¿Cuáles son los requisitos críticos de soldadura para tuberías Incoloy 864 versus Incoloy 890?

1. P: ¿Cuáles son las diferencias fundamentales de composición y propiedades entre las tuberías Incoloy 864 e Incoloy 890?

A:Incoloy 864 e Incoloy 890 son aceros inoxidables austeníticos de alto-rendimiento, pero fueron desarrollados para entornos de corrosión claramente diferentes. Sus diferencias radican principalmente en el contenido de níquel, cromo y molibdeno.

Incoloy 864 (UNS N08864)Es un acero inoxidable austenítico altamente aleado diseñado para una resistencia extrema a la corrosión acuosa. Su composición nominal es 38-42% níquel, 20-24% cromo, 6,0-8,0% molibdeno, 1,0-2,0% cobre, 0,15-0,25% nitrógeno y el resto hierro. Esta aleación contiene niveles excepcionalmente altos de níquel (aproximadamente 40%) y molibdeno (6–8%), lo que la ubica en la familia super-austenítica. La combinación de alto contenido de níquel y molibdeno proporciona una excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) y a las picaduras por cloruro. La adición de cobre mejora la resistencia a ácidos reductores como el ácido sulfúrico y fosfórico. El contenido de nitrógeno (0,15–0,25%) estabiliza la estructura austenítica y mejora aún más la resistencia a las picaduras. Incoloy 864 no se endurece por precipitación-; Obtiene su fuerza de la solución sólida y del fortalecimiento intersticial de nitrógeno. El límite elástico típico es de 35 a 50 ksi (241 a 345 MPa) a temperatura ambiente.

Incoloy 890 (UNS N08890)es una aleación de hierro-níquel-cromo diseñada para ambientes oxidantes y sulfurantes a alta-temperatura. Su composición nominal es 32-35% níquel, 25-28% cromo, 0,5-1,5% molibdeno, 0,3-0,8% silicio, 0,5-1,0% manganeso, 0,02-0,06% carbono y el resto hierro. Tenga en cuenta la cantidad significativamente menor de níquel (~33%) y menor molibdeno en comparación con Incoloy 864. La característica distintiva clave es el contenido muy alto de cromo (25–28%), que es sustancialmente más alto que el de los aceros inoxidables estándar (304L tiene 18%, 310H tiene 24–26%). Este alto nivel de cromo, combinado con silicio y manganeso controlados, proporciona una resistencia excepcional a la sulfuración (ataque de gases-que contienen azufre a alta temperatura) y a la oxidación a alta-temperatura. Incoloy 890 es una solución sólida-reforzada sin precipitaciones intencionales-adiciones endurecedoras. El límite elástico típico es de 30 a 45 ksi (207 a 310 MPa) a temperatura ambiente.

Implicaciones metalúrgicas:Incoloy 864 está diseñado paracorrosión acuosa húmeda, de temperatura baja-a-moderada (hasta 500 grados F/260 grados), particularmente en agua de mar, salmueras ácidas y corrientes de procesos químicos que contienen cloruros y ácidos reductores. No tiene capacidades especiales de alta-temperatura. Incoloy 890 está diseñado paraServicio seco y de alta-temperatura (1000 a 1800 grados F / 538 a 982 grados) en atmósferas que contienen azufre-, como los que se encuentran en refinerías, centrales eléctricas e incineradores de residuos. No tiene una resistencia especial a la corrosión acuosa.

Seleccionando entre ellos:Si la aplicación implicaagua de mar, FGD (desulfuración de gases de combustión) o procesamiento químico con cloruros y ácidos reductores, elija Incoloy 864. Si la aplicación involucraentornos de sulfuración de alta-temperatura-como calentadores de refinería, componentes de calderas alimentadas con carbón-o tuberías de incineradores de residuos, elija Incoloy 890. Hay una superposición mínima en sus sobres de servicio.

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2. P: ¿Qué estándares y especificaciones de la industria rigen las tuberías sin costura Incoloy 864 e Incoloy 890?

A:Estas dos aleaciones están cubiertas por diferentes marcos de especificaciones debido a sus distintos dominios de aplicación-procesamiento químico para 864 y refinería de alta-temperatura/generación de energía para 890.

