インコロイ 800H/HT パイプの腐食制限は何ですか?

1. Q: 化学組成、熱処理、および高温強度の点で、インコロイ 800、800H、および 800HT の主な違いは何ですか?{4}}

A:インコロイ 800 (UNS N08800)、800H (N08810)、および 800HT (N08811) はすべて、公称 30～35% の Ni、19～23% の Cr、39～42% の Fe を含む鉄-ニッケル-クロム合金です。ただし、それらは次の点で大きく異なります。カーボン含有量、アルミニウム＋チタン含有量、熱処理これは高温での機械的性能に直接影響します。{0}

インコロイ 800 (UNS N08800):

炭素: 最大 0.10% (通常 0.05 ～ 0.07%)

アルミニウム+チタン：0.3～1.2％（合計）

熱処理: 980 ～ 1038 度 (1800 ～ 1900 度 F) で溶体化処理し、その後水冷または急冷

粒度：ASTM 5以上（通常20～50μm）

主な特徴: 延性と加工性は最高ですが、クリープ強度は最低です。主に、クリープが問題にならない 600 度 (1110 度 F) 未満の用途に使用されます。

インコロイ 800H (UNS N08810):

炭素：0.05～0.10％（上限範囲に制御）

アルミニウム+チタン: 0.3–1.2%

熱処理: 800 - よりも大幅に高い 1121 ～ 1177 度 (2050 ～ 2150 度 F) - で溶体化処理し、その後急速冷却

粒度：ASTM 5以上（ASMEコードに基づく最小平均粒径90μm）

主な特徴: 粒子サイズが粗く、炭素含有量が高いため、650 度 (1200 度 F) を超えるクリープ破断強度が向上します。粗大粒子は、高温での粒界の滑りを軽減します。

インコロイ 800HT (UNS N08811):

炭素: 0.06–0.10%

アルミニウム+チタン：0.85～1.2％（上限値に制御、最低0.85％を合わせて）

熱処理: 800H と同じ: 1121 ～ 1177 度 (2050 ～ 2150 度 F)、急速冷却

粒度：ASTM 5以上（最小90μm）

主な特徴: Al + Ti 含有量が高くなると (最低 0.85%)、使用中に微細で凝集した析出物 (Ni₃(Al,Ti)) の形成が促進され、析出強化がもたらされます。. 800HT は 3 つのグレードの中で最高のクリープ強度を提供し、750 度での 800H よりも約 20 ～ 30% 高い 100,000 時間破断強度を備えています。

パイプ選択の実際的な意味:

800パイプ: 低温 (600 度以下) または蒸気発生器給水ライン、苛性物質移送配管などの-クリープ-が制限されていないサービスに使用します。

800Hパイプ: 石油化学炉のチューブ、改質器出口マニホールド、および 650 ～ 800 度で動作するエチレン分解コイルの標準的な選択肢。

800HTパイプ: 最大限のクリープ寿命が必要とされる過熱管、アンモニア改質装置のピグテール、水素改質装置の出口ラインなどの高応力、高温の用途に適しています。-

2. Q: スチームメタン改質装置 (SMR) およびエチレン分解炉の用途には、ステンレス鋼 310H よりもインコロイ 800H/800HT パイプが好まれるのはなぜですか?

A:インコロイ 800H および 800HT パイプは、水蒸気メタン改質装置 (SMR)水素やアンモニアのプラントだけでなく、エチレン熱分解炉石油化学クラッカーに。いくつかの基本的な特性により、310H ステンレス鋼 (UNS S31009、25% Cr、20% Ni) よりも優先されることが正当化されます。

a) 700 ～ 950 度 (1290 ～ 1740 度 F) での優れたクリープ強度:

870 度 (1600 度 F) での 800HT の 100,000 時間クリープ破断強度は約 20 ～ 25 MPa ですが、310H の場合は 12 ～ 15 MPa です。これは、同じ設計寿命 (改質器の場合は通常 100,000 時間) を達成するには、310H の管壁が 40 ～ 60% 厚くなることに相当します。

b) シグマ相脆化に対する耐性:

310H には 25% の Cr が含まれていますが、ニッケルは濃縮されていません。 550 ～ 750 度で長期間さらされると脆性シグマ相 (FeCr 金属間化合物) が形成され、延性と衝撃靱性がほぼゼロに低下します。-インコロイ 800H/HT は、ニッケル含有量が高い (30 ～ 35%) ため、シグマ相の形成を完全に抑制します。これは、プラントの起動時と停止時に熱サイクルが発生する改質管にとって重要です。

c) 低い熱膨張:

インコロイ 800H/HT の熱膨張係数 (CTE) は約 14.4 × 10-6 / 度 (20 ～ 800 度) ですが、310H の熱膨張係数は 17.5 × 10-6 / 度です。 CTE が低いため、厚肉管内の熱応力が軽減され、炉コイルの歪みが最小限に抑えられます。{9}}

d) 金属粉塵に対する耐性 (壊滅的な浸炭):

