Incoloy 945와 Incoloy 803 파이프의 중요한 용접 및 열처리 요구 사항은 무엇입니까?

1. Q: Incoloy 945와 Incoloy 803 파이프의 근본적인 구성 및 특성 차이점은 무엇입니까?

A:Incoloy 945와 Incoloy 803은 완전히 다른 산업 분야에 사용되며, 이들의 차이점은 근본적으로 다른 합금 설계 철학과 적용 대상에서 시작됩니다.

인콜로이 945(UNS N09945)산성도가 높은 석유 및 가스 서비스용으로 특별히 개발된 석출{0}}경화 니켈-철-크롬 합금입니다. 공칭 구성은 니켈 48~52%, 크롬 19~23%, 몰리브덴 2.5~3.5%, 구리 1.5~2.5%, 티타늄 1.0~2.0%, 알루미늄 0.3~0.6%, 니오븀 0.3~0.6%, 철 밸런스입니다. 이는 여러 강화 및 내부식성 요소를 대폭 추가한 고합금 소재입니다.- 높은 니켈 함량(약 50%)은 염화물 응력 부식 균열에 대한 탁월한 저항성을 제공합니다. 몰리브덴과 구리는 피팅 및 환원산에 대한 저항성을 향상시킵니다. 티타늄, 알루미늄 및 니오븀이 결합하여 석출 경화를 제공하는 여러 석출물 상-주로 감마-프라임(Ni₃(Al,Ti)) 및 감마-더블-프라임(Ni₃Nb)-을 형성합니다. Incoloy 945는 열처리 조건에 따라 80~130ksi(552~896MPa) 범위의 항복 강도를 달성합니다.

인코로이 803(UNS S30815)고온 산화 및 침탄 저항성을 위해 설계된 오스테나이트계 스테인리스강입니다.- 공칭 구성은 크롬 18~20%, 니켈 8~10%, 탄소 0.08~0.12%, 실리콘 0.3~0.6%, 질소 0.04~0.10%, 세륨 0.03~0.08%, 나머지는 철입니다. 몰리브덴, 구리, 티타늄, 알루미늄 및 니오븀이 없음을 확인하십시오. 이 합금은 석출{16}}경화되지 않습니다. 이는 고용체와 미세한 질화물/탄화물 분산에서 그 강도를 얻습니다. 주요 구별 특징은 고온에서 내산화성을 크게 향상시키는 희토류 원소인 세륨-을 첨가한 것입니다. 또한 합금에는 향상된 크리프 강도를 위해 제어된 실리콘과 질소가 포함되어 있습니다. Incoloy 803은 실온에서 35~45ksi(241~310MPa)의 일반적인 항복 강도를 달성합니다.

야금학적 의미:Incoloy 945는 다음을 위해 설계되었습니다.습하고 산성 환경에서 높은 강도와 ​​내식성최대 약 600도 F(316도)의 온도에서. 이는 침전물이 과도하게 노화되고 거칠어지는 1000°F(538°C) 이상의 고온 서비스용-으로는 적합하지 않습니다. Incoloy 803은 다음을 위해 설계되었습니다.고온-온도 서비스(최대 1850도 F/1010도) 건조하거나 약간 산화/침탄하는 분위기. 수성 부식에 대한 특별한 저항력이 없으며 바닷물이나 산성 염수에서 쉽게 녹슬고 구멍이 뚫립니다.

그 중에서 선택:신청서에 포함된 경우신석유 및 가스, 고압-압력, 고강도{1}}요구사항(다운홀 튜빙, 해저 매니폴드), Incoloy 945를 선택하십시오.고온-온도로 부품, 복사관 또는 열처리 바스켓산화 또는 침탄 분위기에서는 Incoloy 803을 선택하십시오. 두 합금 모두 실행 가능한 대안이 되는 응용 분야는 사실상 없습니다.

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2. 질문: Incoloy 945 및 Incoloy 803 이음매 없는 파이프에 적용되는 업계 표준 및 사양은 무엇입니까?

A:두 합금은 945의 경우 서로 다른 시장-석유 및 가스, 803의 경우 고온 산업용 난방 장치-를 반영하는 완전히 다른 사양 프레임워크에 속합니다.

