Quelles sont les exigences critiques en matière de soudage pour les tuyaux Incoloy 832 par rapport à l'Incoloy 890 ?

1. Q : Quelles sont les différences fondamentales de composition et de propriétés entre les tuyaux Incoloy 832 et Incoloy 890 ?

A:L'Incoloy 832 et l'Incoloy 890 sont tous deux des alliages austénitiques à haute -performances conçus pour les environnements de sulfuration et d'oxydation à haute-température, mais ils diffèrent par leur teneur en chrome, silicium et nickel, ce qui affecte leurs enveloppes de performances.

Incoloy 832 (UNS N08832)est un alliage austénitique modifié à haute teneur en-chrome et silicium-développé spécifiquement pour les environnements de sulfuration sévères. Sa composition nominale est de 30 à 35 % de nickel, 26 à 30 % de chrome, 0,5 à 1,5 % de molybdène, 1,5 à 2,5 % de silicium, 0,5 à 1,0 % de manganèse, 0,02 à 0,06 % de carbone et le reste du fer. Les principales caractéristiques distinctives sont la teneur très élevée en chrome (26 à 30 %, supérieure à celle de l'Incoloy 890 : 25 à 28 %) et la teneur élevée en silicium (1,5 à 2,5 %, nettement supérieure à celle de l'Incoloy 890 : 0,3 à 0,8 %). Cette combinaison offre une résistance exceptionnelle à la sulfuration (attaque du soufre) à haute température. La teneur élevée en silicium favorise la formation d'une sous-couche protectrice de silice (SiO₂) sous - sous l'échelle d'oxyde/sulfure de chrome. L'Incoloy 832 est une solution solide-renforcée sans ajout intentionnel de durcissement par précipitation-. La limite d'élasticité typique est de 30 à 45 ksi (207 à 310 MPa) à température ambiante, avec une résistance au fluage utile jusqu'à environ 1 800 degrés F (982 degrés).

Incoloy 890 (UNS N08890)est un alliage de fer-nickel-chrome également conçu pour les environnements de sulfuration et d'oxydation à haute-température. Sa composition nominale est de 32 à 35 % de nickel, 25 à 28 % de chrome, 0,5 à 1,5 % de molybdène, 0,3 à 0,8 % de silicium, 0,5 à 1,0 % de manganèse, 0,02 à 0,06 % de carbone et le reste du fer. Comparé à l'Incoloy 832, l'Incoloy 890 contient un peu moins de chrome (25 à 28 % contre . 26 – 30 %) et beaucoup moins de silicium (0,3 à 0,8 % contre . 1.5 – 2,5 %). La faible teneur en silicium rend l'Incoloy 890 plus facile à fabriquer et à souder, car des niveaux élevés de silicium peuvent favoriser la formation d'une phase sigma fragile et réduire la soudabilité. Cependant, la faible teneur en silicium signifie également une résistance à la sulfuration légèrement inférieure dans les environnements les plus agressifs. L'Incoloy 890 est également une solution solide - renforcée avec une limite d'élasticité typique de 30 à 45 ksi (207 à 310 MPa).

Implications métallurgiques :L'Incoloy 832 offre une résistance supérieure à la sulfuration en raison de sa teneur plus élevée en chrome et en silicium, mais au prix d'une soudabilité réduite et d'un potentiel de formation de phase fragile lors d'une exposition à long-terme à des températures élevées-. L'Incoloy 890 offre un équilibre entre une bonne résistance à la sulfuration, une excellente résistance à l'oxydation et une meilleure aptitude à la fabrication. Pour les environnements de sulfuration les plus sévères (par exemple, les réchauffeurs de pétrole brut à haute teneur en soufre, les chaudières au charbon avec des brûleurs à faible teneur en NOx), l'Incoloy 832 est préféré. Pour le service général de chauffage des raffineries où la sulfuration est modérée et la soudabilité est importante, l'Incoloy 890 est souvent sélectionné.

En sélectionnant entre eux :Si la demande impliqueextreme sulfidation with high sulfur content (>3% dans le carburant) et des températures supérieures à 1600 degrés F (871 degrés), choisissez Incoloy 832. Si l'application impliquesulfuration modérée à sévère avec de bonnes exigences de fabricabilité, choisissez Incoloy 890.

