Incoloy 825 so với 316L: Hợp kim niken và thép không gỉ cho môi trường chua và axit

Incoloy 825 (UNS N08825)và thép không gỉ 316L (UNS S31603) thường được so sánh vì cả hai đều chống ăn mòn và cả hai đều trông giống như "hợp kim sáng bóng" đối với người không-chuyên gia. Trên thực tế, chúng thuộc các họ vật liệu khác nhau. 316L là thép không gỉ austenit có chứa khoảng 10-14% niken; Incoloy 825 là hợp kim crom niken-sắt{11}}với 38-46% niken cộng với các chất bổ sung có chủ ý là đồng, molypden và titan. Sự khác biệt về hàm lượng niken không phải là một chi tiết - nó quyết định liệu kim loại có tồn tại được trong khí chua, axit sunfuric và clorua nóng hay nứt lặng lẽ.

Incoloy 825 vs 316L

Điểm mấu chốt: khi dịch vụ liên quan đến khí chua (H2S), axit sunfuric hoặc photphoric hoặc clorua trên khoảng 60 độ, Incoloy 825 là lựa chọn kỹ thuật chính xác và 316L không đủ tiêu chuẩn. 316L vẫn là lựa chọn kinh tế cho nước sạch, hàm lượng nước nhẹ và tiếp xúc với khí quyển. Chọn theo môi trường, không phải theo giá cả: 316L khi ăn mòn nhẹ, 825 khi ăn mòn mạnh hoặc chua.

TThành phần của anh ấy giải thích hầu hết mọi khoảng cách về hiệu suất. Incoloy 825 mang lượng niken nhiều hơn khoảng ba đến bốn lần so với 316L, cộng với đồng (không có ở 316L) để kháng axit và titan (không có ở 316L) để ổn định mối hàn. Những nguyên tố bổ sung đó chính xác là những gì mang lại cho 825 khả năng chống lại hiện tượng nứt ăn mòn do ứng suất clorua-, khả năng chống axit sunfuric-và-độ ổn định ăn mòn hàn. 316L của nó là một hợp kim mỏng hơn được tối ưu hóa cho chi phí và sự ăn mòn nói chung.

Yếu tố	Incoloy 825 (N08825)	316L (S31603)	Tại sao nó quan trọng
Niken (Ni)	38-46%	10-14%	825: khả năng miễn dịch clorua SCC; 316L: hạn chế
Crom (Cr)	19.5-23.5%	16-18%	Cả hai:-axit oxy hóa + màng thụ động
Sắt (Fe)	Lớn hơn hoặc bằng 22% (số dư)	~65% (số dư)	Rẻ hơn 825 so với đế Ni{1}} đầy đủ
Molypden (Mo)	2.5-3.5%	2-3%	Khả năng chống rỗ/kẽ hở
Đồng (Cu)	1.5-3.0%	- (không có)	chỉ 825: giảm-sự thụ động của axit
Titan (Ti)	0.6-1.2%	- (không có)	chỉ 825: mối hàn-ổn định, không nhạy cảm
Cacbon (C)	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05%	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03%	Cả hai đều thấp; thấp hơn 316L
PREN (rỗ)	~31	~24-25	Khả năng chống rỗ tốt hơn 825 ~ 25%

[Nguồn] ASTM B424/B423 (Incoloy 825) và A240/A312 (316L); PREN=%Cr + 3.3×%Mo (+16×%N). Giá trị từ bảng dữ liệu của nhà cung cấp và dòng Kim loại đặc biệt{10}}(Globo, Womic, jnalloy, SuperStainlessAlloys).

Hãy coi 316L như một loại thép-được chế tạo tốt và rỉ sét chậm; hãy nghĩ về Incoloy 825 như một hợp kim giàu niken-có khả năng chống axit tích cực và sẽ không bị nứt dưới tác dụng của clorua. Đồng ở 825 đóng vai trò như một chất xúc tác bên trong đẩy bề mặt sang trạng thái “thụ động” (được bảo vệ) trong axit sulfuric; lượng niken cao giúp clorua không gây ra vết nứt thảm khốc phá hủy 316L trong điều kiện nóng, mặn hoặc chua.

