde as temperaturas podem ser elevadas.

Em segundo lugar, excelente resistência à corrosão sob tensão por cloreto (SCC).Com aproximadamente 40% de níquel, o Incoloy 864 tem um teor de níquel significativamente maior do que os aços inoxidáveis ​​austeníticos padrão (304L: 8–12%) e ainda maior do que muitos tipos super-austeníticos (Incoloy 926: 24–26% Ni). O alto teor de níquel altera fundamentalmente o comportamento do SCC-a liga resiste ao cloreto SCC em todas as temperaturas encontradas no serviço aquoso, inclusive em salmouras concentradas, vapor condensado com transporte de cloreto e condições atmosféricas marinhas. Isto o torna uma excelente escolha para tubulações de plataformas offshore, usinas de dessalinização e instalações químicas costeiras onde o SCC é uma ameaça constante.

Terceiro, excelente desempenho em ambientes ácidos mistos FGD.Os sistemas de dessulfurização de gases de combustão expõem os materiais a um coquetel complexo de ácido sulfúrico, ácido clorídrico, cloretos, fluoretos e ácido sulfuroso em pH baixo (1–4) e temperaturas de até 200 graus F (93 graus). A combinação de 6–8% de molibdênio e 1–2% de cobre fornece resistência excepcional a condições de oxidação e redução de ácido. O alto teor de níquel também resiste à corrosão-induzida por cloreto. Em torres absorvedoras de FGD, dutos de entrada e dutos de saída, o Incoloy 864 supera ligas de-molibdênio superiores, como C-276, em determinadas zonas, devido à melhor relação custo-desempenho e à resistência à corrosão adequada para a maioria dos ambientes de FGD.

Quarto, boa soldabilidade sem tratamento térmico pós{0}}soldagem.Ao contrário das ligas de endurecimento-por precipitação, o Incoloy 864 é reforçado com solução-sólida e pode ser soldado usando técnicas padrão com metais de adição correspondentes ou superiores (ERNiCrMo-3 ou ERNiCrMo-4). Nenhum tratamento térmico pós-soldagem é necessário, simplificando a fabricação e o reparo em campo.

Modos de falha comparativos:Em um trocador de calor-resfriado com água do mar a 43 graus (110 graus F) com fendas estagnadas sob as juntas:

Os tubos 316L desenvolvem vazamentos dentro de 3 a 6 meses

Duplex 2205 pode sobreviver de 2 a 4 anos, mas a corrosão em frestas inicia nas juntas

Incoloy 864 oferece 15–20+ anos de serviço, muitas vezes excedendo a vida útil projetada do equipamento

Aplicações típicas:Tubulação de resfriamento de água do mar (usinas de energia, terminais de GNL, dessalinização), sistemas de combate a incêndios (plataformas offshore), coletores de pulverização absorvedores de FGD, suportes de eliminador de névoa, linhas de carga de navios-tanque de produtos químicos e tubulações de plantas de branqueamento de celulose e papel (serviço de dióxido de cloro).

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4. P: Por que o tubo sem costura Incoloy 890 é o material preferido para ambientes de sulfetação de alta-temperatura em refinarias?

A:O tubo sem costura Incoloy 890 ganhou ampla aceitação em refinarias de petróleo, usinas-movidas a carvão e incineradores de resíduos, onde gases contendo-enxofre em alta temperatura causam rápida sulfetação (ataque de enxofre) de aços inoxidáveis ​​padrão. Três características específicas explicam a sua dominância.