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2. Q : Quelles normes et spécifications industrielles régissent les tuyaux sans soudure Incoloy 832 et Incoloy 890 ?

A:Ces deux alliages sont couverts par des cadres de spécifications similaires, mais l'Incoloy 832 est moins standardisé et nécessite souvent des spécifications spécifiques à l'acheteur.

Pour les tuyaux sans soudure Incoloy 832 :

Il n’existe aucune spécification de tuyau ASTM dédiée.L'Incoloy 832 est une qualité exclusive ou semi-standard. Les tuyaux sont généralement produits selon les spécifications élaborées par l'acheteur qui font référence à la norme ASTM B407 (pour les alliages de nickel -fer-chrome) avec des exigences supplémentaires en matière de chimie (Cr et Si plus élevés) et de propriétés à température élevée-.

ASTM B407 / ASME SB407– Utilisé comme spécification de base, avec une chimie modifiée pour répondre aux exigences de l'Incoloy 832.

Cas du code ASME– Certains cas de code existent pour des alliages similaires à haute teneur en silicium ; les acheteurs doivent consulter l’usine pour vérifier la conformité au Code.

API 938-C– Pratique recommandée par l'American Petroleum Institute en matière de résistance à la sulfuration, qui comprend des conseils sur les alliages comme l'Incoloy 832.

Pour les tuyaux sans soudure Incoloy 890 :

ASTM B407 / ASME SB407– Spécification standard pour les tuyaux sans soudure en alliage de nickel-fer-chrome. Il s'agit de la spécification principale pour UNS N08890.

ASTM B163 / ASME SB163– Tubes de condenseur et d'échangeur de chaleur sans soudure, souvent utilisés pour les tubes 890 dans les échangeurs de chaleur à haute -température.

Code ASME Cas 2588– Permet l'utilisation de l'Incoloy 890 (UNS N08890) dans la construction du code ASME des chaudières et des appareils sous pression pour un service jusqu'à 1 800 degrés F (982 degrés) dans des environnements de sulfuration.

API 938-C– Fournit des conseils sur l’utilisation de l’Incoloy 890 et d’alliages similaires pour les composants des réchauffeurs de raffinerie.

Considérations relatives à l'approvisionnement :Les tuyaux sans soudure Incoloy 832 sont un produit spécialisé dont les sources d'usine sont très limitées. Les acheteurs doivent s'attendre à des délais de livraison prolongés (16 à 24 semaines) et doivent travailler en étroite collaboration avec l'usine pour établir des spécifications d'approvisionnement. L'analyse chimique doit confirmer la teneur en silicium (1,5 à 2,5 %) et en chrome (26 à 30 %). L'Incoloy 890 est plus disponible dans le commerce, bien qu'il reste une qualité spécialisée avec des délais de livraison de 12 à 20 semaines. Pour les deux alliages, des tests de traction et de fluage à température élevée- peuvent être nécessaires pour les applications critiques.

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3. Q : Pourquoi les tuyaux sans soudure Incoloy 832 sont-ils préférés pour les environnements de sulfuration extrêmes dans les raffineries et les centrales électriques ?

A:Les tuyaux sans soudure Incoloy 832 sont reconnus pour les environnements de sulfuration les plus sévères où même les aciers inoxydables Incoloy 890 et 310H connaissent des taux de corrosion inacceptables. Trois caractéristiques spécifiques expliquent sa supériorité.

Premièrement, une résistance exceptionnelle à la sulfuration grâce à une teneur élevée en chrome et en silicium.La sulfuration est une forme de corrosion à haute-température dans laquelle le soufre réagit avec le métal pour former des sulfures à bas-point de fusion-sulfures. La clé de la résistance est la formation d'une couche protectrice de sulfure ou d'oxyde -à croissance lente. L'Incoloy 832 contient 26 à 30 % de chrome (contre . 25 – 28 % pour le 890 et 24 à 26 % pour le 310H) et 1,5 à 2,5 % de silicium (contre . 0.3 – 0,8 % pour le 890). La teneur élevée en chrome favorise la formation d'une couche de sulfure/oxyde riche en chrome-. La teneur élevée en silicium favorise la formation d'une sous-couche continue de silice amorphe (SiO₂) sous - sous la couche de chrome. Cette couche de silice est exceptionnellement stable et agit comme une barrière de diffusion contre le soufre. Lors de tests en laboratoire simulant les conditions de chauffage d'une raffinerie (1 400 à 1 600 degrés F / 760 à 871 degrés, 2 à 4 % de soufre dans le carburant), l'Incoloy 832 présente des taux de sulfuration de 0,001 à 0,003 pouces par an (ipy), contre 0,005 à 0,010 ipy pour l'Incoloy 890 et 0,020 à 0,050 ipy pour l'Incoloy 890. 310H.