Para tubería sin costura Incoloy 864:

ASTM B677/ASME SB677– Especificación estándar para tuberías sin costura de aleación de níquel-hierro-cromo-molibdeno-cobre-nitrógeno. Esta es la especificación principal para UNS N08864 y grados super-austeníticos similares (incluido Incoloy 926). Cubre química, propiedades de tracción, pruebas hidrostáticas y tolerancias dimensionales.

ASTM B829– Requisitos generales para tuberías sin costura de aleación de níquel (complementarios de B677).

NORSOK M-630– Estándar noruego de petróleo y gas que incluye Incoloy 864 para servicio de agua de mar y salmuera.

Código ASME para calderas y recipientes a presión, Sección II, Parte D– Proporciona valores de tensión permitidos para N08864 a temperaturas de hasta aproximadamente 600 grados F (316 grados). La aleación no se suele utilizar por encima de los 600 grados F debido a su reducida resistencia a la corrosión.

Para tubería sin costura Incoloy 890:

ASTM B407/ASME SB407– Especificación estándar para tuberías sin costura de aleación de níquel-hierro-cromo. Incoloy 890 (UNS N08890) está cubierto por esta especificación como una variante con alto contenido de cromo. La especificación requiere verificación química y pruebas de tracción.

ASTM B163/ASME SB163– Tubos sin costuras para condensadores e intercambiadores de calor, a menudo utilizados para tuberías 890 en intercambiadores de calor de alta-temperatura.

Código ASME Caso 2588– Permite el uso de Incoloy 890 (UNS N08890) en la construcción del Código ASME de calderas y recipientes a presión para servicio hasta 1800 grados F (982 grados) en ambientes de sulfuración.

API 938-C– Práctica recomendada por el Instituto Americano del Petróleo para el uso de Incoloy 890 en componentes de calentadores de refinería expuestos a la corrosión por azufre.

Consideraciones de adquisición:Los tubos sin costura Incoloy 864 están disponibles en varias fábricas globales, pero son menos comunes que el Incoloy 926 (un grado súper-austenítico similar). Los plazos de entrega suelen ser de 10 a 16 semanas. Incoloy 890 es un grado especial con fuentes de molienda limitadas; Espere plazos de entrega de 12 a 20 semanas y costos más altos que el acero inoxidable 310H estándar. Para ambas aleaciones, verifique siempre que el informe de prueba del material documente el número UNS correcto y, para Incoloy 864, el contenido de nitrógeno (0,15–0,25 %).

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3. P: ¿Por qué la tubería sin costura Incoloy 864 es el material preferido para los sistemas de desulfuración de agua de mar y gases de combustión (FGD)?

A:Las tuberías sin costura Incoloy 864 se han convertido en un material líder para dos de los entornos de corrosión industrial más desafiantes: el manejo de agua de mar tibia y los depuradores de desulfuración de gases de combustión (FGD). Cuatro características específicas explican su superioridad sobre otras aleaciones super-austeníticas y de níquel.

En primer lugar, la excepcional resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en los cloruros.El número equivalente de resistencia a las picaduras (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) para Incoloy 864 es aproximadamente 44–50, calculado como:

Cromo: 20-24%

Molibdeno: 6,0–8,0%

Nitrógeno: 0,15–0,25%

Este PREN se encuentra entre los más altos de cualquier acero inoxidable austenítico disponible comercialmente. En comparación:

Acero inoxidable 316L: PREN ∼24–26

Dúplex 2205: PREN ∼35–38

Incoloy 825: PREN ∼30–33

Incoloy 926: PREN ∼40–45

En agua de mar cálida a una temperatura de 80 a 120 grados F (27 a 49 grados), incluso los aceros inoxidables súper dúplex pueden experimentar corrosión en grietas bajo bioincrustaciones o depósitos. Incoloy 864 resiste la corrosión por picaduras y grietas en agua de mar hasta aproximadamente 150 grados F (65 grados), lo que lo hace adecuado para sistemas de enfriamiento de agua de mar tropical, líneas de agua contra incendios y tuberías de lastre donde las temperaturas pueden ser elevadas.