Incoloy 945 이음매 없는 파이프의 경우:

ASTM B983– 석출-경화 니켈-철-크롬 합금 이음매 없는 파이프에 대한 표준 사양(UNS N09945 및 유사한 등급 포함) 1차 파이프 사양입니다.

API 6ACRA– 신맛이 나는 서비스에 사용되는 시효-경화 니켈- 기반 합금에 대한 American Petroleum Institute 사양입니다. 이 사양에는 특정 경도, 인장 및 충격 요구 사항이 포함됩니다.

NACE MR0175 / ISO 15156– 이는 Incoloy 945의 가장 중요한 표준입니다. 이는 산성(H2S-함유) 오일 및 가스 환경에서 사용할 수 있는 합금을 인증합니다. 표준은 황화물 응력 균열을 방지하기 위해 최대 경도 한계(일반적으로 35 HRC 이하)와 허용 가능한 열처리 조건을 지정합니다.

ISO 13680– 석유 및 천연가스 산업-Incoloy 945를 포함하는 다운홀 장비 사양.

추가 요구사항:Incoloy 945의 경우 구매자는 원하는 열처리 조건을 지정해야 합니다.

용액 단련(연질)– 후속 냉간 가공 또는 성형용

용액 어닐링 + 노화– 최대 성능의 직접 서비스용

더블 에이징– 최적의 강도와 인성 조합을 위해

Incoloy 803 이음매 없는 파이프의 경우:

ASTM A312 / ASME SA312– 이음매 없는 오스테나이트계 스테인리스 강관의 표준 사양입니다. Incoloy 803은 일반적으로 보충 요구 사항과 함께 이 사양에 따라 인증됩니다.

ASTM A240– 플레이트용이지만 화학 및 속성 요구 사항에 대해 참조됩니다.

EN 10088– 스테인리스강에 대한 유럽 표준(합금 803은 1.4893이라고도 함).

ASME 코드 케이스 2487– ASME 보일러 및 압력 용기 코드 구성에 Incoloy 803(S30815)을 사용하여 최대 1850°F(1010°F)까지 서비스할 수 있습니다.

주요 조달 차이점:Incoloy 945 이음매 없는 파이프는 제한된 밀 소스, 긴 리드 타임(일반적으로 12~20주) 및 높은 비용을 지닌 특수 제품입니다. Incoloy 803 이음매 없는 파이프는 표준 스테인레스 스틸 등급으로 더 상업적으로 이용 가능하지만 304H 또는 310H보다 덜 일반적입니다. 항상 재료 테스트 보고서에 Incoloy 803의 세륨 함량(0.03~0.08%)이 기록되어 있는지 확인하십시오. 이는 표준 309S 또는 310S 스테인리스강과 구별됩니다.

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3. 질문: Incoloy 945 이음매 없는 파이프가 고강도-신 오일 및 가스 다운홀 응용 분야에 선호되는 재료인 이유는 무엇입니까?

A:Incoloy 945 심리스 파이프는 깊은 고압-압력, 고온-유정 및 가스정의 심각한 산성 서비스 환경을 위한 벤치마크 소재가 되었습니다. 네 가지 특정 특성은 다른 석출{4}}경화 합금에 비해 우세한 특성을 설명합니다.

첫째, 고강도 수준에서 황화물 응력 균열(SSC)에 대한 탁월한 내성입니다.NACE MR0175/ISO 15156은 신맛이 나는 소재에 대해 엄격한 경도 제한(일반적으로 35HRC 이하)을 적용합니다. 많은 고강도-강도 합금(예: Inconel 718)은 더 높은 강도를 달성할 수 있지만 경도 제한을 초과하므로 가장 가혹한 H2S 환경에서의 사용이 제한됩니다. Incoloy 945는 35HRC 미만의 경도를 유지하면서 100-130ksi(689-896MPa)의 항복 강도를 달성합니다. 이 독특한 조합은 노화 반응을 세심하게 제어함으로써 달성됩니다.-합금은 과도한 경도 없이 강화를 제공하는 미세하고 응집성 있는 석출물을 생성합니다. H2S 부분 압력이 100psi(0.7MPa)를 초과하는 유정에서의 현장 경험을 통해 Incoloy 945의 SSC에 대한 저항성이 확인되었습니다.

