Incoloy 825 กับ 316L: โลหะผสมนิกเกิลกับเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีรสเปรี้ยวและกรด

อินคอลอยย์ 825 (UNS N08825)และสแตนเลส 316L (UNS S31603) มักถูกเปรียบเทียบกัน เนื่องจากทั้งคู่ต้านทานการกัดกร่อน และทั้งสองดูเหมือน "โลหะผสมมันเงา" สำหรับผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญ- ในความเป็นจริง พวกมันอยู่ในตระกูลวัสดุที่แตกต่างกัน. 316L เป็นสเตนเลสออสเทนนิติกที่มีนิกเกิลประมาณ 10-14%; Incoloy 825 เป็นโลหะผสมนิกเกิล-เหล็ก-โครเมียมที่มีนิกเกิล 38-46% พร้อมด้วยทองแดง โมลิบดีนัม และไทเทเนียมที่เติมเข้าไป ความแตกต่างของปริมาณนิกเกิลนั้นไม่ได้เป็นเพียงรายละเอียด แต่เป็นตัวตัดสินว่าโลหะจะรอดพ้นจากก๊าซเปรี้ยว กรดซัลฟูริก และคลอไรด์ร้อน หรือจะเกิดรอยแตกอย่างเงียบๆ

สิ่งสำคัญที่สุด: เมื่อบริการเกี่ยวข้องกับก๊าซเปรี้ยว (H2S) กรดซัลฟิวริกหรือกรดฟอสฟอริก หรือคลอไรด์ที่สูงกว่าประมาณ 60 องศา Incoloy 825 เป็นตัวเลือกทางวิศวกรรมที่ถูกต้อง และ 316L ไม่ผ่านการรับรอง. 316L ยังคงเป็นตัวเลือกที่ประหยัดสำหรับน้ำสะอาด หน้าที่ของน้ำที่ไม่รุนแรง และการสัมผัสในชั้นบรรยากาศ เลือกตามสภาพแวดล้อม ไม่ใช่ตามราคา: 316 ลิตรซึ่งมีการกัดกร่อนเล็กน้อย 825 ซึ่งมีการกัดกร่อนรุนแรงหรือมีรสเปรี้ยว

อะไรทำให้ทั้งสองโลหะผสมมีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน?

[แหล่งที่มา] ASTM B424 / B423 (Incoloy 825) และ A240 / A312 (316L); เพรน=%Cr + 3.3×%Mo (+16×%N) ค่าจากเอกสารข้อมูลกลุ่มโลหะพิเศษ-และซัพพลายเออร์ (Globo, Womic, jnalloy, SuperStainlessAlloys)

ลองนึกถึง 316L ว่าเป็นเหล็กที่สร้างขึ้นอย่างดี-ซึ่งเกิดสนิมได้ช้าๆ ลองนึกถึง Incoloy 825 ว่าเป็นโลหะผสมที่มีนิกเกิลสูง- ซึ่งทนทานต่อกรดและจะไม่แตกร้าวภายใต้ความเครียดจากคลอไรด์ ทองแดงใน 825 ทำหน้าที่เหมือนตัวเร่งปฏิกิริยาภายในที่ดันพื้นผิวให้อยู่ในสถานะ "แฝง" (ป้องกัน) ในกรดซัลฟิวริก นิกเกิลที่สูงจะป้องกันไม่ให้คลอไรด์กระตุ้นให้เกิดการแตกร้าวอย่างรุนแรงซึ่งทำลาย 316L ในสภาวะที่ร้อน เค็ม หรือเปรี้ยว

คุณสมบัติทางกลของพวกมันเปรียบเทียบกันอย่างไร?

[แหล่งที่มา] คุณสมบัติทางกลขั้นต่ำ ASTM B424/B423 และ A240/A312 บริการ-ตัวเลขอุณหภูมิต่อข้อมูลทางเทคนิคของซัพพลายเออร์โลหะผสม (Globo, Sasa, SuperStainlessAlloys)

บริการเปรี้ยว (NACE MR0175 / ISO 15156): หนึ่งรายการผ่านการรับรอง หนึ่งรายการไม่ผ่านการรับรอง