Deuxièmement, la résistance à la fois à la sulfuration et à l’oxydation.De nombreux alliages résistants à la sulfuration-(par exemple, ceux à très haute teneur en silicium) peuvent être sensibles à l'oxydation dans des environnements oscillant entre des conditions réductrices (sulfuration) et oxydantes. La teneur élevée en chrome de l'Incoloy 832 (26 à 30 %) offre une excellente résistance à l'oxydation, formant une couche protectrice de Cr₂O₃ lorsque l'environnement devient oxydant. Cette double capacité est essentielle dans les réchauffeurs de raffineries, où l'impact des flammes, la pénétration d'air ou les perturbations du processus peuvent provoquer des fluctuations de l'atmosphère. L'alliage maintient la protection dans les deux conditions.

Troisièmement, une bonne résistance au fluage à des températures élevées.Bien qu'il ne s'agisse pas d'un alliage à durcissement par précipitation-, l'Incoloy 832 atteint une résistance au fluage utile grâce au renforcement par une solution solide à partir de chrome, de silicium et de molybdène. La résistance à la rupture par fluage sur 100 000-heures à 1 600 degrés F (871 degrés) est d'environ 1,5 à 2,5 ksi (10 à 17 MPa), comparable à 310 H et adéquate pour la plupart des applications de tubes chauffants de raffinerie où les contraintes circonférentielles sont relativement faibles (généralement 0,5 à 1,5 ksi).

Modes de défaillance comparatifs :Dans un tube chauffant de pétrole brut traitant 3,5 % de soufre brut à 1 550 degrés F (843 degrés) avec une pression interne de 500 psig :

Acier inoxydable 310H : taux de sulfuration 0,030 ipy, durée de vie du tube environ 3 à 4 ans

Incoloy 890 : taux de sulfuration 0,008 ipy, durée de vie du tube environ 10 à 12 ans

Incoloy 832 : taux de sulfuration 0,002 ipy, durée de vie du tube supérieure à 20 ans

Applications typiques :Tubes de chauffage de brut de raffinerie (service de brut à haute teneur en soufre), tubes de chauffage de cokéfaction retardée, tubes de chauffage sous vide, tubes de surchauffeur et de réchauffeur de chaudière à charbon- (les brûleurs à faible -NOx créent des conditions de sulfuration), composants de chaudière de récupération de liqueur noire dans les usines de pâte à papier et tubes de chaudière d'incinérateur de déchets (à haute teneur en soufre provenant des déchets de plastique et de caoutchouc).

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4. Q : Pourquoi les tuyaux sans soudure en Incoloy 890 sont-ils souvent sélectionnés plutôt que les options en alliage supérieur-pour le service de chauffage des raffineries ?

A:Les tuyaux sans soudure Incoloy 890 occupent un « point idéal » dans les applications de chauffage des raffineries-offrant une résistance à la sulfuration nettement meilleure que l'acier inoxydable 310H standard tout en offrant une meilleure fabricabilité et un coût inférieur à celui des alliages de silicium-plus élevés comme l'Incoloy 832. Trois facteurs expliquent son adoption généralisée.

