Quelles sont les exigences critiques en matière de soudage pour les tuyaux Incoloy 864 par rapport à l'Incoloy 890 ?

1. Q : Quelles sont les différences fondamentales de composition et de propriétés entre les tuyaux Incoloy 864 et Incoloy 890 ?

A:L'Incoloy 864 et l'Incoloy 890 sont tous deux des aciers inoxydables austénitiques à haute-performances, mais ils ont été développés pour des environnements de corrosion nettement différents. Leurs différences résident principalement dans la teneur en nickel, chrome et molybdène.

Incoloy 864 (UNS N08864)est un acier inoxydable austénitique hautement allié conçu pour une résistance extrême à la corrosion aqueuse. Sa composition nominale est de 38 à 42 % de nickel, 20 à 24 % de chrome, 6,0 à 8,0 % de molybdène, 1,0 à 2,0 % de cuivre, 0,15 à 0,25 % d'azote et le reste du fer. Cet alliage contient une teneur exceptionnellement élevée en nickel (environ 40 %) et en molybdène (6 à 8 %), ce qui le place dans la famille des super-austénitiques. La combinaison d'une teneur élevée en nickel et en molybdène offre une résistance exceptionnelle à la fissuration par corrosion sous contrainte (SCC) et aux piqûres de chlorure. L'ajout de cuivre améliore la résistance aux acides réducteurs tels que l'acide sulfurique et phosphorique. La teneur en azote (0,15 à 0,25 %) stabilise la structure austénitique et améliore encore la résistance aux piqûres. L'Incoloy 864 ne durcit pas par précipitation- ; il tire sa force de la solution solide et du renforcement interstitiel azoté. La limite d'élasticité typique est de 35 à 50 ksi (241 à 345 MPa) à température ambiante.

Incoloy 890 (UNS N08890)est un alliage de fer-nickel-chrome 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. Notez la teneur en nickel nettement inférieure (∼33 %) et en molybdène par rapport à l'Incoloy 864. La principale caractéristique distinctive est la teneur très élevée en chrome (25 à 28 %), qui est nettement supérieure à celle des aciers inoxydables standard (304L en contient 18 %, 310H en contient 24 à 26 %). Ce niveau élevé de chrome, combiné à du silicium et du manganèse contrôlés, offre une résistance exceptionnelle à la sulfuration (attaque par les gaz contenant du soufre à haute température) et à l'oxydation à haute température-. L'Incoloy 890 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.

Implications métallurgiques :Incoloy 864 est conçu pourcorrosion aqueuse humide, à température faible-à-modérée (jusqu'à 500 degrés F / 260 degrés), en particulier dans l'eau de mer, les saumures acides et les flux de procédés chimiques contenant des chlorures et des acides réducteurs. Il n'a pas de capacités spéciales-à haute température. L'Incoloy 890 est conçu pourservice sec et à haute-température (1 000 à 1 800 degrés F / 538 à 982 degrés) dans des atmosphères contenant du soufre-, comme ceux trouvés dans les raffineries, les centrales électriques et les incinérateurs de déchets. Il n'a pas de résistance particulière à la corrosion aqueuse.

En sélectionnant entre eux :Si la demande impliqueeau de mer, FGD (désulfuration des gaz de combustion) ou traitement chimique avec des chlorures et des acides réducteurs, choisissez Incoloy 864. Si l'application impliqueenvironnements de sulfuration à haute-température-tels que les réchauffeurs de raffineries, les composants de chaudières à charbon-ou les tubes d'incinérateurs de déchets, choisissez Incoloy 890. Il y a un chevauchement minimal dans leurs enveloppes de services.

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2. Q : Quelles normes et spécifications industrielles régissent les tuyaux sans soudure Incoloy 864 et Incoloy 890 ?

A:Ces deux alliages sont couverts par des cadres de spécifications différents en raison de leurs domaines d'application distincts -traitement chimique pour 864 et-raffinage/production d'électricité à haute température pour 890.

Pour les tuyaux sans soudure Incoloy 864 :

ASTM B677 / ASME SB677– Spécification standard pour les tuyaux sans soudure en alliage de nickel-fer-chrome-molybdène-cuivre-azote. Il s'agit de la spécification principale pour UNS N08864 et les qualités super-austénitiques similaires (y compris l'Incoloy 926). Il couvre la chimie, les propriétés de traction, les essais hydrostatiques et les tolérances dimensionnelles.

