Incoloy 832 パイプと Incoloy 890 パイプの重要な溶接要件は何ですか?

1. Q: インコロイ 832 パイプとインコロイ 890 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 832 とインコロイ 890 はどちらも、高温の硫化および酸化環境向けに設計された高性能オーステナイト合金です。{{3}

インコロイ 832 (UNS N08832)は、厳しい硫化環境向けに特別に開発された高-クロム、シリコン-改質オーステナイト合金です。公称組成は、ニッケル 30 ～ 35%、クロム 26 ～ 30%、モリブデン 0.5 ～ 1.5%、シリコン 1.5 ～ 2.5%、マンガン 0.5 ～ 1.0%、炭素 0.02 ～ 0.06%、残りが鉄です。主な特徴は、非常に高いクロム含有量 (26 ～ 30%、インコロイ 890 の 25 ～ 28% よりも高い) と高いシリコン含有量 (1.5 ～ 2.5%、890 の 0.3 ～ 0.8% より大幅に高い) です。この組み合わせにより、高温での硫化（硫黄による攻撃）に対する優れた耐性が得られます。シリコンが多く含まれるため、酸化クロム/硫化クロムスケールの下に保護シリカ (SiO₂) サブ-層の形成が促進されます。インコロイ 832 は、意図的な析出硬化添加を行わずに固溶強化された-ものです-。一般的な降伏強度は室温で 30 ～ 45 ksi (207 ～ 310 MPa) で、有用なクリープ強度は最大約 1800 度 F (982 度) です。

インコロイ 890 (UNS N08890)鉄-ニッケル-クロム合金であり、高温の硫化および酸化環境向けに設計されています。-公称組成は、ニッケル 32 ～ 35%、クロム 25 ～ 28%、モリブデン 0.5 ～ 1.5%、シリコン 0.3 ～ 0.8%、マンガン 0.5 ～ 1.0%、炭素 0.02 ～ 0.06%、残りが鉄です。インコロイ 832 と比較して、インコロイ 890 のクロム含有量はわずかに低く (25 ～ 28% 対 . 26 – 30%)、シリコン含有量は大幅に低くなります (. 1.5 – 2.5% に対して 0.3 ～ 0.8%)。シリコン含有量が低いと、インコロイ 890 の製造と溶接が容易になります。これは、シリコン レベルが高いと脆性シグマ相の形成が促進され、溶接性が低下する可能性があるためです。ただし、シリコンが低いということは、最も攻撃的な環境では耐硫化性が若干低いことも意味します。インコロイ 890 も固溶強化されており、通常の降伏強度は 30 ～ 45 ksi (207 ～ 310 MPa) です。{32}}。

冶金学的意味:インコロイ 832 は、クロムとシリコンを多く含むため優れた耐硫化性を備えていますが、その代償として溶接性が低下し、長期間の高温にさらされると脆性相が形成される可能性があります。--インコロイ 890 は、優れた耐硫化性、優れた耐酸化性、および優れた加工性のバランスを備えています。最も過酷な硫化環境（例、高硫黄原油ヒーター、低 NOx バーナーを備えた石炭-ボイラー-）には、インコロイ 832 が推奨されます。硫化が穏やかで溶接性が重要な一般的な製油所ヒーターサービスには、インコロイ 890 がよく選ばれます。

それらの中から選択する:アプリケーションに関連する場合extreme sulfidation with high sulfur content (>燃料中に 3%) および 1600 度 F (871 度) を超える温度の場合は、Incoloy 832 を選択します。良好な加工性要件を備えた中程度から重度の硫化、インコロイ890を選択します。

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2. Q: Incoloy 832 および Incoloy 890 シームレス パイプを管理する業界標準と仕様は何ですか?

A:これら 2 つの合金は同様の仕様フレームワークでカバーされていますが、Incoloy 832 はあまり標準化されておらず、購入者に固有の仕様が必要になることがよくあります。-

インコロイ 832 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 832 は独自グレードまたは準標準グレードです。-パイプは通常、購入者が開発した ASTM B407（ニッケル-鉄-合金用）を参照する規格（ニッケル-鉄-クロム合金用）を参照し、化学的性質（より高い Cr と Si）および高温特性の追加要件に従って製造されます。-

ASTM B407 / ASME SB407– Incoloy 832 要件を満たすように化学的性質を変更して、基本仕様として使用されます。

ASMEコードケース– 同様の高シリコン合金に対していくつかのコードケースが存在します。-購入者は規範への準拠について工場に相談する必要があります。

API 938-C– アメリカ石油協会は、インコロイ 832 などの合金に関するガイダンスを含む、耐硫化性に関する実践を推奨しています。

インコロイ 890 シームレスパイプの場合:

