インコロイ825プレートとパイプを使用した硫酸プラント用スクラバーシステムを製作しています。溶接金属が母材の耐食性と一致するようにするには、どのような溶加材を使用する必要がありますか?

1. 材料化学と「チタンの安定化」の利点

Q: 当社の硫酸プラントの配管仕様では UNS N08825 が必要です。この合金におけるチタンの具体的な役割は何ですか?また、酸用途の溶接パイプにとってチタンが重要であるのはなぜですか?

A: インコロイ 825 に添加されたチタン (0.6 ～ 1.2%) は単なる微量元素ではありません。これは、溶接または熱暴露後の粒界腐食を防ぐために設計された意図的な冶金制御メカニズムです。

標準的なステンレス鋼では、材料が鋭敏化範囲 (約 900 ～ 1500 度 F / 450 ～ 800 度) に加熱されると、炭素がクロムと結合して粒界にクロム炭化物が形成されます。これにより、隣接する領域のクロムが消耗し、酸性環境での急速な攻撃に対して脆弱になります。-「溶接腐食」として知られる現象です。

UNS N08825 では、チタンはクロムよりも炭素との親和性が高いとされています。熱処理または溶接の熱サイクル中に、チタンは優先的に炭素と結合して、小さな無害な炭化チタン (TiC) を形成します。このプロセスは「安定化」と呼ばれます。

これが酸配管にとって重要な理由:
チタンは炭素を「捕捉」するため、クロムは固溶体に残り、粒界まで耐食性の不動態層を維持します。{0}}これは、Incoloy 825 シームレス パイプまたはチューブは、耐食性を回復するための溶接後の溶体化焼きなましを必要とせず、ほとんどの酸性サービスで溶接された状態で使用できることを意味します。{{4}溶接が避けられない酸洗い装置や酸の生産ラインでは、この安定化によりシステム全体の-卑金属と熱影響部--が攻撃に対して均一な耐性を示すことが保証されます。

2. 硫酸・リン酸サービス

Q: 標準的な 316L ステンレス鋼や C-276 などのさらに高級なニッケル合金よりも、硫酸やリン酸の製造における配管にインコロイ 825 が指定されているのはなぜですか?{2}}

A: 酸製造配管にインコロイ 825 を選択するかどうかは、特に「中程度」の酸濃度と温度における耐食性と経済性の特定のバランスによって決まります。-

メカニズム:

硫酸 (H₂SO₄): 標準の 316L ステンレス鋼は、周囲温度の非常に希薄な硫酸または非常に濃い硫酸中では適切に機能しますが、高温の中間濃度範囲 (20 ～ 60%) では急速に機能しなくなります。 825 に含まれる銅 (1.5 ～ 3.0%) とモリブデン (2.5 ～ 3.5%) は相乗的に作用して、この還元酸環境に対する耐性を提供します。銅は硫酸中での不動態化を特に強化しますが、これは 316L にはない特性です。

リン酸（H₂PO₄）: リン酸製造（肥料に使用）の「湿式プロセス」では、酸には塩化物、フッ化物、石膏などの不純物が大量に含まれています。. 316この環境では孔食や隙間腐食が発生します。合金 825 の高いニッケル含有量 (約 42%) は塩化物応力腐食割れを防止し、モリブデン含有量はハロゲン化物による孔食を防止します。

なぜ C-276 ではないのでしょうか?
C-276 のような合金はさらに高い耐食性を提供しますが、モリブデンとタングステンの含有量が多いため、かなり高価になります。大部分のリン酸蒸発器、パイプ、反応容器において、825 はハイエンド ニッケル合金よりも低コストで、ステンレス鋼より優れた「スイート スポット」-性能を提供します。{6}}多くの場合、酸サービス向けの「主力」エントリーレベルのニッケル合金と考えられています。

3. 酸洗装置と表面処理

Q: 当社の酸洗ラインでは、ステンレス鋼のスケール除去に硝酸 (HNO₃) とフッ化水素酸 (HF) の混合物を使用しています。加熱コイルおよびタンク配管にはインコロイ825を仕様しております。この攻撃的な混酸環境に適しているのはなぜですか?{3}}

A: 硝酸とフッ化水素酸の混合物 (HNO₃/HF) による酸洗いは、金属加工工場において最も腐食性の高い環境の 1 つです。この混合物はスケールを攻撃して除去するように設計されているため、それを含む機器も攻撃します。インコロイ 825 は、酸化性酸 (硝酸) と還元性酸 (フッ化水素) に対する耐性という 2 つの脅威を備えているため、このサービスに選ばれています。-

デュアルメカニズム:

