インコロイ 907 パイプとインコロイ 926 パイプの重要な溶接および熱処理要件は何ですか?

1. Q: インコロイ 907 パイプとインコロイ 926 パイプの基本的な組成と特性の違いは何ですか?

A:インコロイ 907 とインコロイ 926 はまったく異なる産業目的に使用され、その違いは根本的に相反する合金設計戦略から始まります。

インコロイ 907 (UNS N19907)制御された-膨張、析出-硬化鉄-ニッケル-コバルト合金です。公称組成は、ニッケル 36 ～ 40%、コバルト 12 ～ 16%、ニオブ 4.5 ～ 5.5%、チタン 1.3 ～ 1.8%、シリコン 0.5 ～ 1.0%、残りが鉄です。重要なのは、クロムの含有量が非常に少ないことです (通常、最大 0.5 ～ 1.0%)。クロム含有量が低いのは、クロムがこの合金を定義する低熱膨張特性を乱すことを意図したものです。-インコロイ 907 は、Ni3(Nb,Ti) 相と Ni3(Ti,Al) 相を形成するニオブとチタンによる析出硬化によってその特性を実現します。最も際立った特徴は、室温から 700°F (371°C) までの範囲で約 4.5 ～ 5.5 × 10-6/°F (8-10 × 10-6/°C) という極めて低い熱膨張係数 (CTE) です。これはセラミック材料や特定のガラスと非常によく合います。また、この合金は動作温度範囲全体にわたって一定の弾性率を示します。

インコロイ 926 (UNS N08926)は、極度の水腐食耐性を目的に設計されたスーパーオーステナイト系ステンレス鋼です。-公称組成は、ニッケル 24 ～ 26%、クロム 19 ～ 21%、モリブデン 6.0 ～ 7.0%、銅 0.8 ～ 1.5%、窒素 0.15 ～ 0.25%、残りが鉄です。これは、耐孔食性とオーステナイトの安定化のために窒素を添加した高-クロム、高-モリブデン合金です。インコロイ 907 とは異なり、インコロイ 926 にはコバルトが含まれておらず、ニオブも非常に少なくなっています。その熱膨張係数は約 8.5 ～ 9.5 × 10-6/°F (15 ～ 17 × 10-6/°C) で、オーステナイト合金の典型的な値です。合金は析出硬化しません-。その強度は固溶体と格子間窒素から得られます。

冶金学的意味:インコロイ 907 は、中程度の温度 (最大約 900°F / 482°C) での寸法安定性を考慮して設計されています。低膨張なので、熱不整合応力を発生させることなく、セラミック、ガラス、またはその他の低膨張材料と組み合わせることができます。-ただし、クロムが含まれていないため、酸化または腐食性の水性環境には適していません。-錆びたり穴が開きやすくなります。対照的に、インコロイ 926 は、海水、酸性塩水、化学プロセスの流れなど、湿った腐食性の高い環境向けに設計されています。孔食、隙間腐食、塩化物応力腐食割れに対して優れた耐性を示しますが、特別な低膨張特性はありません。-

それらの中から選択する:アプリケーションが要求する場合適度な温度で低い熱膨張(電子パッケージング、精密機器ハウジングなど)、インコロイ 907 を選択してください。優れた耐水腐食性(例: 海水配管、薬品タンク、排煙脱硫)、インコロイ 926 を選択してください。両方の合金が実行可能な代替となる用途は事実上ありません。

2. Q: Incoloy 907 および Incoloy 926 シームレス パイプを規定する業界標準と仕様は何ですか?

A:2 つの合金は、異なる業界や規制環境に対応するため、まったく異なる仕様フレームワークに該当します。

インコロイ 907 シームレスパイプの場合:

専用の ASTM パイプ仕様は存在しません。インコロイ 907 は、標準的なパイプとしてではなく、主に棒、鍛造、および板として生産されます。パイプが必要な場合は、通常、棒材からの深絞りまたは機械加工によって、またはカスタムオーダーに基づいて特殊なシームレスチューブミルによって製造されます。

ASTM F1684– インコロイ 907 および類似合金の制御膨張合金、カバーバー、鍛造素材の標準仕様。-

AMS 5875– インコロイ 907、カバーバー、鍛造品、およびリングの航空宇宙材料仕様。これは、この合金の最も一般的な仕様です。

顧客固有の調達文書-– Incoloy 907 パイプは非標準であるため、購入者は通常、パイプ固有の要件（水圧試験、寸法公差、NDT）を追加しながら、化学的性質と特性について AMS 5875 を参照する詳細な材料仕様と寸法仕様を発行します。-