ASTMB829– Exigences générales pour les tubes sans soudure en alliage de nickel (en complément du B677).

NORSOKM-630– Norme pétrolière et gazière norvégienne qui inclut Incoloy 864 pour le service d'eau de mer et de saumure.

Code ASME des chaudières et des appareils sous pression, section II, partie D– Fournit des valeurs de contrainte admissibles pour le N08864 à des températures allant jusqu'à environ 600 degrés F (316 degrés). L'alliage n'est généralement pas utilisé au-dessus de 600 degrés F en raison de sa résistance réduite à la corrosion.

Pour les tuyaux sans soudure Incoloy 890 :

ASTM B407 / ASME SB407– Spécification standard pour les tuyaux sans soudure en alliage de nickel-fer-chrome. L'Incoloy 890 (UNS N08890) est couvert par cette spécification en tant que variante à haute teneur en chrome-. La spécification nécessite une vérification chimique et des tests de traction.

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– Pratique recommandée par l'American Petroleum Institute pour l'utilisation de l'Incoloy 890 dans les composants des réchauffeurs de raffinerie exposés à la corrosion du soufre.

Considérations relatives à l'approvisionnement :Les tuyaux sans soudure Incoloy 864 sont disponibles dans plusieurs usines mondiales, mais sont moins courants que l'Incoloy 926 (une qualité super-austénitique similaire). Les délais de livraison sont généralement de 10 à 16 semaines. L'Incoloy 890 est une qualité spécialisée dont les sources d'approvisionnement sont limitées ; attendez-vous à des délais de livraison de 12 à 20 semaines et à un coût plus élevé que l’acier inoxydable 310H standard. Pour les deux alliages, vérifiez toujours que le rapport d'essai du matériau indique le numéro UNS correct et, pour l'Incoloy 864, la teneur en azote (0,15 à 0,25 %).

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3. Q : Pourquoi les tuyaux sans soudure Incoloy 864 sont-ils le matériau préféré pour les systèmes de désulfuration de l'eau de mer et des gaz de combustion (FGD) ?

A:Les tuyaux sans soudure Incoloy 864 sont devenus un matériau de premier plan pour deux des environnements de corrosion industrielle les plus difficiles : la manipulation de l'eau de mer chaude et les épurateurs de désulfuration des gaz de combustion (FGD). Quatre caractéristiques spécifiques expliquent sa supériorité sur les autres alliages super-austénitiques et nickel.

Premièrement, une résistance exceptionnelle à la corrosion par piqûres et fissures dans les chlorures.Le nombre équivalent de résistance aux piqûres (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) pour Incoloy 864 est d'environ 44 à 50, calculé comme suit :

Chrome : 20 à 24 %

Molybdène : 6,0 à 8,0 %

Azote : 0,15 à 0,25 %

Ce PREN est parmi les plus élevés de tous les aciers inoxydables austénitiques disponibles dans le commerce. En comparaison :

Acier inoxydable 316L : PREN ∼24–26

Duplex 2205 : PREN ∼35–38

Incoloy 825 : PREN ∼30–33

Incoloy 926 : PREN ∼40–45

Dans l'eau de mer chaude entre 80 et 120 degrés F (27 et 49 degrés), même les aciers inoxydables super duplex peuvent subir une corrosion caverneuse en raison d'un encrassement biologique ou de dépôts. L'Incoloy 864 résiste à la corrosion par piqûres et fissures dans l'eau de mer jusqu'à environ 150 degrés F (65 degrés), ce qui le rend adapté aux systèmes de refroidissement à l'eau de mer tropicale, aux conduites d'eau d'incendie et aux canalisations de ballast où les températures peuvent être élevées.

Deuxièmement, une résistance exceptionnelle à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure (SCC).Avec environ 40 % de nickel, l'Incoloy 864 a une teneur en nickel nettement plus élevée que les aciers inoxydables austénitiques standards (304L : 8 à 12 %) et même supérieure à de nombreuses nuances super-austénitiques (Incoloy 926 : 24 à 26 % de Ni). Une teneur élevée en nickel modifie fondamentalement le comportement du SCC - l'alliage résiste au chlorure SCC à toutes les températures rencontrées en service aqueux, y compris dans les saumures concentrées, les condensats de vapeur avec entraînement de chlorure et les conditions atmosphériques marines. Cela en fait un excellent choix pour les canalisations de plates-formes offshore, les usines de dessalement et les installations chimiques côtières où le SCC constitue une menace constante.