En segundo lugar, excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión por cloruro (SCC).Con aproximadamente un 40 % de níquel, Incoloy 864 tiene un contenido de níquel significativamente mayor que los aceros inoxidables austeníticos estándar (304L: 8–12 %) e incluso mayor que muchos grados super-austeníticos (Incoloy 926: 24–26 % Ni). El alto contenido de níquel altera fundamentalmente el comportamiento del SCC-la aleación resiste el SCC de cloruro en todas las temperaturas encontradas en servicios acuosos, incluidas salmueras concentradas, condensados ​​de vapor con arrastre de cloruro y condiciones atmosféricas marinas. Esto lo convierte en una excelente opción para tuberías de plataformas marinas, plantas desalinizadoras e instalaciones químicas costeras donde el SCC es una amenaza constante.

En tercer lugar, excelente rendimiento en entornos ácidos mixtos FGD.Los sistemas de desulfuración de gases de combustión exponen los materiales a un cóctel complejo de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, cloruros, fluoruros y ácido sulfuroso a un pH bajo (1 a 4) y temperaturas de hasta 200 grados F (93 grados). La combinación de 6 a 8 % de molibdeno y 1 a 2 % de cobre proporciona una resistencia excepcional a condiciones ácidas tanto oxidantes como reductoras. El alto contenido de níquel también resiste la corrosión inducida por cloruro-. En torres de absorción de FGD, conductos de entrada y conductos de salida, Incoloy 864 supera a las aleaciones de mayor-molibdeno como C-276 en ciertas zonas debido a su mejor relación costo-rendimiento y a su adecuada resistencia a la corrosión para la mayoría de los entornos de FGD.

En cuarto lugar, buena soldabilidad sin tratamiento térmico post-soldadura.A diferencia de las aleaciones que endurecen-por precipitación, Incoloy 864 es una solución sólida-reforzada y se puede soldar utilizando técnicas estándar con metales de aportación iguales o superiores (ERNiCrMo-3 o ERNiCrMo-4). No se requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura, lo que simplifica la fabricación y reparación en campo.

Modos de falla comparativos:En un intercambiador de calor-enfriado con agua de mar a 110 grados F (43 grados) con grietas estancadas debajo de las juntas:

Los tubos 316L desarrollan fugas por orificios en un plazo de 3 a 6 meses

Duplex 2205 puede sobrevivir de 2 a 4 años, pero la corrosión por grietas se inicia en las juntas

Incoloy 864 proporciona entre 15 y 20+ años de servicio, lo que a menudo supera la vida útil diseñada para el equipo.

Aplicaciones típicas:Tuberías de enfriamiento de agua de mar (plantas de energía, terminales de GNL, desalinización), sistemas de extinción de incendios (plataformas marinas), cabezales de aspersión absorbentes de FGD, soportes de eliminadores de neblina, líneas de carga de buques cisterna para productos químicos y tuberías de plantas de blanqueo de pulpa y papel (servicio de dióxido de cloro).

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4. P: ¿Por qué la tubería sin costura Incoloy 890 es el material preferido para entornos de sulfuración de alta-temperatura en refinerías?

A:La tubería sin costura Incoloy 890 ha ganado una amplia aceptación en refinerías de petróleo, plantas de energía alimentadas con carbón-e incineradores de desechos donde los gases que contienen azufre-a alta temperatura causan una rápida sulfuración (ataque de azufre) de los aceros inoxidables estándar. Tres características específicas explican su predominio.

En primer lugar, una resistencia excepcional a la sulfuración debido al alto contenido de cromo.La sulfuración es una forma de corrosión a alta-temperatura en la que el azufre reacciona con hierro, níquel y cromo para formar sulfuros de bajo-punto de fusión-. A diferencia de la oxidación (que forma una incrustación protectora de Cr₂O₃), la sulfuración generalmente produce incrustaciones porosas no-protectoras que permiten un ataque rápido y continuo. La clave para la resistencia a la sulfuración es mantener un contenido de cromo suficiente para formar una incrustación protectora de sulfuro de cromo (Cr₃S₄ o Cr₂S₃) que sea más estable y menos permeable que los sulfuros de hierro o níquel. Incoloy 890 contiene entre un 25 y un 28 % de cromo-significativamente más que el 310H estándar (24-26 %) y mucho más que el 304H (18-20 %). Este cromo adicional proporciona un margen de seguridad en los entornos de sulfuración más severos, como los tubos calentadores de refinerías expuestos a petróleo crudo con alto contenido de azufre (2 a 4 % de azufre) a 1200 a 1600 grados F (649 a 871 grados). La experiencia de campo en tubos calentadores de coquización retardada muestra que Incoloy 890 dura entre 3 y 5 veces más que el 310H en condiciones idénticas.