インコロイ 926 シームレスパイプの場合:

ASTM B677 / ASME SB677– シームレスニッケル-鉄-クロム-モリブデン-銅-窒素合金パイプの標準仕様（UNS N08926）。これは主なパイプ仕様です。

ASTM B673– 溶接パイプの標準仕様 (ただし、重要なサービスにはシームレスが推奨されます)。

ASME ボイラーおよび圧力容器コード セクション II、パート D– N08926 の最大約 600°F (316°C) までの温度における許容応力値を提供します。この合金は耐食性が低下するため、通常 600°F を超える温度では使用されません。

ノーソク M-630– 海水および塩水サービス向けのインコロイ 926 (6% モリブデン スーパー-オーステナイト系ステンレス鋼としても知られる) を含むノルウェーの石油およびガス規格。

ISO 15156 / NACE MR0175– Incoloy 926 は、適切な硬度制限を備えたサワーサービス (H₂S- を含む環境) に適しています。

調達に関する考慮事項:インコロイ 907 の場合、非標準のパイプ製造のため、長いリードタイムと高コストが予想されます。-インコロイ 926 のシームレス パイプは、ASME B36.19 に準拠した標準スケジュール (Sch 10S、40S、80S) で複数の世界的な工場から市販されています。材料試験報告書に正しい UNS 番号と、インコロイ 926 の場合は耐孔食性にとって重要な窒素含有量 (0.15 ～ 0.25%) が記載されていることを常に確認してください。

3. Q: 耐食性が低いにもかかわらず、インコロイ 907 パイプが精密電子機器や航空宇宙用途に使用されているのはなぜですか?

A:インコロイ 907 パイプは、耐食性のためではなく、その独自の組み合わせにより、精密エレクトロニクス、航空宇宙計装、防衛システムに重要な用途を見出しています。超低熱膨張、一定の弾性率、適度な強度最高 700°F (371°C) の温度で使用可能。これらの特性により、市販の他の合金では真似できない性能が実現します。

熱膨張を制御して寸法安定性を実現:レーダー導波管、レーザーハウジング、慣性ナビゲーションシステムコンポーネントなどの精密用途では、温度による寸法変化が性能に直接影響します。導波管が 0.001 インチ/フィート (0.08 mm/m) でも伸縮すると、動作周波数がシフトしたり、位相エラーが発生したりする可能性があります。インコロイ 907 の CTE は約 5 × 10-6/°F (9 × 10-6/°C) で、誘電体インサートやフィードスルーに使用されるホウケイ酸ガラスや特定のセラミック材料に匹敵します。膨張率を一致させることで、アセンブリは極低温から +700°F (371°C) までの極端な温度にわたって位置合わせとシールの完全性を維持します。インコロイ 926 は 907 のおよそ 2 倍の CTE を持ち、これらの用途では許容できない位置ずれやシール漏れを引き起こす可能性があります。

予測可能な動的応答のための一定の係数:ほとんどの金属の弾性率 (ヤング率) は温度が上昇すると低下し、構造の剛性が変化します。高精度の機器では、このシフトにより固有振動数が変化し、校正ドリフトや振動による誤差が発生する可能性があります。-インコロイ 907 は、室温から約 800°F (427°C) までほぼ一定の弾性率を維持するように設計されています。設計者は、複雑な温度依存モデルを使用せずに、構造の挙動を正確に予測できます。-この特性は、動作中に大きな温度変動が発生したり、打ち上げや大気圏に突入する際の熱サイクルが発生したりする航空機および宇宙搭載の計器において特に価値があります。{10}}

中温での析出硬化強度-:制御された時効処理 (溶体化処理に続いて約 1325°F / 718°C および 1150°F / 621°C での二重時効処理) により、インコロイ 907 は良好な延性 (10 ～ 20% の伸び) を備えた 100 ～ 130 ksi (690 ～ 896 MPa) の降伏強度を達成します。この強度により、航空宇宙やミサイルの用途において重要な考慮事項である-肉厚のパイプ セクションの軽量化{13}}が可能になります。

なぜインコロイ926を使用しないのでしょうか？インコロイ 926 には低膨張特性がありません。- CTE は 907 の約 2 倍であるため、同等の拡張アセンブリには適していません。- 926 は優れた耐食性を備えていますが、密閉された乾燥した電子環境や、パイプが不活性ガスや作動油を運ぶ航空宇宙用途では、その特性は無関係です。