Tài sản (ủ)	Incoloy 825 (N08825)	316L (S31603)	Người chiến thắng
Độ bền kéo (phút)	Lớn hơn hoặc bằng 585 MPa (85 ksi)	Lớn hơn hoặc bằng 485 MPa	825
Sức mạnh năng suất 0,2% (phút)	Lớn hơn hoặc bằng 240 MPa (35 ksi)	Lớn hơn hoặc bằng 170 MPa	825
Độ giãn dài (phút)	Lớn hơn hoặc bằng 30%	Lớn hơn hoặc bằng 40%	316L
Độ cứng (tối đa)	Nhỏ hơn hoặc bằng 200 HB / Nhỏ hơn hoặc bằng 35 HRC	Nhỏ hơn hoặc bằng 217 HB	Có thể so sánh
Tỉ trọng	8,14 g/cm³	8,00 g/cm³	316L (nhẹ hơn)
Dịch vụ liên tục tối đa	~540 độ	~425 độ	825 (+115 độ )

[Nguồn] Đặc tính cơ học tối thiểu ASTM B424/B423 và A240/A312; dịch vụ-số liệu nhiệt độ trên mỗi dữ liệu kỹ thuật của nhà cung cấp hợp kim (Globo, Sasa, SuperStainlessAlloys).

Có - đây là đường phân chia rõ ràng nhất. Incoloy 825 là vật liệu được phê duyệt theo NACE MR0175 / ISO 15156 dành cho dịch vụ chứa H2S-chứa (chua), được cung cấp trong điều kiện ủ dung dịch-ở độ cứng tối đa 35 HRC. Hàm lượng niken cao khiến nó hầu như không bị nứt do ứng suất sunfua (SSC) và có khả năng chống nứt do hydro-gây ra. 316L không gỉ KHÔNG được phê duyệt cho dịch vụ chua và rõ ràng dễ bị nứt do ăn mòn do ứng suất clorua-, do đó, việc chỉ định 316L trong đó H2S và clorua cùng tồn tại là một đường dẫn hư hỏng đã được ghi nhận.

Ý nghĩa của bằng cấp trong thực tế:

825 phải được cung cấp giải pháp-ủ (không làm lạnh-) cho nhiệm vụ chua; độ cứng được xác minh Nhỏ hơn hoặc bằng 35 HRC.
KHÔNG được phép-gia công nguội 825 mà không-ủ lại đối với dịch vụ chua - gia công nguội làm tăng độ cứng và rủi ro SCC.
Báo cáo thử nghiệm của nhà máy phải tham chiếu NACE MR0175 / ISO 15156 với khả năng truy xuất nguồn gốc sản phẩm-to-toàn bộ nhiệt.
316L không có tiêu chuẩn như vậy và cần được loại trừ khỏi môi trường có hàm lượng clorua-có tính axit và cao.

Cảnh báo của người chỉ định: một số nguồn trích dẫn giới hạn 22 HRC cho 825 trong dịch vụ chua. Giá trị ISO 15156{6}}3 quản lý cho UNS N08825 là 35 HRC (được ủ bằng dung dịch). Luôn xác nhận các giới hạn môi trường chính xác (áp suất riêng phần H2S, clorua, nhiệt độ, lưu huỳnh nguyên tố) so với bảng tiêu chuẩn hiện tại cho phạm vi dịch vụ của bạn.

Quả quyết. Incoloy 825 được phát triển đặc biệt cho axit sulfuric và photphoric. Việc bổ sung đồng của nó làm thụ động bề mặt trong việc khử axit, mang lại tốc độ ăn mòn thấp hơn khoảng 50 lần so với 316L trong axit sulfuric 50% ở 60 độ . 316L chịu sự ăn mòn chung nhanh chóng trên khoảng 40-50 độ ở nồng độ axit trung gian - chính xác là nhiệm vụ được chỉ định là 825.

Môi trường	Incoloy 825 (mm/năm)	316L (mm/năm)	Đọc-ra
50% H2SO4 ở 60 độ	~0.05	~2.5	Tốt hơn 825 ~ 50 lần
10% H2SO4 ở 60 độ	<0.1	3-5	825 vượt trội hơn nhiều
20% HCl ở 25 độ	~0.15	~1.5	Tốt hơn 825 ~ 10 lần
85% H3PO4 ở 85 độ	~0.1	~1.2	825 thống trị
Đun sôi MgCl2 (thử nghiệm SCC)	Chống nứt (không nứt)	vết nứt	Sự khác biệt quyết định
Nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT)	~50 độ	~25 độ	825 ~ ký quỹ gấp 2 lần

[Nguồn] So sánh tỷ lệ-ăn mòn trên mỗi dữ liệu kỹ thuật HT PIPE, Hangbo và SuperStainlessAlloys: 50% H2SO4@60C 825 0.05 so với 316L 2,5 mm/năm; MgCl2 SCC 825 sôi chống nứt 316L; CPT 825 ~50C so với 316L ~25C.