Primeiro, excepcional resistência à sulfetação devido ao alto teor de cromo.A sulfetação é uma forma de corrosão-de alta temperatura em que o enxofre reage com ferro, níquel e cromo para formar sulfetos de baixo-ponto de fusão-. Ao contrário da oxidação (que forma uma incrustação protetora de Cr₂O₃), a sulfidação normalmente produz incrustações porosas e não protetoras que permitem um ataque rápido e contínuo. A chave para a resistência à sulfetação é manter um teor de cromo suficiente para formar uma escala protetora de sulfeto de cromo (Cr₃S₄ ou Cr₂S₃) que é mais estável e menos permeável que os sulfetos de ferro ou níquel. O Incoloy 890 contém 25–28% de cromo-significativamente superior ao 310H padrão (24–26%) e muito superior ao 304H (18–20%). Esse cromo extra fornece uma margem de segurança nos ambientes de sulfetação mais severos, como tubos de aquecedores de refinarias expostos a petróleo bruto com alto teor de enxofre (2–4% de enxofre) a 1.200–1.600 graus F (649–871 graus). A experiência de campo em tubos de aquecimento de coqueamento retardado mostra que o Incoloy 890 dura de 3 a 5 vezes mais que 310H sob condições idênticas.

Em segundo lugar, teor equilibrado de níquel para resistência ideal ao enxofre.Embora o alto teor de níquel seja benéfico para muitas formas de corrosão, o próprio níquel forma sulfetos de níquel com baixo ponto de -fusão- (Ni₃S₂, ponto de fusão 1179 graus F / 637 graus ) que podem causar sulfetação catastrófica na fase-líquida. Incoloy 890 contém 32–35% de níquel-alto o suficiente para resistir ao SCC de cloreto se isso se tornar uma preocupação em processos posteriores, mas baixo o suficiente para evitar os graves problemas de sulfetação de níquel observados em ligas de{10}}níquel mais altas, como Incoloy 800 (32–35% Ni, na verdade semelhante) e Inconel 600 (72% Ni). O teor de níquel da liga é cuidadosamente otimizado para equilibrar a resistência à sulfetação e outras formas de ataque.

Terceiro, adições de silício e manganês para maior proteção.Incoloy 890 contém 0,3–0,8% de silício e 0,5–1,0% de manganês. Esses elementos promovem a formação de uma subcamada-rica em sílica (SiO₂)-abaixo da escala de sulfeto de cromo. Esta camada de sílica reduz ainda mais a difusão do enxofre no metal base. O silício é particularmente eficaz na sulfetização de ambientes; muitas ligas-resistentes à sulfetação (por exemplo, RA330, 353MA) dependem de adições de silício. O conteúdo de manganês ajuda a unir o enxofre residual como sulfetos de manganês estáveis, reduzindo a atividade de enxofre disponível para atacar o cromo e o ferro.

Mecanismo de falha em ligas menores:Em um tubo aquecedor de refinaria processando petróleo bruto com 3% de enxofre a 1400 graus F (760 graus):

O aço inoxidável 304H (18% Cr) forma incrustações de sulfeto de ferro em semanas; lascas de incrustações, expondo metal fresco; afinamento típico da parede do tubo de 0,1 polegada/ano

O aço inoxidável 310H (24–26% Cr) tem melhor desempenho, mas ainda sofre sulfetação de 0,02–0,05 polegadas/ano

Incoloy 890 (25–28% Cr + Si) apresenta taxas de sulfetação abaixo de 0,005 polegada/ano, fornecendo 10+ anos de serviço

Aplicações típicas:Tubos de aquecedores de refinaria (aquecedores de petróleo bruto, vácuo, coque, reformadores), superaquecedores de caldeiras a carvão-e tubos de reaquecedores (queimadores com baixo teor de-NOx criam condições de sulfetação), tubos de caldeiras de resíduos-para{3}}plantas de energia (alto teor de enxofre proveniente de resíduos de plásticos/borrachas) e componentes de caldeiras de recuperação química em fábricas de celulose (enxofre de licor negro).

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5. P: Quais são os requisitos críticos de soldagem para tubos Incoloy 864 versus tubos Incoloy 890?

A:A soldagem de Incoloy 864 e Incoloy 890 requer atenção a diferentes questões: manter a resistência à corrosão para 864 e evitar trincas a quente para 890. Ambas as ligas são geralmente soldáveis ​​com procedimentos adequados.