ASTM B407 / ASME SB407– シームレスニッケル-鉄-クロム合金パイプの標準仕様。これは UNS N08890 の主要な仕様です。

ASTM B163 / ASME SB163– シームレス凝縮器および熱交換器チューブ。高温熱交換器の 890 チューブによく使用されます。-

ASME コードケース 2588– 硫化環境で最大 1800 度 F (982 度) で使用するための ASME ボイラーおよび圧力容器コード構造での Incoloy 890 (UNS N08890) の使用を許可します。

API 938-C– 製油所のヒーターコンポーネントにインコロイ 890 および類似の合金を使用するためのガイダンスを提供します。

調達に関する考慮事項:インコロイ 832 シームレス パイプは、非常に限られた工場供給源を持つ特殊製品です。購入者はリードタイムの​​延長 (16 ～ 24 週間) を覚悟し、工場と緊密に協力して調達仕様を確立する必要があります。化学分析では、シリコン含有量 (1.5 ～ 2.5%) とクロム含有量 (26 ～ 30%) を確認する必要があります。インコロイ 890 はより市販されていますが、それでもリードタイムが 12 ～ 20 週間の特殊グレードです。どちらの合金でも、重要な用途には高温での引張試験とクリープ試験が必要になる場合があります。-

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3. Q: インコロイ 832 シームレス パイプが製油所や発電所の極端な硫化環境に好まれるのはなぜですか?

A:インコロイ 832 シームレス パイプは、インコロイ 890 および 310H ステンレス鋼でさえ許容できない腐食速度に見舞われる最も過酷な硫化環境での評価を獲得しています。 3 つの具体的な特徴がその優位性を説明します。

まず、高クロムと高シリコンによる優れた耐硫化性です。硫化は高温腐食の一形態であり、硫黄が金属と反応して低融点の硫化物を形成します。--耐性の鍵は、保護的で成長の遅い硫化物または酸化物のスケールを形成することです。-インコロイ 832 には、26 ～ 30% のクロム (対 . 25 – 28% 890、24 ～ 26% 310H) と 1.5 ～ 2.5% のシリコン (対 . 0.3 – 0.8% 890) が含まれています。高クロムは、クロム-に富んだ硫化物/酸化物スケールの形成を促進します。シリコンが多く含まれるため、クロムスケールの下に連続した非晶質シリカ (SiO₂) サブ-層の形成が促進されます。このシリカ層は非常に安定しており、硫黄に対する拡散障壁として機能します。製油所のヒーター条件 (1400 ～ 1600 °F / 760 ～ 871 度、燃料中に 2 ～ 4% の硫黄) をシミュレートした実験室テストでは、インコロイ 832 の硫化率は年間 0.001 ～ 0.003 インチ (ipy) でしたが、Incoloy 890 および310H の場合は 0.020 ～ 0.050 ipy。

第二に、硫化と酸化の両方に対する耐性です。多くの耐硫化性-合金（シリコンを非常に多く含む合金など）は、還元（硫化）条件と酸化条件の間で変動する環境では酸化を受けやすい可能性があります。インコロイ 832 はクロム含有量が高い (26 ～ 30%) ため、優れた耐酸化性があり、環境が酸化すると保護用の Cr₂O₃ スケールが形成されます。この二重の機能は、火炎の衝突、空気の侵入、またはプロセスの乱れによって雰囲気が変動する可能性がある製油所のヒーターでは非常に重要です。合金は両方の条件下でも保護を維持します。

第三に、高温での優れたクリープ強度。インコロイ 832 は析出硬化合金ではありませんが、クロム、シリコン、モリブデンの固溶強化によって有用なクリープ強度を実現します。{0} 1600 度 F (871 度) での 100,000- 時間のクリープ破断強度は約 1.5 ～ 2.5 ksi (10 ～ 17 MPa) で、310H に匹敵し、フープ応力が比較的低い (通常 0.5 ～ 1.5 ksi) ほとんどの製油所ヒーター チューブ用途に十分です。

故障モードの比較:1550 °F (843 度)、500 psig の内圧で 3.5% 硫黄原油を処理する原油ヒーター チューブ内:

310H ステンレス鋼: 硫化率 0.030 ipy、チューブ寿命約 3 ～ 4 年

インコロイ 890: 硫化率 0.008 ipy、チューブ寿命約 10 ～ 12 年

インコロイ 832: 硫化率 0.002 ipy、チューブ寿命 20 年超

代表的な用途:製油所の原油ヒーター チューブ（-高硫黄原油サービス）、ディレイド コーカー ヒーター チューブ、真空ヒーター チューブ、石炭-焚きボイラーの過熱器および再熱器チューブ（-低 NOx バーナーが硫化条件を作り出す）、パルプ工場の黒液回収ボイラー コンポーネント、および廃棄物焼却炉のボイラー チューブ（廃プラスチックやゴムからの高硫黄）。

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4. Q: 製油所のヒーター サービスでは、高級合金の選択肢よりもインコロイ 890 シームレス パイプがよく選ばれるのはなぜですか?{2}}

A:Incoloy 890 シームレス パイプは、製油所のヒーター用途で「スイート スポット」を占めています。-標準の 310H ステンレス鋼よりも大幅に優れた耐硫化性を備え、同時に Incoloy 832 などの高級シリコン合金よりも優れた加工性と低コストを実現します。-その広範な採用を説明する 3 つの要因があります。

まず、耐硫化性と加工性のバランスを最適化しました。Incoloy 890 の 25 ～ 28% クロムおよび 0.3 ～ 0.8% シリコンは、310H (通常 24 ～ 26% Cr、0.3 ～ 0.5% Si) と比較して、実質的な耐硫化性を提供します。この改善は顕著であり、-通常、硫化率は 50～70% 減少します。ただし、高-シリコン合金に伴う溶接や製造の困難を避けるために、シリコン含有量は1%未満に保たれます。高ケイ素合金（Si 1.5% 以上）は、溶接中または長期使用中に脆性のシグマ相を形成する可能性があり、- 高温割れが発生しやすくなります。インコロイ 890 は、特殊な予熱や溶接後の熱処理を必要とせず、ER310 溶加材を使用した標準的な手順で溶接できます。-これにより、工場での生産と現場での修理の両方に実用的になります。

2 番目は、幅広い製油所環境で実証済みのパフォーマンスです。インコロイ 890 は、原油ヒーター、真空ヒーター、コーカー ヒーター、改質器ヒーターにおいて数十年にわたる現場経験を蓄積してきました。硫黄含有量 (0.5 ～ 3.0%)、温度 (1200 ～ 1650 度 F / 649 ～ 899 度)、および熱サイクル条件の範囲にわたって確実に機能します。この広範な実績により、製油所のエンジニアは合金を指定する際に自信を得ることができます。対照的に、インコロイ 832 のような高級シリコン合金は、現場での使用実績がより限られており、通常は最も過酷な条件用に予約されています。

第三に、ニッケル基超合金と比較した-費用対効果{1}}です。硫化が深刻な環境では、インコネル 600 やインコロイ 800H などの固体ニッケル ベースの合金を検討するエンジニアもいます。{0}ただし、これらの合金には独自の硫化問題があります。-高-ニッケル合金は、壊滅的な液相硫化を引き起こす低-融点-点の硫化ニッケル (Ni₃S₂、融点 1179 度 F / 637 度) を形成する可能性があります。-。インコロイ 890 は、バランスの取れたニッケル含有量 (32 ～ 35%) を備えているため、この問題を回避しながら、ニッケル- ベースの合金よりも低コストで優れた耐硫化性を実現します。インコロイ 890 の合金コストは通常​​ 310H の 2 ～ 3 倍ですが、固体ニッケル合金の 0.6 ～ 0.8 倍に過ぎないため、経済的なアップグレードとなります。

一般的な製油所ヒーター サービス (1500 °F / 816 度、2% 硫黄燃料) での性能比較:

代表的な用途:製油所の原油および真空ヒーターの輻射セクション、遅延コーカー ヒーター チューブ、改質装置ヒーターのピグテールとマニホールド、水素化処理装置の供給-流出熱交換器（高温側）-、石炭火力発電所の過熱器管（中度の硫化）-。

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5. Q: Incoloy 832 パイプと Incoloy 890 パイプの重要な溶接要件は何ですか?