Tại sao 825 chống lại axit (Cơ chế)

Đồng ở 825 thúc đẩy quá trình phát triển catôt hydro trên bề mặt, làm chuyển khả năng ăn mòn của hợp kim sang phạm vi thụ động nơi hình thành màng oxit crom-ổn định. Nói một cách dễ hiểu, đồng "buộc" kim loại tự bảo vệ mình trong axit sunfuric và photphoric. Crom xử lý mọi thành phần oxy hóa; molypden chống rỗ do ô nhiễm clorua hoặc florua (thường gặp trong-axit photphoric trong quy trình ướt). 316L thiếu đồng nên không thể tự-thụ động trong việc khử axit và bị ăn mòn nhanh chóng.

Có, và đây là sự cố-thực tế phổ biến nhất thúc đẩy việc nâng cấp lên 825. Austenitic 316L nổi tiếng là dễ bị ảnh hưởng bởi ứng suất clorua-bị ăn mòn, nứt trên khoảng 60 độ, đặc biệt khi có oxy và ứng suất kéo; trong thử nghiệm clorua magie- sôi, nó sẽ nứt trong vòng vài giờ. Incoloy 825, với 38{10}}46% niken, hầu như không bị ảnh hưởng bởi clorua SCC và không có vết nứt trong cùng một thử nghiệm. Đối với các bộ trao đổi làm mát bằng nước biển, giếng chua và dây chuyền tẩy rửa, khả năng miễn nhiễm này là lý do tại sao người vận hành chỉ định 825 thay vì 316L.

Hai ưu điểm liên quan của 825 so với 316L trong dịch vụ clorua:

PREN cao hơn (~31 so với ~24-25) mang lại cho 825 khả năng chống rỗ tốt hơn khoảng 25% trong môi trường clorua.
Ổn định bằng titan có nghĩa là 825 không bị nhạy cảm sau khi hàn, do đó khả năng chống ăn mòn của nó được bảo toàn ở vùng-chịu ảnh hưởng nhiệt - không giống như 316L, cần cấp độ-cacbon (L) thấp và hàn cẩn thận để tránh bị mẫn cảm.

Incoloy 825 được đánh giá có khả năng chịu ăn mòn liên tục ở nhiệt độ lên tới khoảng 540 độ (1000 độ F), so với khoảng 425 độ (800 độ F) đối với 316L - lợi thế 115 độ. Trên giới hạn 316L, sự kết tủa cacbua ở các ranh giới hạt gây ra hiện tượng nhạy cảm và ăn mòn giữa các hạt; Titan của 825 liên kết carbon dưới dạng TiC ổn định, ngăn chặn điều này. Trong dịch vụ hóa chất và lọc dầu, nơi nhiệt độ tăng dần theo thời gian hoạt động của nhà máy, biên độ này có thể tạo ra sự khác biệt giữa tuổi thọ thiết bị 5 năm và 20 năm.

Cả hai đều hàn tốt, nhưng 825 có một ưu điểm quan trọng: tính ổn định bằng titan của nó ngăn chặn sự nhạy cảm, do đó, nó có thể được sử dụng trong điều kiện hàn-cho hầu hết các dịch vụ axit mà không cần xử lý nhiệt sau{2}}hàn. Kim loại phụ phù hợp là ERNiFeCr-1 (AWS A5.14, INCOLOY 65); ERNiCrMo-3 hoặc ERNiCr-3 là những lựa chọn thay thế có thể chấp nhận được. Bởi vì 825 có độ dẫn nhiệt thấp hơn và độ giãn nở cao hơn thép không gỉ nên hãy kiểm soát nhiệt đầu vào (dưới ~1,0-1,5 kJ/mm) và giữ nhiệt độ giữa các lớp ở mức thấp để giảm thiểu biến dạng.