Para tubo Incoloy 864 (super-austenítico):

Seleção de metal de adição:UsarERNiCrMo-3(Inconel 625) ouERNiCrMo-4(C-276) como enchimentos padrão. O enchimento deve corresponder ou exceder o teor de molibdênio do metal base (6–8%) para manter a resistência à corrosão.ERNiCrMo-3(9–10% Mo) é preferido para água do mar e serviço FGD. Nunca use enchimentos de aço inoxidável (308L, 316L)-eles criam uma célula de corrosão galvânica e não possuem molibdênio.

Controle de entrada de calor:Temperatura máxima de interpasse: 250 graus F (121 graus). A entrada de calor é limitada a 20–40 kJ/polegada (8–16 kJ/cm). Maior entrada de calor pode causar precipitação de fase rica em molibdênio-(fases sigma ou chi), o que reduz a resistência à corrosão em 50% ou mais. Use contas de longarina em vez de tecer.

Limpeza pré-de soldagem:Limpe com acetona ou escova de aço inoxidável dedicada. Use rebolos reservados para ligas de níquel. Remova toda a contaminação do aço carbono-partículas de ferro incrustadas enferrujarão e iniciarão corrosão.

Tratamento térmico pós{0}}soldagem (geralmente não é necessário):Para a maioria das aplicações, o Incoloy 864 é usado na condição-soldada. Para máxima resistência à corrosão em ambientes severos (por exemplo, água do mar quente com condições estagnadas, lama absorvente FGD), um recozimento em solução a 1.950–2.050 graus F (1.066–1.121 graus) seguido por uma rápida têmpera em água restaura a resistência total à corrosão. Isso raramente é realizado em tubos devido aos riscos de distorção e normalmente só é especificado para tubos críticos de trocadores de calor.

Para tubo Incoloy 890 (resistente à-sulfidação-de alta temperatura):

Seleção de metal de adição:UsarER310ouER309enchimentos de aço inoxidável. Para combinar a resistência à sulfetação,ER310(25–28% Cr) é o preferido. Cargas especializadas com alto teor de silício (por exemplo, ER312) podem ser usadas para os ambientes de sulfetação mais severos. Nunca use cargas de baixa{8}}liga ou cargas à base de níquel-com baixo teor de cromo.

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). A entrada excessiva de calor pode causar precipitação de carboneto de cromo nos limites dos grãos, reduzindo a resistência à sulfetação.

Prevenção de fissuras a quente:O Incoloy 890, com seu alto teor de cromo e relativamente baixo teor de níquel, tem maior suscetibilidade ao craqueamento a quente do que o 310H padrão. As precauções incluem:

Limpe bem as superfícies-a contaminação por enxofre proveniente de fluidos de corte ou canetas de marcação é particularmente prejudicial

Use um perfil de cordão de solda levemente convexo-os cordões côncavos aumentam o risco de rachaduras

Evite restrições excessivas de solda-permita que a montagem se mova livremente

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

Avisos críticos:

Para Incoloy 864:Não use enchimentos de aço inoxidável-eles não têm molibdênio e criarão uma zona de solda-propensa à corrosão. Não superaqueça-a formação da fase sigma é irreversível sem o recozimento completo da solução. Não use rebolos contaminados-partículas de aço carbono incorporadas causam corrosão.

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. Não solde sem limpar resíduos-contendo enxofre-o enxofre promove trincas a quente.

Requisitos de qualificação:

Para Incoloy 864 em serviço com água do mar ou FGD, a qualificação do procedimento de soldagem deve incluir testes de corrosão por pites de acordo com ASTM G48 (cloreto férrico) para verificar se as zonas soldadas e{2}}afetadas pelo calor mantêm desempenho equivalente ao PREN-. O critério de aceitação padrão é a ausência de corrosão após 72 horas a 77 graus F (25 graus) para a maioria das aplicações, ou a 104 graus F (40 graus) para serviços mais severos.

Para Incoloy 890 em serviço de sulfetação-de alta temperatura, a qualificação deve incluir testes de oxidação/sulfidação em-temperatura elevada, embora não exista nenhum teste padrão codificado. Muitos operadores de refinarias exigem demonstração de que a junta soldada não se torna um local preferencial de ataque através da exposição ao gás de processo simulado à temperatura.