Premièrement, un équilibre optimisé entre résistance à la sulfuration et fabricabilité.Les 25 à 28 % de chrome et 0,3 à 0,8 % de silicium de l'Incoloy 890 offrent une résistance à la sulfuration substantielle par rapport au 310H (24 à 26 % de Cr, 0,3 à 0,5 % de Si typique). L'amélioration est significative -généralement une réduction de 50 à 70 % du taux de sulfuration. Cependant, la teneur en silicium est maintenue en dessous de 1 % pour éviter les difficultés de soudage et de fabrication associées aux alliages à haute teneur en silicium. Les alliages à haute teneur en silicium-(au-dessus de 1,5 % de Si) peuvent former une phase sigma fragile pendant le soudage ou le service à long-terme, et ils sont plus sujets à la fissuration à chaud. L'Incoloy 890 peut être soudé à l'aide de procédures standard avec du métal d'apport ER310, sans avoir besoin d'un préchauffage spécialisé ou d'un traitement thermique post-soudage. Cela le rend pratique à la fois pour la production en usine et pour les réparations sur le terrain.

Deuxièmement, des performances éprouvées dans un large éventail d’environnements de raffinerie.Incoloy 890 a accumulé des décennies d'expérience sur le terrain dans les réchauffeurs de brut, les réchauffeurs sous vide, les réchauffeurs de cokéfaction et les réchauffeurs de reformeur. Il fonctionne de manière fiable dans une plage de teneurs en soufre (0,5 à 3,0 %), de températures (1 200 à 1 650 degrés F / 649 à 899 degrés) et de conditions de cycles thermiques. Cette longue expérience donne aux ingénieurs de raffinerie la confiance nécessaire pour spécifier l'alliage. En revanche, les alliages à plus forte teneur en silicium-comme l'Incoloy 832 ont un historique de champ plus limité et sont généralement réservés aux conditions les plus extrêmes.

Troisièmement, la rentabilité-par rapport aux superalliages à base de nickel-.Dans les environnements où la sulfuration est importante, certains ingénieurs peuvent envisager d'utiliser des alliages solides à base de nickel-comme l'Inconel 600 ou l'Incoloy 800H. Cependant, ces alliages ont leurs propres problèmes de sulfuration-les alliages de nickel élevés-peuvent former des sulfures de nickel à bas-point de fusion-sulfures de nickel (Ni₃S₂, point de fusion 1179 degrés F / 637 degrés) qui provoquent une sulfuration catastrophique en phase liquide-. L'Incoloy 890, avec sa teneur équilibrée en nickel (32 à 35 %), évite ce problème tout en offrant une excellente résistance à la sulfuration à un coût inférieur à celui des alliages à base de nickel-. Le coût de l'alliage de l'Incoloy 890 est généralement 2 à 3 fois supérieur à celui du 310H, mais seulement 0,6 à 0,8 fois celui des alliages de nickel solides, ce qui en fait une mise à niveau économique.

Comparaison des performances dans un service de chauffage typique de raffinerie (1 500 degrés F / 816 degrés, carburant à 2 % de soufre) :

Applications typiques :Sections radiantes de chauffage de brut et sous vide de raffinerie, tubes chauffants de cokéfaction retardée, tresses et collecteurs de chauffage de reformeur, échangeurs de chaleur d'effluents d'alimentation d'hydrotraitement -(côté haute-température) et tubes de surchauffeur de centrale électrique alimentés au charbon-(sulfuration modérée).

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5. Q : Quelles sont les exigences critiques en matière de soudage pour les tuyaux Incoloy 832 par rapport à l'Incoloy 890 ?

A:Le soudage de l'Incoloy 832 et de l'Incoloy 890 nécessite une attention particulière à différents problèmes : la teneur élevée en silicium de l'Incoloy 832 crée des risques de fissuration à chaud et de phase sigma, tandis que l'Incoloy 890 est plus indulgent mais nécessite toujours une technique appropriée.

Pour tube Incoloy 832 (haute teneur en silicium, haute teneur en chrome) :

Risque élevé de fissuration à chaud et de formation de phase sigma.La teneur en silicium de 1,5 à 2,5 %, bien que bénéfique pour la résistance à la sulfuration, crée des défis de soudage importants. Le silicium abaisse le point de fusion des films intergranulaires, augmentant ainsi la susceptibilité aux fissures à chaud. Les précautions comprennent :

Faible apport de chaleur :Température maximale entre les passes : 250 degrés F (121 degrés). Apport de chaleur limité à 15 à 30 kJ/pouce (6 à 12 kJ/cm). Utilisez uniquement des perles de filage-pas de tissage.

La propreté est essentielle :La contamination par le soufre, le phosphore et le cuivre provenant des liquides de coupe, des marqueurs ou des outils de manipulation augmente considérablement le risque de fissuration. Utilisez des brosses et des meules en acier inoxydable dédiées.