Lưu ý chế tạo để bảo vệ hiệu suất ăn mòn:

Tẩy dầu mỡ triệt để; tránh sử dụng đá mài trên carbon/không gỉ để tránh nhiễm bẩn lưu huỳnh/sắt.
Sử dụng tính năng lọc ngược -argon trên các thẻ gốc để bảo vệ bề mặt bên trong.
Đối với axit hoặc axit nặng, ủ dung dịch (930-980 độ) sau khi hàn sẽ khôi phục khả năng chống ăn mòn tối đa.

Hỏi: Incoloy 825 có tốt hơn 316L đối với dịch vụ chua không?

Đ: Vâng. Incoloy 825 (UNS N08825) được phê duyệt theo NACE MR0175 / ISO 15156 cho dịch vụ chua (chứa H2S{6}}) trong dung dịch-điều kiện ủ ở độ cứng<=35 HRC, because its 38-46% nickel content makes it virtually immune to sulfide stress cracking. 316L stainless is NOT approved for sour service and is vulnerable to chloride stress-corrosion cracking above about 60 C, so it is the wrong choice wherever H2S and chlorides coexist.

Hỏi: Loại nào chống axit sulfuric tốt hơn, Incoloy 825 hay 316L?

A: Incoloy 825 vượt trội hơn nhiều. Trong axit sulfuric 50% ở 60 C, tốc độ ăn mòn đo được là khoảng 0,05 mm/năm đối với 825 so với khoảng 2,5 mm/năm đối với 316L - chênh lệch gấp 50 lần. 316L bị ăn mòn nhanh ở nhiệt độ khoảng 40-50 C ở nồng độ trung gian, trong khi việc bổ sung đồng của 825 làm thụ động bề mặt và chống lại axit sunfuric và photphoric trong phạm vi nhiệt độ và phạm vi rộng.

Hỏi: Incoloy 825 có chống lại hiện tượng nứt do ăn mòn ứng suất clorua khi 316L bị hỏng không?

Đáp: Có. 316L nổi tiếng là dễ bị ăn mòn do ứng suất clorua-ở nhiệt độ trên 60 C, không đạt kết quả trong vòng vài giờ trong các thử nghiệm đun sôi magie-clorua. Incoloy 825, với 38-46% niken, hầu như không bị ảnh hưởng bởi clorua SCC và không có vết nứt trong cùng một thử nghiệm. Đây là lý do quan trọng nhất khiến các nhà khai thác dầu khí-chỉ định 825 (không phải 316L) cho dịch vụ nước chua và nước biển.

Hỏi: Giới hạn nhiệt độ của Incoloy 825 so với 316L là bao nhiêu?

Trả lời: Incoloy 825 duy trì khả năng chống ăn mòn khi sử dụng liên tục ở nhiệt độ lên tới khoảng 540 C (1000 F), so với khoảng 425 C (800 F) đối với 316L, lợi thế là 115 C. Trên giới hạn 316L, lượng mưa cacbua gây ra hiện tượng nhạy cảm và ăn mòn giữa các hạt; Khả năng ổn định bằng titan của 825 ngăn chặn điều này{10}} cũng duy trì độ bền hữu ích ở nhiệt độ đông lạnh và nhiệt độ cao.

Hỏi: Incoloy 825 có xứng đáng với mức giá cao hơn 316L không?

Trả lời: Về chi phí đầu tiên, 825 có giá cao hơn khoảng 2,5-3,5 lần mỗi kg so với 316L. Nhưng trong điều kiện sử dụng axit hoặc clorua mạnh, 825 có tuổi thọ 15-20+ năm so với 3-5 năm đối với 316L, tránh phải thay thế 2-3 lần và ngừng hoạt động ngoài kế hoạch. Trong vòng đời 20 năm, 825 thường có tổng chi phí sở hữu rẻ hơn 60-75% mặc dù giá mua cao hơn.

Hỏi: Tiêu chuẩn ASTM nào bao gồm Incoloy 825 và 316L?

A: Incoloy 825: tấm/tấm ASTM B424, ống/ống liền mạch B423 (và ống ngưng tụ B163), thanh B425, ống hàn B705, vật rèn B564, phụ kiện B366. 316L không gỉ: tấm A240, ống A312, ống A269/A213, thanh A276. Đối với dịch vụ chua, cần có UNS (N08825 so với S31603), tài liệu tham khảo NACE MR0175 nếu có và báo cáo kiểm tra vật liệu EN 10204 3.1.