Troisièmement, d'excellentes performances dans les environnements acides mixtes FGD.Les systèmes de désulfuration des gaz de combustion exposent les matériaux à un cocktail complexe d'acide sulfurique, d'acide chlorhydrique, de chlorures, de fluorures et d'acide sulfureux à un pH faible (1 à 4) et à des températures allant jusqu'à 200 degrés F (93 degrés). La combinaison de 6 à 8 % de molybdène et de 1 à 2 % de cuivre offre une résistance exceptionnelle aux conditions acides oxydantes et réductrices. La teneur élevée en nickel résiste également à la corrosion induite par les chlorures -. Dans les tours d'absorption FGD, les conduits d'entrée et les conduits de sortie, l'Incoloy 864 surpasse les alliages de molybdène plus élevés-comme le C-276 dans certaines zones en raison de son meilleur rapport coût-performance et de sa résistance à la corrosion adéquate pour la plupart des environnements FGD.

Quatrièmement, une bonne soudabilité sans traitement thermique après-soudage.Contrairement aux alliages à durcissement par précipitation-, l'Incoloy 864 est renforcé par une solution solide- et peut être soudé à l'aide de techniques standards avec des métaux d'apport correspondants ou supérieurs (ERNiCrMo-3 ou ERNiCrMo-4). Aucun traitement thermique après soudage n'est requis, ce qui simplifie la fabrication et la réparation sur site.

Modes de défaillance comparatifs :Dans un échangeur de chaleur refroidi à l'eau de mer-à 110 degrés F (43 degrés) avec des crevasses stagnantes sous les joints :

Les tubes 316L développent des fuites en 3 à 6 mois

Le Duplex 2205 peut survivre 2 à 4 ans, mais la corrosion caverneuse commence au niveau des joints.

Incoloy 864 offre 15 à 20+ années de service, dépassant souvent la durée de vie prévue de l'équipement

Applications typiques :Tuyauterie de refroidissement à l'eau de mer (centrales électriques, terminaux GNL, dessalement), systèmes d'eau d'incendie (plateformes offshore), collecteurs de pulvérisation d'absorbeurs FGD, supports de dévésiculeur, conduites de cargo de chimiquiers et tuyauterie d'usine de blanchiment de pâtes et papiers (service de dioxyde de chlore).

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4. Q : Pourquoi les tuyaux sans soudure Incoloy 890 sont-ils le matériau préféré pour les environnements de sulfuration à haute -température dans les raffineries ?

A:Les tuyaux sans soudure Incoloy 890 sont largement acceptés dans les raffineries de pétrole, les centrales électriques alimentées au charbon et les incinérateurs de déchets où les gaz contenant du soufre à haute température provoquent une sulfuration rapide (attaque du soufre) des aciers inoxydables standard. Trois caractéristiques spécifiques expliquent sa domination.

Premièrement, une résistance exceptionnelle à la sulfuration due à une teneur élevée en chrome.La sulfuration est une forme de corrosion à haute-température dans laquelle le soufre réagit avec le fer, le nickel et le chrome pour former des sulfures à bas-point de fusion-sulfures. Contrairement à l'oxydation (qui forme une tartre protectrice de Cr₂O₃), la sulfuration produit généralement des tartres poreux non -protecteurs qui permettent une attaque rapide et continue. La clé de la résistance à la sulfuration est de maintenir une teneur suffisante en chrome pour former une couche protectrice de sulfure de chrome (Cr₃S₄ ou Cr₂S₃) qui est plus stable et moins perméable que les sulfures de fer ou de nickel. L'Incoloy 890 contient 25 à 28 % de chrome-considérablement plus élevé que le 310H standard (24 à 26 %) et bien supérieur au 304H (18 à 20 %). Ce chrome supplémentaire offre une marge de sécurité dans les environnements de sulfuration les plus sévères, tels que les tubes chauffants des raffineries exposés à du pétrole brut à haute teneur en soufre (2 à 4 % de soufre) à 1 200 à 1 600 degrés F (649 à 871 degrés). L'expérience sur le terrain dans les tubes de chauffage de cokéfaction retardée montre que l'Incoloy 890 dure 3 à 5 fois plus longtemps que 310H dans des conditions identiques.