450 ～ 750 度の合成ガス環境 (CO + H₂) では、310H はメタルダスティング - を起こし、金属が炭素に富んだ微細な粒子に分解されます -。 Incoloy 800H/HT の高いニッケル含有量（30～35%）により、炭素の侵入を防ぐ、より保護的なニッケルが豊富な表面層が形成されます。-厳しい金属粉塵条件では、制御された Al + Ti を備えた 800HT がさらに優れた耐性を提供します。

e) 溶接性と修理性:

310H パイプは完全なフェライト-オーステナイト凝固モードのため、溶接中および溶接後の熱処理中に高温割れが発生しやすくなります。-インコロイ 800H/HT は、適合する溶加材 (ERNiCr-3) を使用して確実に溶接し、プラントの停止中にその場で修理できるため、改質管交換の重要な利点となります。

経済的な比較:

したがって、310H は初期の材料コストが低くなりますが、より厚い肉厚が必要であり、設計寿命が短く、脆化のリスクがあるため、インコロイ 800H/HT が最適になります。技術的に優れ、経済的に正当な選択重要な高温炉の配管用。-

3. Q: Incoloy 800H/800HT パイプの高温クリープ特性を維持するには、どのような製造と溶接が必要ですか?{3}}

A:インコロイ 800H/HT パイプの適切な製造と溶接は、高温クリープ耐性を提供する粗粒構造と析出強化の可能性を維持するために不可欠です。{{1}間違った方法を使用すると、クリープ寿命が 50 ～ 80% 短縮される可能性があります。

溶接プロセスと溶加材:

好ましいプロセス: ルート パスには GTAW (TIG)、フィルとキャップには GTAW または GMAW (MIG)。 SMAW (スティック) は現場溶接に使用できますが、より厳密な制御が必要です。

フィラーメタル: ERNiCr-3 (インコネル 82) または ERNiCrFe-6。適合する 800H フィラーは使用しないでください。高温亀裂を防ぐために必要なニオブが不足しています。 ERNiCr-3 には 2 ～ 3% の Nb が含まれており、硫黄とリンの不純物を結合します。

事前洗浄-: オイル、グリース、塗料、硫黄を含むマーキング化合物をすべて取り除きます。{0}アセトンまたはアルコールで洗浄した後、ステンレス鋼ワイヤーでブラッシングしてください。

重要な溶接管理:

入熱制限: パス間温度を 150 度 (300 度 F) 未満に維持します。最大入熱: 壁厚 6 ～ 15 mm の場合、25 ～ 35 kJ/インチ。過剰な熱により粗大粒界が溶解し、クリープ強度が大幅に低下する微細な-熱影響部-が形成されます。

溶接後熱処理（PWHT）なし-: 多くの合金鋼とは異なり、800H/HT パイプはないPWHTを受信します。 1000 度を超える熱処理は、粗粒構造 (最小 90 μm) を再結晶化させて微粒 (20 ～ 30 μm) にし、耐クリープ性を破壊します。 ERNiCr-3 フィラーを使用した溶接状態は、950 度までの使用に耐えます。-

バック-パージ: ルートパスの場合は、内部酸化を防ぐためにアルゴン（99.995% 以上）でバック パージします。{0}溶接ルートの酸化によりクロム欠乏領域が形成され、クリープ荷重下で亀裂が発生します。{3}

曲げと成形:

熱間曲げ: 1050 ～ 1150 度 (1920 ～ 2100 度 F) まで均一に加熱します。粒界炭化物の溶解を避けるために、1170 度 (2140 度 F) を超えないようにしてください。曲げてから急速に冷却します (水スプレーまたは強制空気)。しないでください低速冷却 - により、制御されない方法で粒界炭化物が析出します。

冷間曲げ加工: 直径 200 mm まで、厚さ比 (D/t) > 20 の場合、15 ～ 20% の伸び制限で冷間曲げが可能です。ただし、冷間曲げにより残留応力が発生し、クリープ寿命が 10 ～ 20% 短縮されます。 870 度 (1600 度 F) で 1 時間応力を除去すると、クリープ耐性のほとんどが回復します。

検査要件:

放射線検査（RT） : 100% of girth welds in reformer service - reject any porosity >1.5mmまたは直線表示。

液体浸透探傷試験 (PT): 修復された領域を含む、すべての完了した溶接。

硬さ試験: Weld metal hardness should be within 10 HRC of base metal. Excessive hardness (>95 HRB) は、不適切な入熱またはフィラーの選択を示します。

避けるべき一般的な製造ミス:

汚れた砥石による研削: 以前に炭素鋼で使用されていたホイールは絶対に使用しないでください。- 埋め込まれた鉄粒子は高温割れを引き起こします。

熱間曲げ中の過老化-: Holding at 1050–1150°C for >30分では析出物が粗大化して強度が低下します。

炭素鋼バッキングリングを使用: これらは硫黄と炭素の汚染を引き起こします。セラミックまたはニッケル合金の裏地を使用してください。{1}

これらの実践に従うことで、溶接されたインコロイ 800H/HT パイプは、石油化学炉の 100,000 時間の設計寿命に不可欠な母材クリープ破断寿命 - の 90% 以上を確実に達成します。