En segundo lugar, contenido equilibrado de níquel para una resistencia óptima al azufre.Si bien un alto contenido de níquel es beneficioso para muchas formas de corrosión, el níquel en sí forma sulfuros de níquel de bajo-punto de fusión-(Ni₃S₂, punto de fusión 1179 grados F/637 grados) que pueden causar una sulfuración catastrófica en fase líquida-. Incoloy 890 contiene entre un 32% y un 35% de níquel-lo suficientemente alto como para resistir el cloruro SCC si eso se convierte en una preocupación en los procesos posteriores, pero lo suficientemente bajo como para evitar los graves problemas de sulfuración de níquel que se observan en aleaciones con alto contenido de-níquel como Incoloy 800 (32%-35% Ni, en realidad similar) e Inconel 600 (72% Ni). El contenido de níquel de la aleación se optimiza cuidadosamente para equilibrar la resistencia tanto a la sulfuración como a otras formas de ataque.

En tercer lugar, adiciones de silicio y manganeso para una mayor protección.Incoloy 890 contiene entre un 0,3% y un 0,8% de silicio y entre un 0,5% y un 1,0% de manganeso. Estos elementos promueven la formación de una subcapa rica en sílice (SiO₂)-debajo de las incrustaciones de sulfuro de cromo. Esta capa de sílice reduce aún más la difusión de azufre en el metal base. El silicio es particularmente eficaz en ambientes sulfurosos; Muchas aleaciones resistentes a la sulfuración-(p. ej., RA330, 353MA) dependen de adiciones de silicio. El contenido de manganeso ayuda a retener el azufre residual en forma de sulfuros de manganeso estables, reduciendo la actividad del azufre disponible para atacar el cromo y el hierro.

Mecanismo de falla en aleaciones menores:En un tubo calentador de refinería que procesa petróleo crudo con 3% de azufre a 1400 grados F (760 grados):

El acero inoxidable 304H (18 % Cr) forma incrustaciones de sulfuro de hierro en cuestión de semanas; desconchados de escamas que exponen el metal fresco; Adelgazamiento de la pared del tubo de 0,1 pulgadas/año típico

El acero inoxidable 310H (24–26% Cr) funciona mejor pero aún experimenta sulfuración a 0,02–0,05 pulgadas/año

Incoloy 890 (25–28 % Cr + Si) experimenta tasas de sulfuración inferiores a 0,005 pulgadas/año, lo que proporciona 10+ años de servicio

Aplicaciones típicas:Tubos calentadores de refinerías (crudo, vacío, coquización, calentadores reformadores), tubos-de recalentadores y sobrecalentadores de calderas alimentadas con carbón (los quemadores de bajo-NOx crean condiciones de sulfuración), tubos de calderas-de desechos-de plantas de energía (alto contenido de azufre proveniente de plásticos y cauchos de desecho) y componentes de calderas de recuperación química en fábricas de celulosa (azufre de licor negro).

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5. P: ¿Cuáles son los requisitos críticos de soldadura para las tuberías Incoloy 864 versus Incoloy 890?

A:Soldar Incoloy 864 e Incoloy 890 requiere atención a diferentes cuestiones: mantener la resistencia a las picaduras para 864 y evitar el agrietamiento en caliente para 890. Ambas aleaciones generalmente se pueden soldar con los procedimientos adecuados.

Para tubería Incoloy 864 (súper-austenítica):

Selección del metal de aportación:UsarERNiCrMo-3(Inconel 625) oERNiCrMo-4(C-276) como rellenos estándar. El relleno debe igualar o exceder el contenido de molibdeno del metal base (6–8%) para mantener la resistencia a las picaduras.ERNiCrMo-3(9–10% Mo) se prefiere para agua de mar y servicio FGD. Nunca utilice rellenos de acero inoxidable (308L, 316L)-crean una celda de corrosión galvánica y carecen de molibdeno.

Control de entrada de calor:Temperatura máxima entre pasadas: 250 grados F (121 grados). Aporte de calor limitado a 20 a 40 kJ/pulgada (8 a 16 kJ/cm). Una mayor entrada de calor puede causar precipitación de fase rica en molibdeno-(fases sigma o chi), lo que reduce la resistencia a las picaduras en un 50 % o más. Utilice cuentas de hilo en lugar de tejer.