Deuxièmement, une teneur en nickel équilibrée pour une résistance optimale au soufre.Bien qu'une teneur élevée en nickel soit bénéfique pour de nombreuses formes de corrosion, le nickel lui-même forme des sulfures de nickel à bas-point de fusion-sulfures (Ni₃S₂, point de fusion 1 179 degrés F / 637 degrés) qui peuvent provoquer une sulfuration catastrophique en phase liquide-. L'Incoloy 890 contient 32 à 35 % de nickel-suffisamment élevé pour résister au chlorure SCC si cela devient un problème dans les processus en aval, mais suffisamment faible pour éviter les graves problèmes de sulfuration du nickel observés dans les alliages de nickel à haute teneur-comme l'Incoloy 800 (32 à 35 % de Ni, en fait similaire) et l'Inconel 600 (72 % de Ni). La teneur en nickel de l'alliage est soigneusement optimisée pour équilibrer la résistance à la sulfuration et à d'autres formes d'attaque.

Troisièmement, des ajouts de silicium et de manganèse pour une protection renforcée.L'Incoloy 890 contient 0,3 à 0,8 % de silicium et 0,5 à 1,0 % de manganèse. Ces éléments favorisent la formation d'une sous-couche riche en silice (SiO₂)-sous-sous la calamine de sulfure de chrome. Cette couche de silice réduit encore davantage la diffusion du soufre dans le métal de base. Le silicium est particulièrement efficace dans les environnements sulfurés ; de nombreux alliages résistants à la sulfuration- (par exemple, RA330, 353MA) reposent sur des ajouts de silicium. La teneur en manganèse aide à lier le soufre résiduel sous forme de sulfures de manganèse stables, réduisant ainsi l'activité du soufre disponible pour attaquer le chrome et le fer.

Mécanisme de rupture dans les alliages inférieurs :Dans un tube chauffant de raffinerie traitant du pétrole brut à 3 % de soufre à 1 400 degrés F (760 degrés) :

L'acier inoxydable 304H (18 % Cr) forme du tartre de sulfure de fer en quelques semaines ; des éclats de tartre, exposant du métal frais ; amincissement de la paroi du tube de 0,1 pouce/an typique

L'acier inoxydable 310H (24 à 26 % de Cr) est plus performant mais subit toujours une sulfuration de 0,02 à 0,05 pouce/an

L'Incoloy 890 (25 à 28 % Cr + Si) connaît des taux de sulfuration inférieurs à 0,005 pouce/an, offrant 10+ années de service

Applications typiques :Tubes chauffants de raffinerie (réchauffeurs de pétrole brut, sous vide, de cokéfaction, de reformage), tubes de surchauffeur et de réchauffeur de chaudières à charbon- (les brûleurs à faible-NOx créent des conditions de sulfuration), tubes de chaudières de déchets-afin de-énergie (haute teneur en soufre provenant des déchets de plastiques/caoutchoucs) et composants de chaudières de récupération chimique dans les usines de pâte à papier (soufre provenant de la liqueur noire).

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5. Q : Quelles sont les exigences critiques en matière de soudage pour les tuyaux Incoloy 864 par rapport à l'Incoloy 890 ?

A:Le soudage de l'Incoloy 864 et de l'Incoloy 890 nécessite une attention particulière à différents problèmes : maintenir la résistance aux piqûres pour le 864 et éviter les fissures à chaud pour le 890. Les deux alliages sont généralement soudables avec des procédures appropriées.

Pour les tuyaux Incoloy 864 (super-austénitique) :

Sélection du métal d’apport :UtiliserERNiCrMo-3(Inconel 625) ouERNiCrMo-4(C-276) comme charges standards. La charge doit correspondre ou dépasser la teneur en molybdène du métal de base (6 à 8 %) pour maintenir la résistance aux piqûres.ERNiCrMo-3(9 à 10 % de Mo) est préféré pour l'eau de mer et le service FGD. N'utilisez jamais de charges en acier inoxydable (308L, 316L)-elles créent une cellule de corrosion galvanique et manquent de molybdène.