둘째, 높은 니켈 함량으로 인해 염화물 응력 부식 균열(SCC) 저항성이 우수합니다.니켈이 약 50% 포함된 Incoloy 945는 Inconel 718(~52% Ni)과 같은 다른 석출{2}}경화 합금보다 훨씬 높은 니켈을 함유하고 있지만 더 중요한 것은 니켈 매트릭스가 염화물 SCC에 대한 고유한 저항성을 제공한다는 것입니다. 염화수 생성량이 150,000ppm을 초과하고 바닥공 온도가 177~232도(350~450도)인 깊은 우물에서는 낮은{12}}니켈 재료가 몇 달 내에 SCC에 의해 파손됩니다. Incoloy 945 튜빙은 이러한 조건에서 10년이 넘는 사용 수명을 보여주었습니다.

셋째, 내공식 및 틈새부식성이 우수합니다.2.5~3.5% 몰리브덴과 1.5~2.5% 구리의 조합으로 Incoloy 945는 약 32~36의 피팅 저항 등가 수치(PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N)를 제공합니다. 이는 Incoloy 825(PREN ∼30-33)보다 훨씬 높으며 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강과 비슷합니다. 황 원소(사워 가스정에서 흔히 발생)가 포함된 환경에서 구리는 황-으로 인한 부식을 방지하는 추가 보호 기능을 제공합니다.

넷째, 장기 사용 시 열 안정성-입니다.400°F(204°C) 이상의 온도에서 과도하게 노화되고 빠르게 부드러워지는 일부 석출{0}경화 합금과 달리 Incoloy 945는 450~500°F(232~260°)에서 장시간 노출 후에도 강도를 유지합니다. 니오븀 첨가는 석출물 구조를 안정화시켜 조대화를 방지합니다. 이러한 열 안정성은 수십 년 동안 생산 온도가 계속 상승하는 깊은 유정에 매우 중요합니다.

일반적인 응용 분야:HP/HT(고압/고온) 사워 가스정의 다운홀 생산 튜빙, 패커, 지하 안전 밸브, 연마된 보어 리셉터클 및 행거 시스템. 이러한 응용 분야에서 Incoloy 945는 Inconel 718 및 Incoloy 925와 경쟁합니다. 120ksi 항복 강도, NACE MR0175 규정 준수 및 피팅 저항이 필요할 때 종종 선택됩니다.

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4. 질문: 고온로 및 열처리 분야에 Incoloy 803 스테인레스 스틸 파이프가 선호되는 이유는 무엇입니까?-

A:Incoloy 803 스테인리스 스틸 파이프(UNS S30815)는 309S 및 310S와 같은 표준 오스테나이트 스테인리스 스틸이 조기에 파손되는{2}}고온 산업용 가열 응용 분야에서 널리 채택되었습니다. 세 가지 구체적인 특징이 그 우수성을 설명합니다.

첫째, 세륨 첨가로 인한 내산화성이 탁월합니다.모든 오스테나이트 스테인리스강은 산화 방지를 위해 산화크롬(Cr2O₃) 스케일을 사용합니다. 그러나 화씨 1800도(982도) 이상의 온도에서는 산화크롬이 점점 더 휘발성이 되어 열 순환 중에 부서집니다. Incoloy 803에는 0.03~0.08%의 세륨-희토류 원소-가 포함되어 있어 두 가지 중요한 방식으로 산화물 스케일을 수정합니다. 첫째, 세륨은 스케일 접착력을 향상시켜 열 순환 중 파손을 방지합니다. 둘째, 세륨은 더 미세한-입자형이고 더 보호적인 산화물 구조의 형성을 촉진합니다. 연속 어닐링로, 시멘트 가마 및 폐열 보일러의 현장 경험에 따르면 Incoloy 803 튜브는 동일한 조건에서 Type 310H(UNS S31009)보다 2~3배 더 오래 지속되는 것으로 나타났습니다. 세륨 효과가 너무 뚜렷해서 Incoloy 803은 종종 최대 1850F(1010도)-310H의 일반적인 한계(1850F 대. 2000 단기의 경우 F°F보다 높지만-장기 안정성은 더 우수함)까지의 서비스 온도에 대해 지정됩니다.

둘째, 실리콘과 질소로 인해 내침탄성이 향상되었습니다.탄화수소가 함유된 대기-(예: 석유화학 용광로, 흡열 가스로 열처리)에서 탄소 확산(침탄)으로 인해 표준 스테인리스강이 부서집니다. Incoloy 803에는 0.3~0.6%의 실리콘이 함유되어 있어 산화 크롬 스케일 아래에 실리카(SiO2) 하위{7}}층 형성을 촉진합니다. 이 실리카 층은 탄소에 대한 확산 장벽 역할을 합니다. 또한 제어된 질소 함량(0.04~0.10%)은 입자 경계를 고정하는 미세한 질화물을 형성하여 탄소 확산 경로를 줄이는 데 도움이 됩니다. 증기 메탄 개질기 피그테일 및 이송 라인에서 Incoloy 803은 310H보다 훨씬 더 우수한 침탄 저항성을 보여주었습니다.

셋째, 미세한 석출물 분산으로 인한 고온 크리프 강도입니다.-석출{0}}경화 합금은 아니지만 Incoloy 803은 크롬 탄화물과 질화물의 미세 분산을 통해 1500~1700°F(816~927°F)에서 유용한 크리프 강도를 달성합니다. 0.08~0.12% 탄소와 0.04~0.10% 질소의 조합은 조밀하고 안정적인 침전 네트워크를 생성합니다. 1650°F(899°)에서 Incoloy 803의 100,000-시간 크리프 파열 강도는 약 1.5~2.0ksi(10~14MPa)로, 등가 온도에서 310H와 비슷하거나 그 이상입니다.

비교 실패 모드:일일 열 주기로 화씨 1750도(954도)에서 작동하는 열처리로 복사관에서:

309S형 튜브는 6개월 후에 산화물 파열이 발생하여 열점과 연소-가 발생합니다.

유형 310H 튜브는 파손 및 침탄으로 인해 고장이 발생하기 전까지 12~18개월 동안 지속됩니다.

Incoloy 803 튜브는 일반적으로 36~48개월의 서비스 기간을 제공하여 가동 중지 시간과 교체 비용을 줄입니다.

일반적인 응용 분야:어닐링 및 침탄로, 복열기, 버너 노즐, 가마 구성 요소, 시멘트 공장 예열기 사이클론 및 폐열 보일러 튜브 지지대의 복사 튜브. Incoloy 803은 열 순환이 빈번한 열처리 작업의 그리드 및 바스켓에도 사용됩니다.

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5. 질문: Incoloy 945와 Incoloy 803 파이프의 중요한 용접 및 열처리 요구 사항은 무엇입니까?

A:Incoloy 945와 Incoloy 803 용접에는 근본적으로 다른 접근 방식이 필요합니다. Incoloy 945는 석출 경화형이고 용접 후 노화가 필요하지만, Incoloy 803은 우수한 용접성으로 안정화된 견고한-용액이기 때문입니다.

Incoloy 945 파이프의 경우(침전-경화):

충전재 선택:사용ERNiCrMo-3(인코넬 625) 또는ERNiCrMo-10(인코넬 622)을 표준 필러로 사용합니다. 이러한 몰리브덴- 함유 필러는 모재 금속과 일치하거나 이를 초과하는 내식성을 제공합니다. 가장 높은 강도의 적용을 위해,ERNiCrFe-2(인코넬 718 충진재)를 사용할 수 있으나 이는 세심한 용접후열처리 매칭이 필요합니다. ERNiCr-3(몰리브덴이 없음)이나 스테인리스 스틸 필러를 절대 사용하지 마십시오.

열 입력 제어:최대 층간 온도: 200°F(93°C). 열 입력은 20~35kJ/인치(8~14kJ/cm)로 제한됩니다. 열 입력이 높을수록 니오븀과 티타늄이 분리되어 균열 위험이 증가합니다.