Préchauffer :Ce n'est généralement pas nécessaire, mais un préchauffage modéré de 200 à 300 degrés F (93 à 149 degrés) peut réduire les gradients thermiques et le risque de fissuration.

Retenue:Minimisez la retenue des soudures. Utilisez les espaces d'ajustement-et permettez la libre circulation de l'assemblage.

Sélection du métal d’apport :UtiliserER310ouER309charges en acier inoxydable. Pour une meilleure résistance à la sulfuration,ER310(25 à 28 % de Cr) est préféré. Certaines charges spécialisées à haute teneur en silicium-existent mais sont rarement disponibles. N'utilisez jamais de charges à faible-alliage ou de charges à base de nickel-à faible teneur en chrome.

Traitement thermique après-soudage (généralement déconseillé) :Un recuit de mise en solution à 1 950-2 050 degrés F (1 066-1 121 degrés) restaurerait la ductilité, mais n'est pas pratique pour le soudage sur site et peut provoquer une distorsion. La plupart des composants Incoloy 832 sont utilisés à l'état tel que-soudé, acceptant une certaine réduction de la ductilité.

Pour tuyau Incoloy 890 (silicium modéré) :

Bonne soudabilité avec précautions standards.La teneur inférieure en silicium de l'Incoloy 890 (0,3 à 0,8 %) le rend beaucoup plus facile à souder que l'Incoloy 832. Les pratiques standard de soudage de l'acier inoxydable austénitique s'appliquent.

Sélection du métal d'apport :UtiliserER310comme charge préférée.ER309est acceptable pour un service moins sévère. La charge doit correspondre à la teneur élevée en chrome du métal de base (25 à 28 %) pour une résistance optimale à la sulfuration.

Contrôle de l'apport de chaleur :Température maximale entre les passes : 300 degrés F (149 degrés). Apport de chaleur limité à 25 à 45 kJ/pouce (10 à 18 kJ/cm). Un apport thermique plus élevé peut provoquer une précipitation de carbure de chrome aux joints de grains (sensibilisation), ce qui peut réduire la résistance à la sulfuration mais est moins critique que pour un service de corrosion aqueuse.

Nettoyage avant-soudure :Nettoyer avec de l'acétone ou une brosse en acier inoxydable dédiée. Éliminez toute contamination de l'acier au carbone pour éviter la dégradation de la surface lors d'un service à haute -température.

Traitement thermique après-soudage (non obligatoire) :L'Incoloy 890 est utilisé à l'état tel que-soudé. Un recuit de solution après-soudage restaurerait une résistance maximale à la sulfuration, mais est peu pratique et rarement spécifié.

Avertissements critiques :

Pour Incoloy 832 :Cet alliage est impitoyable. Souder uniquement avec des procédures qualifiées. Évitez toutes les sources de contamination par le soufre-même les résidus des stylos marqueurs peuvent provoquer des fissures. Envisagez d'autres méthodes d'assemblage (par exemple, soudage avec ER310 suivi d'un soulagement des contraintes) pour les composants critiques. Certains fabricants exigent une inspection radiographique à 100 % de toutes les soudures en raison du risque de fissuration.

Pour Incoloy 890 :N'utilisez pas de charges à faible-chrome (308L, 316L)-elles créent un maillon faible pour l'attaque par sulfuration. N'utilisez pas d'apport de chaleur excessif-cela sensibilise la zone affectée par la chaleur-et réduit la résistance à la corrosion. Bien que plus indulgent que le 832, une bonne technique compte toujours.

Exigences de qualification :

Pour les deux alliages en service de sulfuration à haute-température, la qualification des procédures de soudage doit inclure des tests à-température élevée. Bien qu’il n’existe aucun test codifié standard, de nombreux exploitants de raffineries exigent :

Microscopie en coupe transversale-pour vérifier l'absence de fissuration à chaud ou de phase sigma.

Test de dureté (généralement inférieur ou égal à 95 HRB ou équivalent)

Facultatif : exposition à un gaz de procédé simulé à température pour vérifier que la zone de soudure ne devient pas un site d'attaque préférentiel

Tableau comparatif :