Limpieza previa-a la soldadura:Limpiar con acetona o un cepillo específico de acero inoxidable. Utilice muelas abrasivas reservadas para aleaciones de níquel. Elimine toda la contaminación del acero al carbono.-Las partículas de hierro incrustadas se oxidarán e iniciarán picaduras.

Tratamiento térmico posterior-a la soldadura (generalmente no es necesario):Para la mayoría de las aplicaciones, Incoloy 864 se utiliza en la condición-soldada. Para una máxima resistencia a la corrosión en ambientes severos (p. ej., agua de mar cálida con condiciones estancadas, lodo absorbente FGD), un recocido en solución a 1950–2050 grados F (1066–1121 grados) seguido de un enfriamiento rápido con agua restaura la resistencia total a las picaduras. Esto rara vez se realiza en tuberías debido a los riesgos de distorsión y, por lo general, solo se especifica para tubos críticos de intercambiadores de calor.

Para tubería Incoloy 890 (resistente a la sulfuración-de alta temperatura):

Selección del metal de aportación:UsarER310oER309rellenos de acero inoxidable. Para igualar la resistencia a la sulfuración,ER310(25–28% Cr). Se pueden utilizar cargas especializadas con alto contenido de silicio (-) (p. ej., ER312) para los entornos de sulfuración más severos. Nunca utilice rellenos de baja-aleación ni rellenos a base de níquel-con bajo contenido de cromo.

Control de entrada de calor:Temperatura máxima entre pasadas: 300 grados F (149 grados). Aporte de calor limitado a 25 a 45 kJ/pulgada (10 a 18 kJ/cm). Un aporte excesivo de calor puede provocar la precipitación de carburo de cromo en los límites de los granos, lo que reduce la resistencia a la sulfuración.

Prevención de agrietamiento en caliente:Incoloy 890, con su alto contenido de cromo y relativamente bajo contenido de níquel, tiene una mayor susceptibilidad al agrietamiento en caliente que el estándar 310H. Las precauciones incluyen:

Limpiar las superficies a fondo.-La contaminación por azufre procedente de líquidos de corte o rotuladores es especialmente dañina.

Utilice un perfil de cordón de soldadura ligeramente convexo.-Los cordones cóncavos aumentan el riesgo de agrietamiento

Evite una restricción excesiva de la soldadura-permita que el conjunto se mueva libremente

Tratamiento térmico posterior-a la soldadura (no es necesario):Incoloy 890 se utiliza en la condición-soldada. Un recocido con solución posterior a la soldadura restablecería la máxima resistencia a la sulfuración, pero no es práctico para la soldadura en campo y rara vez se especifica.

Advertencias críticas:

Para Incoloy 864:No utilice rellenos de acero inoxidable:-carecen de molibdeno y crearán una zona de soldadura propensa a la corrosión-. No sobrecalentar-La formación de la fase sigma es irreversible sin un recocido completo de la solución. No utilice muelas abrasivas contaminadas.-Las partículas de acero al carbono incrustadas causan picaduras.

Para Incoloy 890:No utilice rellenos con bajo-cromo (308L, 316L)-crean un vínculo débil para el ataque de sulfuración. No utilice un aporte de calor excesivo-esto sensibiliza la zona afectada por el calor-. No suelde sin limpiar-residuos que contengan azufre-el azufre promueve el agrietamiento en caliente.

Requisitos de calificación:

Para Incoloy 864 en servicio de agua de mar o FGD, la calificación del procedimiento de soldadura debe incluir pruebas de corrosión por picaduras según ASTM G48 (cloruro férrico) para verificar que las zonas soldadas y afectadas por el calor-mantengan un rendimiento equivalente a PREN-. El criterio de aceptación estándar es que no haya picaduras después de 72 horas a 77 grados F (25 grados) para la mayoría de las aplicaciones, o a 104 grados F (40 grados) para servicios más severos.

Para Incoloy 890 en servicio de sulfuración a alta-temperatura, la calificación debe incluir pruebas de oxidación/sulfidación a temperatura elevada-, aunque no existe una prueba codificada estándar. Muchos operadores de refinerías requieren una demostración de que la junta soldada no se convierte en un sitio de ataque preferencial a través de la exposición a un gas de proceso simulado a temperatura.