사전{0}}용접 조건:항상 용체 상태({0}}어닐링(연성)) 상태에서 용접하세요.-절대 시효 상태에서는 용접하지 마세요. 노화된 재료를 용접하면 열 영향부에서 변형-노화 균열이 발생-됩니다.

완전한 강도의 서비스를 위해서는 용접 후 열처리가 필수입니다.

용액 어닐링(용접 후 필요한 경우): 인치 두께당 1시간 동안 1900~1950도(1038~1066도), 급속 냉각(물 담금질)

노화 처리:1325도 F(718도)로 가열하고 8시간 동안 유지한 후 최대 200도 F(93도)/시간에서 1150도 F(621도)로 냉각하고 8시간 동안 유지한 후 공기 냉각

용접 후 노후화 없이-용접 접합부의 항복 강도는 40~50ksi(276~345MPa)에 불과하며{5}}100+ksi가 필요한 유전 서비스에는 완전히 부적합합니다.

Incoloy 803 파이프(고체-솔루션)의 경우:

충전재 선택:사용ER309L또는ER310스테인레스 스틸 필러. 내산화성을 일치시키기 위해,ER309H또는ER310H선호됩니다. 필러는 유사한 크롬 함량(20~25%)을 가져야 하며 이상적으로는 세륨을 첨가해야 합니다. 하지만 세륨 함유 필러는 일반적으로 사용할 수 없으므로 표준 309/310 필러가 허용됩니다.

열 입력 제어:최대 층간 온도: 300°F(149°C). 열 입력은 25~45kJ/인치(10~18kJ/cm)로 제한됩니다. 과도한 열 입력은 결정립계에 크롬 탄화물 석출(민감화)을 유발하여 내산화성을 감소시킬 수 있습니다.

용접 전 청소-:아세톤이나 전용 스테인리스 브러시로 청소하세요. 고온 서비스 중에 표면 품질 저하를 일으킬 수 있는 탄소강 오염을 모두 제거하세요.-

용접 후 열처리(일반적으로 필요하지 않음):대부분의 응용 분야에서 Incoloy 803은 -용접된 상태로 사용됩니다. 최대 산화 저항이 필요한 경우(예: 순환 서비스의 복사 튜브) 1900~2000도(1038~1093도)에서 용액 어닐링한 후 급속 냉각하면 최적의 미세 구조가 복원됩니다. 이는 변형 위험으로 인해 용접 파이프에서는 거의 수행되지 않습니다.

중요한 경고:

인콜로이 945의 경우:자격을 갖춘 절차 없이 용접하지 마십시오. 노후된 상태에서는 절대로 용접하지 마십시오. 부품이 포함된 압력-압력 용접 노화-를 건너뛰지 마십시오. 변형-시효 균열에 대한 합금의 민감도에는 세심한 열처리 램프 속도 제어가 필요합니다.

인콜로이 803의 경우:낮은-실리콘 필러-모재 금속의 실리콘(0.3~0.6%)을 사용하지 마세요. 내산화성이 향상되므로 그에 맞는 필러를 선택해야 합니다. 용접 시 과열하지 마십시오.-과도한 열 입력은 침탄 저항을 감소시킵니다. 탄소강 브러싱이나 취급 도구를 사용하지 마세요.-내장된 탄소강 입자는 고온 산화에 취약한 지점을 만듭니다-.

자격 요건:

Sour Service의 Incoloy 945의 경우 용접 절차는 NACE MR0175에 따른 경도 테스트를 통해 인증을 받아야 합니다. 열-영향부 및 용접 금속의 경도는 35HRC를 초과해서는 안 됩니다. 이를 위해서는 종종 용접 후-용액 어닐링 및 재노화 주기가 필요합니다.- 또한 중요한 응용 분야에는 NACE TM0177(방법 A 또는 D)에 따른 황화물 응력 균열 테스트가 필요할 수 있습니다.

고온-주기적 서비스를 제공하는 Incoloy 803의 경우 적격성 평가에는 산화물 스케일 접착력을 확인하기 위한 열 순환 테스트가 포함되어야 합니다. 표준에 명시되어 있지는 않지만 많은 용광로 운영자는 용접 조인트가 우선적인 산화 장소가 되지 않는다는 입증을 요구합니다.