4. Q: 高温高圧水素サービス (水素改質装置、アンモニア プラントなど) におけるインコロイ 800H/HT パイプの設計上の考慮事項は何ですか?{2}}

A:インコロイ 800H/HT パイプは以下の分野で広く使用されています。700 ～ 950 度、最大 35 bar (500 psi) の圧力での水素サービス特に水蒸気メタン改質装置 (SMR) やアンモニア プラントで使用されます。いくつかの独自の設計上の考慮事項が適用されます。

a) クリープ-疲労相互作用:

改質器は、毎日の熱サイクル（起動 / 停止）に加えて、長期にわたる定常状態のクリープを経験します。{0}組み合わせにより、どちらかの機構を単独で使用する場合よりも寿命が短縮されます。設計コード (ASME セクション VIII ディビジョン 2、EN 13445) では次のことが要求されます。クリープ-疲労相互作用解析線形ダメージ合計ルールを使用すると、次のようになります。

∑(n/Nd)+∑(t/Tr) 1以下 ∑(n/Nd)+∑(t/Tr) 1以下

ここで、n=サイクル数、疲労のみの N_d=許容サイクル、温度での t=時間、その応力/温度でのクリープ破断寿命 T_r=です。

一般的な SMR サービス (870 度で 10,000 サイクル、80,000 時間) の場合、クリープ-疲労損傷の合計は次のようになります。<0.8 to provide safety margin.

b) 高温での水素脆化:

一般に信じられていることに反して、ニッケル-鉄合金の水素脆化は300 ～ 500 度で最も深刻(572 ～ 932 度 F)、改質装置の動作温度 (800 ～ 900 度) ではありません。 800 度では、水素は急速に拡散し、粒界に蓄積しません。ただし、その間、起動とシャットダウン(400～500度を通過)、高温で吸収した水素は剥離を引き起こす可能性があります。

緩和: 500 度以下の冷却中に炉を不活性ガス (窒素または蒸気) でパージして水素を除去します。 400 ～ 500 度の範囲で保持時間が最小になるように設計します。

c) 浸炭とコークス化:

炭化水素-蒸気混合物では、炭素活量（aC）が 1.0 を超える可能性があり、浸炭が発生します。浸炭により強度は向上しますが、延性が低下し、局所的な領域で「金属ダスティング」が発生する可能性があります。

API 530 ごとの設計制限: 炭化水素サービスでの 800H/HT の場合、金属温度を 900 度 (1650 度 F) 以下に、炭素活性を aC < 0.8 に制限します。 aC > 0.8 が避けられない場合は、800HT (より高い Al+Ti) を指定し、850 度に制限します。

コーキング防止: 炭素前駆体を一掃する乱流 (レイノルズ数 > 10,000) 向けの設計。滑らかなボア（Ra < 0.8 μm）によりコークスの付着が軽減されます。

d) 酸化と剥離:

800H/HT の保護 Cr₂O₃ スケールは熱サイクル中に剥離し、ベースメタルからクロムを消費します。 870 度で 50,000 時間後、クロムの枯渇により内面の有効 Cr が 20% から 12% に減少し、さらに酸化が促進される可能性があります。

設計許容値: API 530 では、100,000 時間の改質管寿命に対して 1.5 ～ 2.5 mm の腐食代を指定しています。この許容値は、酸化と浸炭による金属損失を考慮します。

e) 溶接継手の位置と方向:

水素サービスにおけるガース溶接の位置を特定する必要がある最高温度帯の外 (typically >改質器バーナー炎から 50 mm)。放射部分（800 ～ 950 度）の溶接は、粒状の HAZ により母材よりも 3 ～ 5 倍早く破損します。-

好みのデザイン: すべての放射セクションにシームレスパイプを使用します。対流セクション (温度 < 650 度) で溶接箇所を見つけます。

水素改質器配管の設計コードの概要:

水素サービス用に 800H/HT パイプを指定するエンジニアは、安全で経済的な 100,000 時間の設計寿命を達成するために、クリープ疲労、浸炭、酸化代、溶接位置を考慮する必要があります。{1}

5. Q: インコロイ 800H/HT パイプの腐食制限は何ですか?また、いつ代替材料 (インコネル 625、合金 601 など) を選択すべきですか?

A:Incoloy 800H/HT は多くの高温環境で優れた性能を発揮しますが、-腐食制限は明確に定義されています。-これらの境界を認識すると、早期の失敗を防ぐことができます。

a) 高温での硫化 (硫黄による攻撃):

制限: At >700°C (1290°F) in atmospheres containing >100 ppm H₂S または SO₂ のインコロイ 800H/HT は、低-融点-点のニッケル-硫化ニッケル共晶物 (Ni-Ni₃S₂、645 度で融解) を形成します。これ