ใช่ - นี่คือเส้นแบ่งที่ชัดเจนที่สุด Incoloy 825 เป็นวัสดุที่ได้รับการอนุมัติภายใต้ NACE MR0175 / ISO 15156 สำหรับบริการที่มี H2S- (มีรสเปรี้ยว) ซึ่งจัดหามาในสารละลาย-ในสภาวะอบอ่อนที่ความแข็งสูงสุด 35 HRC ปริมาณนิกเกิลที่สูงทำให้แทบไม่มีภูมิต้านทานต่อการแตกร้าวจากความเครียดซัลไฟด์ (SSC) และทนต่อ-การแตกร้าวที่เกิดจากการแตกตัวของไฮโดรเจน. 316สเตนเลส L ไม่ได้รับการอนุมัติสำหรับการให้บริการที่มีรสเปรี้ยว และมีความเสี่ยงอย่างชัดเจนต่อการเกิดรอยแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดคลอไรด์- ดังนั้นการระบุ 316L ที่มี H2S และคลอไรด์อยู่ร่วมกันถือเป็นเส้นทางความล้มเหลวที่บันทึกไว้

คุณสมบัติหมายถึงอะไรในทางปฏิบัติ:

• 825 ต้องจัดส่งสารละลาย-อบอ่อน (ไม่เย็น-งาน) สำหรับหน้าที่เปรี้ยว ความแข็งได้รับการตรวจสอบแล้ว น้อยกว่าหรือเท่ากับ 35 HRC
• -งานเย็น 825 โดยไม่ต้อง-อบอ่อนซ้ำไม่ได้รับอนุญาตสำหรับบริการที่มีรสเปรี้ยว - งานเย็นจะเพิ่มความแข็งและความเสี่ยงของ SCC
• รายงานการทดสอบของโรงงานต้องอ้างอิง NACE MR0175 / ISO 15156 ด้วยความร้อนเต็มที่-ถึง-ความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับผลิตภัณฑ์
• 316L ไม่มีคุณสมบัติดังกล่าว และควรแยกออกจากสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์เปรี้ยวและมีคลอไรด์สูง-

คำเตือนของผู้ระบุ: แหล่งข้อมูลบางแห่งเสนอราคาขีดจำกัด 22 HRC สำหรับ 825 ในบริการเปรี้ยว ค่าควบคุม ISO 15156-3 สำหรับ UNS N08825 คือ 35 HRC (อบอ่อนสารละลาย) ตรวจสอบขีดจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมที่แน่นอนเสมอ (ความดันย่อย H2S คลอไรด์ อุณหภูมิ ธาตุซัลเฟอร์) เทียบกับตารางมาตรฐานปัจจุบันสำหรับขอบเขตบริการของคุณ

สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด: ซัลฟิวริก ฟอสฟอริก และไฮโดรคลอริก

อย่างเด็ดขาด Incoloy 825 ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริก การเติมทองแดงจะทำให้พื้นผิวผ่านการลดกรด ทำให้มีอัตราการกัดกร่อนต่ำกว่า 316L ประมาณ 50 เท่าในกรดซัลฟิวริก 50% ที่ 60 องศา . 316L ทนต่อการกัดกร่อนทั่วไปอย่างรวดเร็วที่สูงกว่าประมาณ 40-50 องศาที่ความเข้มข้นของกรดระดับกลาง - ตรงตามหน้าที่ที่ระบุไว้ 825

[แหล่งที่มา] การเปรียบเทียบ-อัตราการกัดกร่อนต่อข้อมูลทางเทคนิคของ HT PIPE, Hangbo และ SuperStainlessAlloys: 50% H2SO4@60C 825 0.05 เทียบกับ 316L 2.5 มม./ปี; ทนต่อการเดือด MgCl2 SCC 825 เทียบกับรอยแตกร้าว 316L; CPT 825 ~50C กับ 316L ~25C

เหตุใด 825 จึงต้านทานกรด (กลไก)

ทองแดงใน 825 ส่งเสริมวิวัฒนาการของไฮโดรเจนแบบแคโทดบนพื้นผิว ซึ่งเปลี่ยนศักยภาพในการกัดกร่อนของโลหะผสมให้อยู่ในช่วงพาสซีฟ ซึ่งฟิล์มโครเมียม-ออกไซด์ที่เสถียรจะก่อตัวขึ้น พูดง่ายๆ ก็คือ ทองแดงจะ "บังคับ" โลหะให้ป้องกันตัวเองด้วยกรดซัลฟิวริกและฟอสฟอริก โครเมียมจัดการกับส่วนประกอบออกซิไดซ์ใดๆ โมลิบดีนัมต่อสู้กับการเกิดหลุมจากการปนเปื้อนของคลอไรด์หรือฟลูออไรด์ (พบได้ทั่วไปใน-กรดฟอสฟอริกในกระบวนการผลิตแบบเปียก). 316L ขาดทองแดง ดังนั้นจึงไม่สามารถ-สลายตัวเองในการลดกรดและกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว

การกัดกร่อนจากความเครียดจากคลอไรด์

ใช่ และนี่คือความล้มเหลวที่เกิดขึ้นจริงในโลก-ที่พบบ่อยที่สุดที่กระตุ้นให้เกิดการอัพเกรดเป็น 825 ออสเตนิติก 316L มีความไวต่อความเครียดจากการกัดกร่อนของคลอไรด์-ที่ฉาวโฉ่ซึ่งแตกร้าวสูงกว่าประมาณ 60 องศา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีออกซิเจนและความเครียดจากแรงดึง ในการทดสอบแมกนีเซียมคลอไรด์ที่เดือด- มันจะแตกภายในไม่กี่ชั่วโมง Incoloy 825 ซึ่งมีนิกเกิล 38-46% แทบไม่มีภูมิคุ้มกันต่อคลอไรด์ SCC และไม่เกิดการแตกร้าวในการทดสอบเดียวกัน สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนที่ระบายความร้อนด้วยน้ำทะเล บ่อน้ำเปรี้ยว และสายการดอง ภูมิคุ้มกันนี้คือเหตุผลที่ผู้ปฏิบัติงานระบุ 825 แทนที่จะเป็น 316L

ข้อดีสองประการที่เกี่ยวข้องของ 825 มากกว่า 316L ในการบริการคลอไรด์:

• ค่า PREN ที่สูงขึ้น (~31 เทียบกับ ~24-25) ทำให้ 825 ต้านทานการเกิดรูพรุนได้ดีขึ้นประมาณ 25% ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์
• การรักษาเสถียรภาพของไทเทเนียมหมายความว่า 825 จะไม่ไวต่อปฏิกิริยาหลังการเชื่อม ดังนั้น ความต้านทานการกัดกร่อนจึงถูกเก็บรักษาไว้ใน-โซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน - ซึ่งแตกต่างจาก 316L ซึ่งต้องการเกรดคาร์บอน (L) ต่ำและการเชื่อมอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดอาการแพ้

ขีดจำกัดอุณหภูมิ: โดยที่โลหะผสมแต่ละชนิดไม่ปลอดภัย

การเชื่อมและการผลิต

เชื่อมได้ดีทั้งคู่ แต่ 825 มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ นั่นคือ การรักษาเสถียรภาพของไทเทเนียมช่วยป้องกันอาการแพ้ ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้ในสภาพ-การเชื่อมสำหรับการให้บริการที่เป็นกรดส่วนใหญ่โดยไม่ต้อง-ใช้ความร้อนหลังการเชื่อม โลหะเติมที่เข้ากันคือ ERNiFeCr-1 (AWS A5.14, INCOLOY 65); ERNiCrMo-3 หรือ ERNiCr-3 เป็นทางเลือกที่ยอมรับได้ เนื่องจาก 825 มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่าและมีการขยายตัวสูงกว่าสเตนเลส จึงควรควบคุมอินพุตความร้อน (ต่ำกว่า ~1.0-1.5 กิโลจูล/มม.) และรักษาอุณหภูมิอินเตอร์พาสให้ต่ำเพื่อลดความผิดเพี้ยนให้เหลือน้อยที่สุด

หมายเหตุการผลิตที่ปกป้องประสิทธิภาพการกัดกร่อน:

• ลดไขมันให้ละเอียด หลีกเลี่ยงล้อเจียรที่ใช้กับคาร์บอน/สแตนเลส เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของกำมะถัน/เหล็ก
• ใช้การล้างอาร์กอนแบ็ค-บนรูตพาสเพื่อปกป้องพื้นผิวภายใน
• สำหรับกรดหรือกรดที่รุนแรง สารละลายที่ผ่านการอบอ่อน (930-980 องศา ) หลังจากการเชื่อมจะคืนความต้านทานการกัดกร่อนสูงสุด

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: Incoloy 825 ดีกว่า 316L สำหรับบริการที่มีรสเปรี้ยวหรือไม่

ก. ใช่. Incoloy 825 (UNS N08825) ได้รับการอนุมัติภายใต้ NACE MR0175 / ISO 15156 สำหรับบริการเปรี้ยว (ที่มี H2S{6}} บรรจุอยู่) ในสารละลาย-สภาวะอบอ่อนที่ความแข็ง<=35 HRC, because its 38-46% nickel content makes it virtually immune to sulfide stress cracking. 316L stainless is NOT approved for sour service and is vulnerable to chloride stress-corrosion cracking above about 60 C, so it is the wrong choice wherever H2S and chlorides coexist.

ถาม: ตัวไหนต้านทานกรดซัลฟิวริกได้ดีกว่า Incoloy 825 หรือ 316L

ตอบ: Incoloy 825 เหนือกว่ามาก ในกรดซัลฟิวริก 50% ที่ 60 C อัตราการกัดกร่อนที่วัดได้อยู่ที่ประมาณ 0.05 มม./ปีสำหรับ 825 เทียบกับประมาณ 2.5 มม./ปีสำหรับ 316L - ความแตกต่าง 50 เท่า. 316L ทนการกัดกร่อนทั่วไปอย่างรวดเร็วที่สูงกว่าประมาณ 40-50 C ที่ความเข้มข้นปานกลาง ในขณะที่การเติมทองแดงของ 825 จะทำให้พื้นผิวผ่าน และต้านทานซัลฟิวริกและฟอสฟอริก กรดในช่วงกว้างและช่วงอุณหภูมิ

ถาม: Incoloy 825 ต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดจากคลอไรด์ในกรณีที่ 316L ล้มเหลวหรือไม่

ตอบ: ใช่. 316L มีชื่อเสียงโด่งดังต่อความเครียดจากการกัดกร่อน-จากการกัดกร่อนที่แตกร้าวที่อุณหภูมิสูงกว่า 60 C ซึ่งล้มเหลวภายในไม่กี่ชั่วโมงในการทดสอบแมกนีเซียมเดือด- Incoloy 825 ที่มีนิกเกิล 38-46% แทบไม่มีภูมิคุ้มกันต่อคลอไรด์ SCC และไม่เกิดการแตกร้าวในการทดสอบเดียวกัน นี่คือเหตุผลเดียวที่สำคัญที่สุดที่ผู้ปฏิบัติงานน้ำมันและก๊าซ-ระบุ 825 (ไม่ใช่ 316L) สำหรับบริการเปรี้ยวและน้ำทะเล

ถาม: Incoloy 825 กับ 316L มีขีดจำกัดอุณหภูมิอยู่ที่เท่าไร

ตอบ: Incoloy 825 รักษาความต้านทานการกัดกร่อนในการใช้งานอย่างต่อเนื่องได้สูงถึงประมาณ 540 C (1,000 F) เทียบกับประมาณ 425 C (800 F) สำหรับ 316L ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบ 115 C เหนือขีดจำกัด 316L การตกตะกอนของคาร์ไบด์ทำให้เกิดอาการแพ้และการกัดกร่อนตามขอบเกรน การรักษาเสถียรภาพของไทเทเนียมของ 825 จะป้องกัน. 825 และยังรักษาความแข็งแกร่งที่มีประโยชน์ที่อุณหภูมิเยือกแข็งและอุณหภูมิสูงอีกด้วย

ถาม: Incoloy 825 คุ้มค่ากับราคาที่สูงกว่า 316 ลิตรหรือไม่

ตอบ: จากต้นทุนแรก 825 มีราคาต่อกิโลกรัมมากกว่า 316 ลิตรประมาณ 2.5-3.5 เท่า แต่ในการให้บริการกรดหรือคลอไรด์เชิงรุก 825 มีอายุการใช้งาน 15-20+ ปี เทียบกับ 3-5 ปีสำหรับ 316L หลีกเลี่ยงการเปลี่ยน 2-3 ครั้งและการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน ตลอดวงจรชีวิต 20 ปี โดยทั่วไปแล้ว 825 จะมีราคาถูกกว่า 60-75% ของต้นทุนการเป็นเจ้าของ แม้ว่าราคาซื้อจะสูงกว่าก็ตาม

ถาม: มาตรฐาน ASTM ใดบ้างที่ครอบคลุม Incoloy 825 และ 316L

A: Incoloy 825: แผ่น/แผ่น ASTM B424, ท่อ/ท่อไร้รอยต่อ B423 (และท่อคอนเดนเซอร์ B163), บาร์ B425, ท่อเชื่อม B705, การตีขึ้นรูป B564, ฟิตติ้ง B366. 316 สแตนเลส L: แผ่น A240, ท่อ A312, ท่อ A269/A213, บาร์ A276 สำหรับบริการที่มีรสเปรี้ยว จำเป็นต้องมี UNS (N08825 กับ S31603) ข้อมูลอ้างอิง NACE MR0175 หากมี และรายงานการทดสอบวัสดุ EN 10204 3.1