代表的な用途:レーダー導波管、ミ​​サイル誘導システム冷却ライン、衛星計器ハウジング、精密光学ベンチサポート、および熱収縮が他のコンポーネントと一致する必要がある極低温供給ライン。これらの役割において、Incoloy 907 の寸法安定性により、要求の厳しい環境における数千回の熱サイクルにわたって信頼性の高い動作が保証されます。

4. Q: インコロイ 926 シームレス パイプが海水や強力な化学サービスに適しているのはなぜですか?

A:インコロイ 926 シームレス パイプは、局所的な腐食に対する優れた耐性により、海水処理、化学処理、排煙脱硫 (FGD) システムにおいて支配的な地位を獲得しています。 3 つの特有の特性により、標準的なステンレス鋼や多くの高級ニッケル合金よりも優れていることが説明されています。-

まず、非常に高い耐孔食性等価数（PREN）です。PREN は %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N として計算されます。インコロイ 926 の場合:

クロム: 19 ～ 21%

モリブデン：6.0～7.0%

窒素: 0.15 ～ 0.25%

これにより、PREN は約 40 ～ 45 になります。比較すると:

316Lステンレス鋼：PREN ∼24–26

デュプレックス 2205: PREN ∼35–38

インコロイ 825: PREN ∼30–33

PREN が高いほど、塩化物を含む環境における孔食や隙間腐食に対する耐性が優れていることを示します。{0}}暖かい海水（27～38°C / 80～100°F）では、数週間以内に 316L の穴が開きます。 Duplex 2205 は性能が優れていますが、生物付着や堆積物の下では隙間腐食が発生する可能性があります。インコロイ 926 は、約 120 ～ 140°F (49 ～ 60 °C) までの海水中での孔食に耐性があり、熱帯海水冷却システム、消火水ライン、バラスト配管に適しています。

第二に、塩化物応力腐食割れ（SCC）に対する耐性です。オーステナイト系ステンレス鋼 (304L、316L) は、約 140°F (60°C) 以上で、特に蒸発条件下で塩化物 SCC の影響を非常に受けやすくなります。インコロイ 926 の高いニッケル含有量 (24 ～ 26%) とモリブデン含有量は、SCC の挙動を根本的に変化させます。この合金は、濃縮塩水、塩化物がキャリーオーバーした蒸気凝縮水、海洋大気条件など、水系での使用に遭遇するすべての温度にわたって SCC に耐性があります。このため、海洋プラットフォームの配管、海水淡水化プラント、沿岸の化学施設に最適です。

第三に、混合酸環境における優れた性能です。モリブデン (6 ～ 7%) と銅 (0.8 ～ 1.5%) の組み合わせにより、還元酸、特に硫酸やリン酸に対する優れた耐性が得られ、高クロム含有量により酸化条件から保護されます。排煙脱硫 (FGD) システム-では、湿式スクラバーが発電所の排気から SO₂ を除去します-環境は、塩化物、フッ化物、低 pH (2～4) によって還元と酸化が交互に繰り返されます。インコロイ 926 は、酸化異常に対する耐性が優れているため、特定の FGD ゾーンでは C-276 などの高級モリブデン合金よりも優れた性能を発揮します。多くの FGD 吸収塔スプレー ヘッダーおよびミストエリミネーター サポート パイプは現在、インコロイ 926 として指定されています。

故障モードの比較:ガスケットの下に停滞した隙間がある、90°F (32°C) に冷却された海水-熱交換器内:

316L チューブでは 6 ～ 12 か月以内にピンホール漏れが発生します

Duplex 2205 は 2 ～ 5 年は耐えられますが、ガスケットで隙間腐食が始まります。

インコロイ 926 は 15 ～ 20+ 年間のサービスを提供し、多くの場合、機器の設計寿命を超えます

代表的な用途:海水冷却配管（発電所、LNG基地）、消火システム（海洋プラットフォーム）、海水淡水化プラント相互接続配管、ケミカルタンカーの貨物ライン、紙パルプ漂白プラント配管（二酸化塩素サービス）、医薬品反応器移送ライン。

5. Q: Incoloy 907 パイプと Incoloy 926 パイプの重要な溶接および熱処理要件は何ですか?

A:インコロイ 907 は極度の亀裂感受性を伴う析出硬化であるのに対し、インコロイ 926 は優れた溶接性を備えた固溶強化であるため、これら 2 つの合金の溶接にはまったく異なるアプローチが必要です。-