A:インコロイ 832 とインコロイ 890 の溶接では、異なる問題に注意する必要があります。インコロイ 832 はシリコン含有量が高いため、高温割れとシグマ相のリスクが生じます。一方、インコロイ 890 はより寛容ですが、依然として適切な技術が必要です。

インコロイ 832 パイプ (高シリコン、高クロム) の場合:

高温割れやシグマ相形成のリスクが高くなります。1.5 ～ 2.5% のシリコン含有量は耐硫化性には有益ですが、溶接に重大な課題が生じます。シリコンは粒界膜の融点を下げ、高温亀裂の感受性を高めます。予防措置には次のようなものがあります。

低入熱:最高パス間温度: 250 度 (121 度)。熱入力は 15 ～ 30 kJ/インチ (6 ～ 12 kJ/cm) に制限されます。ストリンガー ビーズのみを使用します-織りは使用しません。

清潔さは非常に重要です。切削液、マーキングペン、または取り扱い工具からの硫黄、リン、銅の汚染は、亀裂のリスクを大幅に高めます。専用のステンレス製ブラシと砥石を使用してください。

予熱:通常は必要ありませんが、200 ～ 300 度 F (93 ～ 149 度) の適度な予熱を行うと、熱勾配と亀裂のリスクが軽減される可能性があります。

拘束：溶接拘束を最小限に抑えます。隙間をはめ込み、アセンブリが自由に動かせるようにしてください。-

フィラー金属の選択:使用ER310またはER309ステンレス鋼のフィラー。最適な耐硫化性を実現するには、ER310(25 ～ 28% Cr) が好ましい。特殊な高シリコン フィラーがいくつか存在しますが、入手できることはほとんどありません。クロム含有量の低い低合金フィラーやニッケルベースのフィラーは決して使用しないでください。{{5}

-溶接後の熱処理（通常は推奨されません）:1950 ～ 2050 度 F (1066 ～ 1121 度) での溶体化焼きなましは延性を回復しますが、現場溶接には実用的ではなく、歪みが発生する可能性があります。ほとんどの Incoloy 832 コンポーネントは、延性の多少の低下を許容して、溶接された状態で使用されます。-

インコロイ 890 パイプ (中程度のシリコン) の場合:

標準的な予防措置を講じれば良好な溶接性が得られます。インコロイ 890 はシリコンが低い (0.3 ～ 0.8%) ため、インコロイ 832 よりも溶接が大幅に容易になります。標準的なオーステナイト系ステンレス鋼の溶接方法が適用されます。

フィラー金属の選択:使用ER310好ましい充填剤として。ER309それほど深刻ではないサービスには許容されます。最適な耐硫化性を実現するには、フィラーは母材の高クロム含有量 (25 ～ 28%) に適合する必要があります。

入熱制御：最高パス間温度: 300 度 (149 度)。熱入力は 25 ～ 45 kJ/インチ (10 ～ 18 kJ/cm) に制限されます。入熱量が高くなると、粒界で炭化クロムの析出（鋭敏化）が発生する可能性があり、耐硫化性が低下する可能性がありますが、水腐食サービスほど重要ではありません。

溶接前の洗浄:-アセトンまたは専用のステンレスブラシで掃除してください。高温使用時の表面劣化を防ぐため、炭素鋼の汚染をすべて除去してください。-

-溶接後の熱処理（必須ではありません）:インコロイ 890 は溶接された状態で使用されます。- -溶接後の溶体化焼鈍は最大の耐硫化性を回復しますが、非現実的であり、指定されることはほとんどありません。

重要な警告:

インコロイ 832 の場合:この合金は容赦がありません。溶接は資格のある手順でのみ行ってください。あらゆる硫黄汚染源を避けてください。-マーキングペンの残留物であってもひび割れの原因となる可能性があります。重要なコンポーネントについては、代替の接合方法 (例: ER310 による溶接とその後の応力除去) を検討してください。一部の製造業者は、亀裂の危険性があるため、すべての溶接部の 100% の X 線検査を要求しています。

インコロイ 890 の場合:低クロム フィラー (308L、316L) は使用しないでください。-これらは硫化攻撃の脆弱な部分を形成します。過剰な入熱は行わないでください。-熱の影響を受ける部分が敏感になり、耐食性が低下します。{6}} 832 よりも寛容ではありますが、適切なテクニックが依然として重要です。

資格要件:

高温硫化サービスにおける両方の合金の場合、溶接手順の認定には高温試験が含まれている必要があります。-成文化された標準的なテストは存在しませんが、多くの製油所運営者は以下を要求しています。

断面顕微鏡検査により、高温亀裂やシグマ相がないことを確認します。-

硬度試験 (通常は 95 HRB 以下または同等)

オプション: 溶接部が優先的な攻撃部位にならないことを確認するために、一定の温度で模擬プロセス ガスに曝露します。

比較表: