Diely zo zliatiny Incoloy: 825 vs 800 pre korózny servis 

Keď inžinier určí incoloy časť pre korozívnu linku je výber medzi zliatinou 825 a zliatinou 800 zriedka o tom, ktorá zliatina je „lepšia“. Ide o to, ktorá zliatina zodpovedá skutočným prevádzkovým podmienkam. Incoloy 825 (UNS N08825) bol navrhnutý na redukciu prostredia kyselín, médií s obsahom chloridov a kyslých plynov. Incoloy 800 (UNS N08800) bol navrhnutý pre pevnosť pri vysokých teplotách a odolnosť proti oxidácii, s koróziou vo vodnom prostredí ako sekundárnou výhodou. Zámena týchto dvoch môže viesť buď k zbytočným nákladom, alebo k zliatine, ktorá nezodpovedá požiadavkám na služby.

Toto porovnanie je napísané pre inžinierov a kupujúcich chemických, pobrežných a tepelných výmenníkov, ktorí potrebujú praktický výberový rámec, nie komplexnú príručku materiálov. Zameriava sa na metalurgickú logiku každej zliatiny, tvary dielov, kde na výbere najviac záleží, a výrobné a nákupné miesta, ktoré určujú, či špecifikovaná zliatina skutočne funguje v prevádzke.

Incoloy 825 vs 800: Rozdiel v umiestnení

Najjednoduchší spôsob, ako zarámovať rozdiel, je tento: Zliatina 825 je korózna; Alloy 800 je tepelne prvotriedna.

Zliatina 825 patrí do rodiny Ni-Fe-Cr-Mo-Cu. Jeho obsah niklu sa pohybuje v rozmedzí 38 – 46 % so zámerným pridaním molybdénu (2,5 – 3,5 %) a medi (1,5 – 3,0 %) a stabilizáciou titánom. Táto kombinácia bola formulovaná tak, aby zvládla oxidačné aj redukčné kyseliny, odolávala koróznemu praskaniu chloridom a znášala kyslé prevádzkové podmienky s obsahom H2S.

Alloy 800 je zliatina Ni-Fe-Cr s približne 30 – 35 % niklu a 19 – 23 % chrómu, ale bez zámerného pridania molybdénu a medi. Jeho konštrukčným zámerom je použitie pri vysokých teplotách: odolnosť proti oxidácii, nauhličovanie a pevnosť pri tečení pri teplotách až do približne 593 °C pre základnú triedu 800, pričom 800H a 800HT tento rozsah ďalej rozširujú. Vo vodných korozívnych médiách bez silného pôsobenia chloridov alebo zníženia expozície kyselinám má 800 adekvátnu výkonnosť, ale jeho odolnosť proti korózii je užšia vzhľadom na konštrukciu.

Pre incoloy časť v chemickej výrobnej linke, ktorá spracováva kyselinu sírovú s chloridmi, je 825 vhodnou špecifikáciou. Pre podperu pece alebo vysokoteplotný spojovací krúžok je 800 často vhodnejšou a ekonomickejšou voľbou. Rozhodnutie by sa malo riadiť dominantným mechanizmom degradácie, nie všeobecnou povesťou zliatiny.

Zloženie a mechanizmy odolnosti proti korózii

Čo robí nikel, chróm, molybdén a meď

Odolnosť zliatiny 825 proti korózii nie je jednoprvkový efekt. Každý legovací prídavok rieši špecifický režim poruchy.

Nikel poskytuje základ pre odolnosť voči chloridovému koróznemu praskaniu (SCC). Rozsah 38–46 % niklu v 825 je dostatočný na to, aby odolal chloridovým iónovým SCC v mnohých prostrediach. Nižší obsah niklu v zliatine 800 (30 – 35 %) tiež ponúka užitočnú odolnosť voči SCC v mnohých vodných médiách, ale vyšší obsah niklu v 825 poskytuje väčšiu rezervu v náročných chloridových prevádzkach.

Chróm tvorí pasívny oxidový film, ktorý chráni pred oxidačnými médiami, ako je kyselina dusičná a oxidačné soli. 800 aj 825 sa pri tejto funkcii spoliehajú na chróm a obe obsahujú zhruba 19–23,5 % Cr.

Molybdén je miestom, kde sa tieto dve zliatiny najjasnejšie rozchádzajú. 2,5–3,5 % Mo v 825 zvyšuje odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii, najmä v prostrediach s obsahom chloridov. Alloy 800 neobsahuje žiadne zámerné pridanie molybdénu. Táto absencia nie je chybou dizajnu 800; jednoducho to odzrkadľuje, že 800 nebol formulovaný na odolnosť voči chloridovým jamkám.

Meď, prítomná v množstve 1,5 – 3,0 % v 825, spolupracuje s molybdénom, aby odolávala redukčným kyselinám, najmä kyseline sírovej a fosforečnej. Alloy 800 neobsahuje prídavok medi. Pri použití zriedenej kyseliny sírovej je obsah medi 825 hlavným dôvodom, prečo je špecifikovaný tam, kde by 800 nebol.

Titán v 825 slúži ako stabilizátor, ktorý viaže uhlík, aby sa zabránilo zrážaniu karbidu chrómu počas zvárania a znížilo sa riziko senzibilizácie. To je dôvod, prečo je 825 opísaný ako odolný voči medzikryštalickej korózii v stave po zváraní.

Čo znamená nedostatok Mo a Cu z roku 800 v praxi

Zliatina 800 by sa nemala v žiadnom kontexte odmietať ako „menej odolná voči korózii“. Vo vysokoteplotnej oxidačnej atmosfére poskytuje obsah chrómu 800 a rovnováha niklu vynikajúcu odolnosť proti oxidácii a nauhličovaniu, a preto zostáva štandardným materiálom pre komponenty reformátorov a pecí. Zliatina ponúka všeobecnú koróznu odolnosť voči mnohým vodným médiám a odoláva koróznemu praskaniu pod napätím v mnohých prostrediach.

Obmedzenie sa objaví, keď prevádzkové prostredie obsahuje chloridy a redukčnú kyselinu, alebo keď je vážnou hrozbou jamková a štrbinová korózia. V týchto podmienkach je nedostatok molybdénu 800 náchylný na lokalizovaný útok, ktorému je 825 navrhnutý tak, aby odolal. Experimentálna práca na predhrievacích sekciách s vysokou koncentráciou chloridov (5 500 ppm Cl⁻) pri zvýšenej teplote zistila, že Incoloy 800 vykazoval bodovú koróziu, zatiaľ čo Incoloy 825 nevykazoval žiadnu významnú povrchovú koróziu za rovnakých podmienok. Tento typ porovnávacieho dôkazu, hoci je špecifický pre testovacie prostredie, ilustruje praktický dôsledok rozdielu v zložení.

Pre incoloy časť vo výmenníku tepla chladenom morskou vodou je toto rozlíšenie dôležité. Morská voda kombinuje chlorid, príležitostné redukčné podmienky z biologickej aktivity a štrbiny na prírubách a spojoch rúrok a rúrok. Obsah Mo a Cu zliatiny 825 priamo rieši tieto mechanizmy. Alloy 800 nie.

Typické formy dielov Incoloy a aplikačné scenáre

Incoloy podložky a upevňovacie komponenty

Podložky sú umiestnené na obzvlášť neúprosnom mieste v skrutkovom spoji: sú stlačené medzi dvoma povrchmi, čím vytvárajú štrbinu, kde môže vyčerpanie kyslíka a koncentrácia chloridov urýchliť útok. V prevádzke s chloridmi musí materiál podložky odolávať všeobecnej korózii aj štrbinovej korózii pri zachovaní predpätia.

Podložky Alloy 825 sú vhodnou špecifikáciou pre prírubové spoje v systémoch na manipuláciu s kyslým plynom, morskou vodou a kyselinami. Obsah molybdénu poskytuje odolnosť proti jamkovej a štrbinovej korózii, ktorej sa 800 nemôže rovnať. Pre vysokoteplotné spaliny alebo pece, kde chýbajú chloridy a prioritou je tepelná stabilita, možno zvážiť 800 práčok.

Jedna praktická poznámka zo skúseností s obrábaním: Zliatiny Incoloy sa deformujú počas sústruženia a závitovania a rýchlosť tvrdnutia pre 825 je relatívne vysoká, aj keď je o niečo nižšia ako bežné austenitické nehrdzavejúce ocele. Tenké podložky pod približne 1,5 mm sa môžu počas tepelného spracovania zdeformovať, pokiaľ nie sú podporené správnym upevnením. Valcovanie závitov pred rezaním závitov sa často uprednostňuje pri konštrukciách závitových podložiek v chloridovej prevádzke, pretože závitovanie môže spôsobiť podpovrchové šmykové poškodenie, ktoré sa stáva iniciačným miestom korózneho praskania pod napätím. Overovacia poznámka: Tento návod na výrobu odráža všeobecnú prax obrábania zliatin Incoloy; konkrétne parametre je potrebné potvrdiť u skutočného výrobcu.

Incoloy rúrka a diely výmenníka tepla

ASTM B423 / ASME SB423 pokrýva bezšvíkové a za studena opracované rúrky v UNS N08825 pre všeobecný korozívny servis. V rúrkach výmenníka tepla sa výber medzi 825 a 800 zvyčajne riadi chémiou na strane plášťa alebo na strane rúrky.

Ak je na strane rúrky chladiaca voda s chloridmi alebo ak procesná tekutina obsahuje redukujúce kyseliny, rúrka 825 poskytuje príspevok Mo a Cu potrebný na odolnosť proti jamkovej korózii a napadnutiu kyselinou. Ak ide o použitie vo vysokoteplotnom reformátore alebo pyrolýznej peci, kde teploty kovu presahujú 600 °C a prostredie je v podstate suché alebo oxidujúce, konvenčnou voľbou je rúrka 800H alebo 800HT.

Pozornosť si zaslúži scenár strednej triedy: výmenníky tepla s procesnými teplotami okolo 400 – 500 °C a miernymi hladinami chloridov. Ani jedna zliatina tu nie je univerzálna odpoveď. Rozhodnutie by sa malo týkať toho, či koncentrácia chloridov a geometria štrbiny vytvárajú dôveryhodné riziko SCC alebo pitting. Ak áno, vyšší obsah niklu a molybdénu v 825 poskytuje širšiu bezpečnostnú rezervu.

Obloženie ventilov a opracované komponenty

Vnútorné časti ventilov sú vystavené erózii-korózii, štrbinovému napadnutiu na tesniacich povrchoch a pri kyslej prevádzke praskaniu sulfidovým napätím. Obloženie zliatiny 825 sa používa pri odlučovaní kyselín a kyslých plynov, kde je dôležitá kombinácia Mo pre odolnosť proti jamkovej korózii a Ni pre odolnosť proti SCC. Zliatina 800 je menej bežná v prevádzke mokrých korozívnych ventilov, ale objavuje sa v aplikáciách ventilov pre vysokoteplotné spaliny a pece.

Overovacia poznámka: Sortiment produktov dostupný z webovej stránky by mal byť potvrdený pred uvedením dostupnosti ventilového obloženia alebo iného opracované diely Incoloy mimo podložiek. Ak je aktuálna ponuka stránok zameraná na podložky, túto časť treba chápať ako kontext aplikácie a nie ako tvrdenie o produkte.

Tabuľka rozhodovania o výbere: Podľa média a teploty

Nasledujúca tabuľka zhusťuje logiku výberu do podmienok, s ktorými sa bežne stretávajú incoloy časť kupujúcich. Predpokladá sa, že diel je pevný alebo obrobený komponent (podložka, rúrka, armatúra, obloženie) a že hlavným problémom je vodná korózia, pokiaľ nie je uvedené inak.

Dôležitá hranica na NACE MR0175: Táto norma sa zaoberá odolnosťou voči praskaniu sulfidovým napätím a definuje materiály prijateľné pre použitie s obsahom H2S. Nestanovuje limity jamkovej alebo štrbinovej korózie. Materiál uvedený v MR0175 nie je automaticky „úplne odolný voči korózii“ pre všetky kyslé podmienky; to znamená, že materiál spĺňa požiadavky na odolnosť proti praskaniu v rámci definovaného rozsahu normy. Pre 825 v kyslej soľanke s vysokým obsahom chloridov, odolnosť proti jamkovej korózii stále závisí od obsahu Mo a skutočnej teploty a koncentrácie chloridov. V kyslom prostredí s vysokým obsahom chloridov je súlad s MR0175 východiskovým bodom, nie úplným hodnotením korózie.

Úvahy o výrobe a nákupe

Pracovné kalenie a obrábanie

Zliatiny 825 a 800 vytvrdzujú rýchlejšie ako austenitické nehrdzavejúce ocele. Konkrétne pre 825 je rýchlosť vytvrdzovania o niečo nižšia ako u bežných austenitických nehrdzavejúcich tried, ale stále relatívne vysoká a tvarovacie zariadenie musí byť primerane poháňané, aby sa kompenzovalo zvýšenie medze klzu počas deformácie. Pri obrábacích operáciách zotrvanie alebo trenie nástroja o povrch vytvrdzuje vrstvu rezu a urýchľuje opotrebovanie nástroja. Pre incoloy časť s úzkymi toleranciami, ako je napríklad podložka s požiadavkami na rovinnosť alebo závitová tvarovka, by sa poradie obrábania a dráha nástroja mali vyhnúť zbytočným prechodom, ktoré opracujú povrch.

Toto nie je teoretická obava o tenké časti. Podložky s hrúbkou pod 1,5 mm sa môžu počas rozpúšťacieho žíhania alebo konečného tepelného spracovania zdeformovať, ak nie sú správne podopreté. Podložky s veľkým priemerom môžu vyžadovať kontrolované rýchlosti chladenia, aby sa zabránilo deformácii okrajov. Toto sú podrobnosti o výrobe, ktoré by sa mali prediskutovať vo fáze cenovej ponuky, ktoré sa neodhalia pri prvej kontrole výrobku.

Povrchová úprava a jej vplyv na odolnosť proti korózii

Jamková a štrbinová korózia začína na povrchových diskontinuitách: škrabance, zabudované železo, tepelné sfarbenie zo zvárania a drsne opracované povrchy. Pri 825 dieloch v chloridovej prevádzke stav povrchu tesniacich plôch a povrchov tvoriacich štrbiny priamo ovplyvňuje životnosť.

Obrobená povrchová úprava Ra ≤ 0,8 µm je typická pre všeobecné povrchy odolné voči korózii. Elektroleštenie na Ra ≤ 0,2 µm môže byť špecifikované pre kritické tesniace povrchy vo farmaceutických alebo vysoko čistých chemických prevádzkach, kde sa vyžaduje odolnosť voči korózii a čistiteľnosť. Pre umývačky v morskej vode alebo v kyslom prostredí je odstránenie tepelného sfarbenia a zabezpečenie čistého pasívneho povrchu po opracovaní dôležitejšie ako dosiahnutie ultra nízkeho čísla Ra.

Štandardné a certifikačné kontroly

Pri kúpe an incoloy časť, certifikát materiálu by sa mal overiť podľa špecifikovaného čísla UNS a príslušnej normy:

• Zliatina 825: UNS N08825. Rúry a potrubia môžu byť špecifikované podľa ASTM B423 / ASME SB423. Tyčové a kované formy spadajú pod rôzne špecifikácie v závislosti od formy produktu. Súlad s NACE MR0175 by mal byť v certifikáte výslovne uvedený, ak sa vyžaduje kyslá služba.
• Zliatina 800: UNS N08800 (alebo N08810/N08811 pre 800H/800HT). Normy produktov sa líšia podľa formy; tyčový materiál, plech a výkovky majú samostatné pokrytie ASTM.

Existujúca stránka s produktom podložky Incoloy na webovej lokalite uvádza schopnosť opracovávať podložky Incoloy na špecifikované tolerancie a povrchové úpravy. V prípade iných tvarov dielov, ako sú rúrky alebo súčiastky vyrobené na zákazku, by mal byť dostupný rozsah výroby potvrdený priamo a nie prevzatý zo strany podložky.