耐酸化性のクロム (HNO₃): クロム含有量 (19.5 ～ 23.5%) は、硝酸の高度な酸化特性に抵抗する安定した不動態酸化膜を形成します。

抵抗 (HF) を低減するためのニッケルとモリブデン: フッ化水素酸は、不動態皮膜を破壊することによって材料を攻撃する還元性の酸です。 825 のニッケル含有量が高いため、HF 攻撃に対する耐性が得られます。モリブデンは、HF によって引き起こされる可能性のある局所的な腐食に抵抗するのにも役立ちます。

ハードウェアの酸洗に関する考慮事項:
浸漬加熱コイルや循環ポンプなどの酸洗装置の場合、合金は熱サイクルや酸洗液の移動による浸食にも耐える必要があります。 825 は加工性に優れていますが、製造業者は、その高い耐食性により、熱間成形中に形成される酸化スケールを除去するのが 304 ステンレス鋼よりも若干難しいことに注意する必要があります。を漬ける製作した装置そのもの（製造スケールを除去するには）強力な硝酸-浴、またはできればアルカリ性のスケール除去とそれに続く酸洗いの組み合わせを使用して、きれいで不動態な表面を確保する必要があります。

4. 調達仕様 (ASTM B423 対 ASTM B163)

Q: 化学プロセスの熱交換器用にシームレス UNS N08825 パイプを購入しています。 ASTM B423 への注文と ASTM B163 への注文の違いは何ですか? どちらを指定する必要がありますか?

A: これは調達における重要な違いです。どちらの仕様も UNS N08825 のシームレス チューブを対象としていますが、異なる最終用途に適用され、検査範囲も異なります。

ASTM B423 (ニッケル-鉄-クロム-モリブデン-銅合金シームレスパイプおよびチューブ): これは、合金 825 のシームレスチューブの一般仕様です。

。通常、化学プラントや酸洗いラインの相互接続配管など、一般的な配管システムに使用されます。 ASME B31.3 に準拠した圧力配管に適した幅広い直径と肉厚をカバーしています。

ASTM B163 (シームレス ニッケルおよびニッケル合金凝縮器および熱交換器チューブ-): この仕様は、表面凝縮器、蒸発器、熱交換器で使用されるチューブ向けに特別に調整されています

。主な違いは、より厳しい寸法公差と、多くの場合より厳しいテスト要件にあります。

公差: B163 では通常、チューブをチューブシートに適切に圧延できるように、外径 (OD) と肉厚をより厳密に制御する必要があります。

試験: B163 では、チューブが熱伝達サービスの薄肉、高信頼性の要求に適していることを確認するために、特定の非破壊試験（渦電流または超音波）を義務付けることがよくあります。-

どれを指定するか?

酸プラントの相互接続パイプ (移送ライン、マニホールド) の場合: ASTM B423 を指定します。

熱交換器チューブ (シェル & チューブ交換器内の実際のチューブ) の場合: ASTM B163 を指定します。熱交換器チューブ バンドル用に B423 パイプを注文すると、外径公差が広すぎて、チューブ シート内で漏れ防止の油圧伸縮継手を実現できない場合があります。-

5. 酸サービスのための溶接および製作

Q: インコロイ 825 プレートとパイプを使用して硫酸プラント用のスクラバー システムを製作しています。溶接金属が母材の耐食性と一致するようにするには、どのような溶加材を使用する必要がありますか?

A: 酸用途でインコロイ 825 を溶接する場合、一般的なルールは溶接部を「過剰合金化」することです。-適合する組成の溶加材を使用しないでください。業界標準の推奨事項は、ERNiCrMo-3 (合金 625) 溶加材を使用することです。-

アロイ 625 フィラーを使用する理由

溶接池内の偏析: 溶接池の凝固中に、合金元素が偏析する可能性があります。 825 の化学的性質に一致する溶加材 (Ni-Cr-Fe-Mo-Cu) を使用した場合、溶接デポジットの局所的な領域でモリブデンまたは銅が減少し、優先的な腐食攻撃部位が形成される可能性があります。

高いニッケル含有量: ERNiCrMo-3 (合金 625) は、ベース金属よりも高いニッケル含有量 (約 64%) と高いモリブデン含有量 (9%) を持っています。この「過剰に適合した」化学的性質により、溶接溶着物は酸性環境において 825 母材金属と少なくとも同等、多くの場合それより優れた耐食性を確保します。それは「腐食緩衝剤」として機能します。

相の安定性: 625 フィラーの化学的性質は、溶接状態で冶金学的により安定しており、熱酸中で攻撃される可能性のある有害な相の形成を防ぎます。-

製造のベストプラクティス:

清浄度: ニッケル合金は汚染物質によって脆化されやすいです。溶接部分にグリース、オイル、マーキング化合物が付着していないことを確認してください。鉄の汚染により不動態層が損なわれる可能性があるため、研削マークはきれいでなければなりません。

入熱: 過剰な熱の蓄積を避けるために入熱を制御します。高温亀裂を防ぐには、パス間温度を制御し（通常は 300 度 F / 150 度未満）、適度な入熱を行うことをお勧めします。