Incoloy 825 против 316L: никелевый сплав против нержавеющей стали для кислых условий эксплуатации и кислых сред

Инколой 825 (UNS N08825)и нержавеющую сталь 316L (UNS S31603) часто сравнивают, поскольку обе они устойчивы к коррозии и для неспециалиста выглядят как «блестящий сплав». На самом деле они принадлежат к разным семействам материалов.. 316L — аустенитная нержавеющая сталь с содержанием никеля примерно 10-14%; Incoloy 825 — это сплав никеля-железа-хрома с содержанием никеля 38–46 % и преднамеренными добавками меди, молибдена и титана. Эта разница в содержании никеля не является деталью — она решает, выдержит ли металл кислый газ, серную кислоту и горячие хлориды или незаметно растрескается.

Итог: когда работа связана с сернистым газом (H2S), серной или фосфорной кислотой или хлоридами с температурой выше 60 градусов, Incoloy 825 является правильным инженерным выбором, а 316L не соответствует требованиям.. 316L остается экономичной рабочей лошадкой для чистой воды, работы с умеренной водной средой и атмосферного воздействия. Выбирайте по окружающей среде, а не по цене: 316L — для легкой коррозии, 825 — для агрессивной или кислой.

Что делает эти два сплава принципиально разными?

[Источник] ASTM B424/B423 (Инколой 825) и A240/A312 (316L); PREN=%Cr + 3.3×%Mo (+16×%N). Значения указаны в таблицах данных семейства специальных металлов-и поставщиков (Globo, Womic, jnalloy, SuperStainlessAlloys).

Думайте о 316L как о качественной-стали, которая медленно ржавеет; думайте об Incoloy 825 как о сплаве с высоким содержанием никеля-, который активно противостоит кислоте и не растрескивается под воздействием хлоридов. Медь в 825 действует как внутренний катализатор, который переводит поверхность в «пассивное» (защищенное) состояние в серной кислоте; высокое содержание никеля не дает хлориду вызвать катастрофическое растрескивание, которое разрушает 316L в жарких, соленых или кислых условиях.

Как сравниваются их механические свойства?

[Источник] Минимальные механические свойства ASTM B424/B423 и A240/A312; сервисные-значения температуры в соответствии с техническими данными поставщиков сплавов (Globo, Sasa, SuperStainlessAlloys).

Кислая услуга (NACE MR0175/ISO 15156): один квалифицирован, другой нет

Да, - это самая четкая разделительная линия. Incoloy 825 — это одобренный материал согласно NACE MR0175/ISO 15156 для H2S-содержащих (кислых) веществ, поставляемый в отожженном растворе-состоянии с максимальной твердостью 35 HRC. Высокое содержание никеля делает его практически невосприимчивым к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) и устойчивым к водородному растрескиванию-индуцированному. 316нержавеющая сталь L НЕ одобрена для эксплуатации в кислых средах и явно уязвима к хлоридному растрескиванию под напряжением-коррозионному растрескиванию, поэтому указание 316L, где сосуществуют H2S и хлориды, является документально подтвержденным путем отказа.

Что означает квалификация на практике:

• 825 должен поставляться в растворе,-отожженном (не подвергнутом холодной-обработке) для работы в кислой среде; твердость подтверждена. Меньше или равна 35 HRC.
• Холодная-обработка 825 без повторного-отжига НЕ допускается для эксплуатации в кислой среде - холодная обработка повышает твердость и риск образования трещин.
• Отчеты о заводских испытаниях должны содержать ссылку на NACE MR0175/ISO 15156 с полной отслеживаемостью-от-продукции.
• 316L не имеет такой квалификации, и его следует исключить из кислых сред и сред с высоким-хлоридом.

Предупреждение спецификатора: некоторые источники указывают предел в 22 HRC для 825 в кислом режиме. Нормативное значение ISO 15156-3 для UNS N08825 составляет 35 HRC (отжиг на раствор). Всегда сверяйте точные пределы воздействия окружающей среды (парциальное давление H2S, хлориды, температуру, элементарную серу) с действующей стандартной таблицей для вашего сервисного диапазона.

Кислые среды: серная, фосфорная и соляная.

Решительно. Incoloy 825 был разработан специально для серной и фосфорной кислоты. Добавление меди пассивирует поверхность в восстановительной кислоте, что приводит к скорости коррозии примерно в 50 раз ниже, чем у 316L в 50%-ной серной кислоте при 60 градусах. . 316L подвергается быстрой общей коррозии при температуре выше 40-50 градусов при промежуточных концентрациях кислоты - именно такой режим работы, для которого указано 825.

[Источник] Сравнение-скорости коррозии для HT PIPE, Hangbo и SuperStainlessAlloys. Технические данные: 50 % H2SO4 при 60C 825 0.05 по сравнению с 316L 2,5 мм/год; кипящий MgCl2 SCC 825 устойчив к растрескиванию по сравнению с 316L; CPT 825 ~50C против 316L ~25C.

Почему 825 устойчив к кислоте (механизм)

Медь в 825 способствует катодному выделению водорода на поверхности, что смещает коррозионный потенциал сплава в пассивный диапазон, где образуется стабильная пленка оксида хрома-. Проще говоря, медь «заставляет» металл защищаться в серной и фосфорной кислоте. Хром справляется с любым окислительным компонентом; молибден борется с точечной коррозией, вызванной загрязнением хлоридами или фторидами (обычно встречается в фосфорной кислоте мокрого-процесса).. 316L не содержит меди, поэтому он не может само-пассивироваться в восстановительной кислоте и быстро корродирует.

Хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением

Да, и это наиболее распространенная-неисправность в мире, которая заставляет перейти на версию 825. Аустенитная сталь 316L общеизвестно восприимчива к хлоридному-коррозионному растрескиванию при температуре выше 60 градусов, особенно при наличии кислорода и растягивающих напряжений; в тесте на кипящий магний-хлорид он трескается в течение нескольких часов. Incoloy 825 с содержанием никеля 38-46% практически невосприимчив к хлоридному SCC и не дает трещин в ходе того же испытания. Для теплообменников, охлаждаемых морской водой, кислых скважин и линий травления именно эта устойчивость является причиной того, что операторы выбирают 825 вместо 316L.

Два связанных преимущества 825 по сравнению с 316L при работе с хлоридами:

• Более высокий PREN (~31 по сравнению с ~24-25) дает 825 примерно на 25% лучшую устойчивость к точечной коррозии в хлоридных средах.
• Стабилизация титана означает, что сталь 825 не становится сенсибилизированной после сварки, поэтому ее коррозионная стойкость сохраняется в зоне -воздействия тепла -, в отличие от 316L, для которой требуется низкий-углерод (L) и тщательная сварка, чтобы избежать сенсибилизации.

Температурные пределы: где каждый сплав перестает быть безопасным

Сварка и изготовление

Оба свариваются хорошо, но у 825 есть важное преимущество: стабилизация титана предотвращает сенсибилизацию, поэтому его можно использовать в-состоянии после сварки для большинства кислотных работ без термообработки после-сварки. Соответствующий присадочный металл — ERNiFeCr-1 (AWS A5.14, INCOLOY 65); Приемлемыми альтернативами являются ERNiCrMo-3 или ERNiCr-3. Поскольку сталь 825 имеет более низкую теплопроводность и более высокое расширение, чем нержавеющая сталь, контролируйте тепловложение (ниже ~ 1,0–1,5 кДж/мм) и поддерживайте низкую температуру между проходами, чтобы минимизировать искажения.

Примечания по изготовлению, обеспечивающие защиту от коррозии:

• Тщательно обезжирить; избегайте использования шлифовальных кругов из углерода/нержавеющей стали, чтобы предотвратить загрязнение серой/железом.
• Используйте обратную-продувку корневых проходов аргоном, чтобы защитить внутреннюю поверхность.
• В тяжелых условиях эксплуатации в кислоте или кислой среде отжиг в растворе (930–980 градусов) после сварки восстанавливает максимальную коррозионную стойкость.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Incoloy 825 лучше, чем 316L, при эксплуатации в кислых средах?

А: Да. Incoloy 825 (UNS N08825) одобрен согласно NACE MR0175/ISO 15156 для эксплуатации в кислой среде (H2S-содержащей) в растворе-отожженном состоянии при твердости<=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.

Вопрос: Что лучше противостоит серной кислоте: Incoloy 825 или 316L?

Ответ: Incoloy 825 намного лучше. В 50% серной кислоте при 60 C измеренная скорость коррозии составляет около 0,05 мм/год для 825 против примерно 2,5 мм/год для 316L - разница в 50 раз. 316L подвергается быстрой общей коррозии при температуре выше 40–50 C при промежуточных концентрациях, в то время как добавление меди в 825 пассивирует поверхность и устойчиво к серной и фосфорной кислоте в широком диапазоне и температурном диапазоне.

Вопрос: Устойчив ли Incoloy 825 к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением там, где не справляется 316L?

О: Да.. 316L, как известно, подвержен хлоридному-коррозионному растрескиванию при температуре выше 60 C и не проходит в течение нескольких часов при испытаниях с кипящим магнием-хлоридом. Incoloy 825, содержащий 38-46% никеля, практически невосприимчив к хлоридному SCC и не показывает растрескивания в том же испытании. Это единственная и самая важная причина, по которой операторы нефти-и газа выбирают модель 825 (а не 316L) для работы с кислой и морской водой.

Вопрос: Каков температурный предел Incoloy 825 по сравнению с 316L?

О: Incoloy 825 сохраняет коррозионную стойкость при непрерывной эксплуатации примерно до 540 C (1000 F) по сравнению с примерно 425 C (800 F) для 316L, что дает преимущество в 115 C. Выше предела 316L выделение карбидов вызывает сенсибилизацию и межкристаллитную коррозию; Стабилизация титана 825 предотвращает это. 825, а также сохраняет полезную прочность при криогенных и повышенных температурах.

Вопрос: Стоит ли Incoloy 825 более высокой цены по сравнению с 316L?

О: При первоначальной стоимости 825 стоит примерно в 2,5–3,5 раза дороже за килограмм, чем 316L. Но при эксплуатации в агрессивных средах с кислотами или хлоридами 825 служит 15-20+ лет по сравнению с 3–5 годами для 316L, что позволяет избежать 2–3 замен и незапланированных простоев. За 20-летний жизненный цикл 825 обычно на 60–75 % дешевле по совокупной стоимости владения, несмотря на более высокую закупочную цену.

Вопрос: Какие стандарты ASTM охватывают Incoloy 825 и 316L?

A: Incoloy 825: пластина/лист ASTM B424, бесшовная труба/трубка B423 (и трубка конденсатора B163), стержень B425, сварная труба B705, поковки B564, фитинги B366. 316L, нержавеющая сталь: пластина A240, труба A312, трубка A269/A213, стержень A276. Для эксплуатации в кислых средах требуется UNS (N08825 вместо S31603), ссылка NACE MR0175, где это применимо, и отчет об испытаниях материала EN 10204 3.1.