FAQ

Je Incoloy 825 vždy lepšou voľbou pre korozívne služby v porovnaní s 800?
Nie. Zliatina 825 je lepšou voľbou, keď služba zahŕňa chloridy, redukčné kyseliny alebo kyslý plyn, pretože jej prísady Mo a Cu sú zamerané na tieto mechanizmy. Alloy 800 je vhodnejšia a ekonomickejšia pre vysokoteplotné oxidačné alebo nauhličovacie prostredia, kde je korózia spôsobená teplom a nie vodnou chémiou. Použitie 825 vo vysokoteplotnej peci by zvýšilo náklady bez pridania výkonu.

Môžu byť podložky Incoloy 800 použité v prírubách s morskou vodou?
Neodporúča sa. Morská voda vytvára štrbinové podmienky na čelných plochách ostrekovačov a hladiny chloridov, ktoré podporujú tvorbu jamiek. Alloy 800 neobsahuje žiadne zámerné pridanie molybdénu, ktorý je primárnym legujúcim prvkom pre odolnosť proti bodovej korózii v chloridových médiách. Podložky zo zliatiny 825 poskytujú obsah Mo potrebný pre túto službu.

Čo vlastne znamená schválenie NACE MR0175 pre časť Incoloy 825?
Znamená to, že materiál spĺňa požiadavky normy na odolnosť proti praskaniu sulfidovým napätím v prostrediach s obsahom H2S v rámci definovaného rozsahu normy. Necertifikuje odolnosť voči jamkovej korózii, štrbinovej korózii alebo všeobecnej korózii spôsobenej stratou hmotnosti. Časť môže byť v súlade s MR0175 a stále môže trpieť jamkami v kyslom náleve s vysokým obsahom chloridov, ak obsah Mo a stav povrchu nie sú vhodné pre špecifické podmienky.

Pokrýva ASTM B423 podložky Incoloy 825?
č. ASTM B423 pokrýva bezšvíkové rúry a rúrky v UNS N08825. Podložky a iné opracované formy sa zvyčajne kupujú na základe materiálového certifikátu s uvedením čísla UNS a chemického zloženia, a nie podľa štandardu pre podložky. Certifikát by mal potvrdiť chémiu N08825 a akúkoľvek požadovanú zhodu s NACE.

Prečo záleží na povrchovej úprave dielu Incoloy v chloridovej prevádzke?
Jamky vznikajú pri povrchových defektoch, kde sa koncentrujú chloridy a dostupnosť kyslíka sa líši od okolitého prostredia. Hrubý opracovaný povrch, tepelný odtieň alebo vnorené cudzie častice vytvárajú miesta iniciácie. Pre 825 v morskej vode alebo kyslej soľanke je špecifikácia čistého, správne pasivovaného povrchu na tesniacich a štrbinových povrchoch praktickým spôsobom, ako podporiť prirodzenú odolnosť zliatiny proti korózii.

Priradenie zliatiny k službe

Voľba medzi Incoloy 825 a 800 pre an incoloy časť by sa mal riadiť dominantným mechanizmom degradácie v aktuálnom prostredí služby. Ak sú prítomné chloridy, redukčné kyseliny alebo H2S a dielec bude fungovať vo vodnom alebo mokrom prostredí, obsah molybdénu, medi a niklu 825 rieši tieto špecifické hrozby. Ak sa používa vysokoteplotná oxidácia, nauhličovanie alebo prevádzka suchej pece, vhodnou skupinou sú 800 alebo jeho varianty s vyššou pevnosťou.

V prípade podložiek a opracovaných komponentov v korozívnej prevádzke by rozhodnutie o výbere malo zohľadňovať aj geometriu štrbiny, povrchovú úpravu a detaily výroby, ktoré určujú, či špecifikovaná zliatina funguje tak, ako má. Certifikovaná podložka 825 so zlou povrchovou úpravou môže zlyhať v chloridovej prevádzke, rovnako ako správne dokončená podložka 800 nemôže nahradiť 825 tam, kde je potrebný molybdén.

Ak chcete skontrolovať dostupné špecifikácie podložky Incoloy, vrátane tried materiálov, tolerancií a možností povrchovej úpravy, navštívte stránku produktu podložky Incoloy. Pre tvary dielov nad rámec podložiek potvrďte aktuálny rozsah výroby priamo pred špecifikáciou.