Наплавка никелевыми сплавами: плакировка из углеродистой стали для обеспечения коррозионной стойкости

Наплавка -, также называемая наплавкой или наплавкой -, представляет собой проверенный,-соответствующий нормам метод нанесения коррозионно--стойкого слоя никелевого сплава на подложку из углеродистой или низко-легированной стали. Результат: механическая прочность и низкая стоимость углеродистой стали в сочетании с коррозионной стойкостью никелевых сплавов - при стоимости материала на 40–60 % ниже, чем в конструкциях из цельного никелевого сплава. В этой статье объясняется, когда наплавка является правильным выбором, какие никелевые сплавы используются, какие стандарты применяются и как правильно указать наплавку.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Наплавка никелевыми сплавами — это-стандартное отраслевое решение для сосудов под давлением, теплообменников и компонентов трубопроводов, которые должны противостоять коррозии, вызываемой кислым газом (H₂S), хлоридами, кислотами и высоко-окислением -, без затрат на изготовление твердых сплавов.

Наплавка – это процесс нанесения одного или нескольких слоев коррозионностойкого-сплава (обычно на основе никеля-) на поверхность более дешевого основного металла (обычно углеродистой стали или низко-легированной стали) с помощью процессов дуговой сварки. Верхний слой - обычно толщиной 3–6 мм - действует как барьер между коррозионно-активной технологической жидкостью и основным металлом конструкции.

Зачем использовать накладку вместо твердого сплава?

Стол. Сравнение стоимости и производительности - из цельного сплава и конструкции с наплавкой


Параметр	Твердый никелевый сплав	Углеродистая сталь + накладка из никелевого сплава-	Экономия средств	Производительность
Стоимость материала ($/кг, типично)	$35–60	8–12 долларов США (CS) + 15–25 долларов США (оверлей)	на 40–60% ниже	Эквивалентная коррозионная стойкость
Время изготовления	Длиннее (сложно сваривать)	Более короткий (CS легко сваривается)	на 20–30 % быстрее	Тот же срок службы
Соответствие нормам проектирования	АСМЭ VIII, АСМЭ Б31.3	АСМЭ VIII, АСМЭ Б31.3	Такой же	Такой же
Типичная толщина наложения	Н/Д (сплошной)	3–6 мм (2–3 слоя)	N/A	Допуск на коррозию включен
Ремонт и обслуживание	Сложный (чувствителен к взлому-)	Проще (наложение можно-применить повторно)	Более низкая стоимость жизненного цикла	Более длительный срок службы
Масса	Высший (плотность 8,4–8,9 г/см³)	Нижний (плотность CS 7,85 г/см³)	на 5–10 % легче	То же номинальное давление

Источник: Правила ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел . 1 (2023 г.); ASME B31.3 Технологические трубопроводы (2022 г.); Special Metals Corporation «Каталог сварочной продукции» (2023 г.); Технические данные Haynes International «Коррозионно--стойкие сплавы»; Внутренний анализ затрат JN Alloys на 2024–2025 гг.

Для сосудов большого-диаметра, корпусов теплообменников и катушек трубопроводов, где коррозионное воздействие ограничивается внутренней поверхностью, наплавка обеспечивает те же коррозионные характеристики, что и твердый сплав, при меньших затратах на материал на 40–60 %.

Не все никелевые сплавы подходят для наплавки. Материал наплавки должен быть свариваемым, совместимым с разбавлением углеродистой стали и устойчивым к специфической агрессивной среде. В отрасли доминируют два сплава: сплав 625 (UNS N06625) и сплав C-276 (UNS N10276).