Contrôle de l'apport de chaleur :Température maximale entre les passes : 250 degrés F (121 degrés). Apport de chaleur limité à 20 à 40 kJ/pouce (8 à 16 kJ/cm). Un apport de chaleur plus élevé peut provoquer une précipitation de phases riches en molybdène - (phases sigma ou chi), ce qui réduit la résistance aux piqûres de 50 % ou plus. Utilisez des perles à enfiler plutôt que du tissage.

Nettoyage avant-soudure :Nettoyer avec de l'acétone ou une brosse en acier inoxydable dédiée. Utiliser des meules réservées aux alliages de nickel. Retirez toute contamination de l'acier au carbone - les particules de fer incrustées rouilleront et provoqueront des piqûres.

Traitement thermique après-soudage (généralement non requis) :Pour la plupart des applications, l'Incoloy 864 est utilisé à l'état tel que-soudé. Pour une résistance maximale à la corrosion dans des environnements sévères (par exemple, eau de mer chaude avec des conditions stagnantes, boue d'absorbeur FGD), un recuit de solution à 1 950-2 050 degrés F (1 066-1 121 degrés) suivi d'une trempe rapide à l'eau restaure une résistance totale aux piqûres. Ceci est rarement effectué sur les tuyaux en raison des risques de distorsion et n'est généralement spécifié que pour les tubes d'échangeurs de chaleur critiques.

Pour les tuyaux en Incoloy 890 (résistant à la -sulfuration à haute température-) :

Sélection du métal d’apport :UtiliserER310ouER309charges en acier inoxydable. Pour correspondre à la résistance à la sulfuration,ER310(25 à 28 % de Cr) est préféré. Des charges spécialisées à haute teneur en silicium- (par exemple, ER312) peuvent être utilisées pour les environnements de sulfuration les plus sévères. N'utilisez jamais de charges à faible-alliage ou de charges à base de nickel-à faible teneur en chrome.

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 de chaleur excessif peut provoquer une précipitation de carbure de chrome aux joints de grains, réduisant ainsi la résistance à la sulfuration.

Prévention des fissures à chaud :L'Incoloy 890, avec sa teneur élevée en chrome et relativement faible en nickel, a une plus grande susceptibilité à la fissuration à chaud que le 310H standard. Les précautions comprennent :

Nettoyer soigneusement les surfaces-la contamination par le soufre provenant des liquides de coupe ou des marqueurs est particulièrement nocive

Utilisez un profil de cordon de soudure légèrement convexe.-les cordons concaves augmentent le risque de fissuration.

Évitez les contraintes de soudure excessives-permettez à l'assemblage de se déplacer librement

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 n'est pas pratique pour le soudage sur site et est rarement spécifié.

Avertissements critiques :

Pour Incoloy 864 :N'utilisez pas de produits de remplissage pour acier inoxydable-ils manquent de molybdène et créeront une zone de soudure sujette à la corrosion-. Ne surchauffez pas-la formation de phase sigma est irréversible sans recuit complet de la solution. N'utilisez pas de meules contaminées-les particules d'acier au carbone incrustées provoquent des piqûres.

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-. Ne pas souder sans nettoyer le soufre-contenant des résidus-le soufre favorise la fissuration à chaud.

Exigences de qualification :

Pour l'Incoloy 864 en service dans l'eau de mer ou FGD, la qualification de la procédure de soudage doit inclure des tests de corrosion par piqûres selon ASTM G48 (chlorure ferrique) pour vérifier que les zones soudées et affectées par la chaleur-maintiennent des performances équivalentes au PREN-. Le critère d'acceptation standard est l'absence de piqûres après 72 heures à 77 degrés F (25 degrés) pour la plupart des applications, ou à 104 degrés F (40 degrés) pour un service plus sévère.

Pour l'Incoloy 890 en service de sulfuration à haute-température, la qualification doit inclure des tests d'oxydation/sulfuration à température élevée-, bien qu'il n'existe aucun test codifié standard. De nombreux exploitants de raffineries exigent la démonstration que le joint soudé ne devient pas un site d'attaque préférentiel par exposition à un gaz de procédé simulé à température.