インコロイ 907 パイプの場合 (亀裂のリスクが高い):

ひずみ時効割れに対する極度の過敏性:{0}}インコロイ 907 は、溶接が最も難しいニッケル合金の 1 つです。ひずみ{2}}時効割れは、溶接後の熱処理中に析出硬化によって溶接熱の影響を受ける部分に亀裂をもたらす応力が発生するときに発生します。-必須の予防措置には次のようなものがあります。

溶体化処理（軟化）状態でのみ溶接{0}してください-時効状態では決して行わないでください

溶接前に 300 ～ 400°F (149 ～ 204°C) に予熱します。

低い熱入力を使用します: 15 ～ 25 kJ/インチ (6 ～ 10 kJ/cm)

最大パス間温度: 400°F (204°C)

最小限の拘束具を使用して-アセンブリが自由に動かせるようにします

フィラー金属の選択:使用ERNiFeCr-2(インコネル 718 フィラー) または特殊なERNiCo-1合金 907 組成に適合するフィラー。ステンレス鋼フィラーや ERNiCr-3 などの一般的なニッケルフィラーは決して使用しないでください。これらは膨張特性が一致せず、亀裂の危険性が生じます。

-溶接後の熱処理（必須かつ重要）:溶接後、アセンブリは制御された析出硬化サイクルを受ける必要があります。-

溶体化処理 (必要な場合): 1800°F (982°C) で 1 インチあたり 1 時間、急速冷却

最初の熟成: 1325°F (718°C) で 8 時間、炉は最大 200°F (93°C)/時間で 1150°F (621°C) まで冷却

2 番目の熟成: 1150°F (621°C) で 8 時間保持し、空冷

昇温速度は重要です-急速な加熱または冷却は亀裂の原因となります

インコロイ926パイプの場合（溶接性良好）：

フィラー金属の選択:使用ERNiCrMo-3(インコネル 625) を標準フィラーとして使用します。それほど重要ではないサービスについては、ERNiCrMo-10またはER385(6% Mo 組成に一致) を使用することもできます。耐孔食性を維持するには、フィラーは母材金属のモリブデン含有量 (6 ～ 7%) と一致するか、それを超える必要があります。

入熱制御：最大パス間温度: 250°F (121°C)。熱入力は 20 ～ 40 kJ/インチ (8 ～ 16 kJ/cm) に制限されます。入熱が高くなると、モリブデン-が豊富な相の析出（シグマ相）が発生し、耐食性が低下する可能性があります。

溶接前の洗浄:-溶接部分をアセトンまたは専用のステンレススチールブラシで清掃します。ステンレス/ニッケル合金専用の砥石を使用してください。錆による汚れを防ぐために、炭素鋼の汚染をすべて除去します。

溶接後の熱処理（通常は必要ありません）:{0}ほとんどの用途では、インコロイ 926 は溶接された状態で使用されます。-ただし、厳しい環境（停滞状態の温海水など）で最大の耐食性を得るには、1950 ～ 2050°F (1066 ～ 1121°C) での溶体化焼鈍とそれに続く急速水冷処理により完全な耐孔食性が回復します。歪みのリスクがあるため、これはパイプではめったに実行されません。

重要な警告:

インコロイ 907 の場合:資格のある手順なしに溶接しないでください。経年劣化した状態での溶接は行わないでください。 -溶接時効処理-後の接合部の強度は 40 ～ 50 ksi (276 ～ 345 MPa) しかありませんので、省略しないでください。標準的なニッケルフィラーメタルは使用しないでください。

インコロイ 926 の場合:ステンレス鋼フィラー (308L、309L、316L) は使用しないでください。-これらは電解腐食セルを生成し、モリブデンが不足しています。過熱しないでください。-過剰な入熱によりシグマ相が発生し、孔食抵抗が 50% 以上減少します。汚染された砥石車は使用しないでください。{8}炭素鋼の粒子が埋め込まれていると錆びの原因となります。

資格要件:インコロイ 907 の場合、溶接手順の認定には、ひずみ時効割れがないことを確認するための断面顕微鏡による破壊試験が含まれている必要があります。-多くの航空宇宙仕様では、すべての溶接部の 100% X 線検査と蛍光浸透検査が必要です。海水用途における Incoloy 926 の認定には、溶接部や熱影響部が PREN- と同等の性能を維持していることを確認するため、ASTM G48 (塩化第二鉄) に準拠した孔食試験が含まれる必要があります。-