Выбор сплава по коррозионной среде

Стол. Материалы накладок из никелевых сплавов - Руководство по выбору в зависимости от коррозионной среды


Сплав (УНС)	Ключевые легирующие элементы	Первичная коррозионная стойкость	Типичные приложения наложения	Процесс сварки	Номер ASME P-
Сплав 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Окисление, хлоридная коррозия, H₂S, морская вода.	Устьевое оборудование, подводные соединители, сосуды под давлением	GTAW, GMAW, FCAW, ПИЛА	П-Нет. 43
Сплав С-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Восстановительные кислоты, HCl, H₂SO₄, хлор, сернистый газ	Химические реакторы, скрубберы, системы ДДГ, кислотные трубопроводы	GTAW, GMAW, FCAW, ПИЛА	П-Нет. 44
Сплав С-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Сильные смешанные кислоты, гипохлорит, влажный хлор	Фармацевтическая, целлюлозно-бумажная промышленность, сжигание отходов	GTAW, ГМАВ	П-Нет. 44
Сплав 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Сернистый газ (H₂S), серная/фосфорная кислота	Скважинные насосно-компрессорные трубы, газопереработка, теплообменники	GTAW, ГМАВ	П-Нет. 45
Сплав 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Высоко-оксидирование, азотирование, щелочь	Компоненты печей, корзины для термообработки	GTAW, ГМАВ	П-Нет. 43
Сплав Х (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Окисление при 1100–1200 градусов, науглероживание.	Камеры сгорания, компоненты газовых турбин	GTAW, ГМАВ	П-Нет. 43
Сплав 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Экстремальные восстановительные кислоты, смеси HCl, H₂SO₄	Химический процесс, контроль загрязнения	GTAW, ГМАВ	П-Нет. 44

Источник: Технические данные корпорации Special Metals Corporation «INCONEL® Alloy 625» и «INCONEL® Alloy 725» (2023 г.); Технические данные Haynes International «HASTELLOY® C-276 Alloy» (2023 г.); Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел IX (2023 г.) QW-422 Группировка P-номеров; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015.

Сравнение химического состава

Стол. Химический состав накладных материалов из обычных никелевых сплавов (% по массе, типичный)


Сплав (УНС)	Ни	Кр	Мо	Фе	W	Нб	Ти	С (макс)
Сплав 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Меньше или равно 5	-	3.15–4.15	Меньше или равно 0,4	0.10
Сплав С-276 (N10276)	Баланс	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Сплав С-22 (N06022)	Баланс	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Сплав 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 мин.	-	-	0.6–1.2	0.05
Сплав 600 (N06600)	72 мин.	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Сплав Х (N06002)	Баланс	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Сплав 59 (N06059)	Баланс	22–24	15–16.5	Меньше или равно 1,5	-	-	-	0.01

Источник: ASTM B443 (сплав 625); ASTM B575 (сплав С-276, С-22, 59); ASTM B425 (сплав 825); ASTM B168 (сплав 600); ASTM B435 (сплав X); Информационные листы Special Metals и Haynes International (2023 г.).

Сплав 625 является выбором по умолчанию для работы с морской водой, хлоридами и высокосернистыми газами (H₂S). Сплав C-276 является выбором по умолчанию для восстановительных кислот (HCl, H₂SO₄) и агрессивных химических сред. В пограничных случаях обратитесь к NACE MR0175/ISO 15156-3 и проведите испытания на коррозию.

Выбор процесса сварки влияет на качество наплавки, степень разбавления, скорость наплавки и стоимость. Для оборудования критического давления наиболее распространенными являются GTAW (TIG) и GMAW (MIG). При облицовке больших-площадей FCAW и SAW обеспечивают более высокую производительность.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Сравнение процессов наплавки из никелевого сплава

Стол. Сравнение процессов сварки накладок из никелевых сплавов - по качеству и производительности


Процесс	Скорость разбавления	Скорость осаждения	Лучшее приложение	Позиция	Уровень навыков	Расходы
GTAW (ТИГ)	10–25%	0,5–1,5 кг/ч	Первый слой, корневой проход, тонкий слой, малый диаметр	Все позиции	Высокий	Высокий
GMAW (МИГ)	20–30%	2–4 кг/ч	Слои заливки и покрытия, наложение средней-толщины	Плоский, горизонтальный	Середина	Середина
FCAW (порошковая-порошковая)	20–35%	3–6 кг/ч	Наложение большой-площади, не-некритичные приложения	Плоский, горизонтальный	Середина	Низкий
SAW (дуга под флюсом)	30–50%	5–15 кг/ч	Большие емкости, тяжелая обшивка, высокая производительность.	Только квартира	Середина	Самый низкий
PAW (Плазменная дуга)	5–15%	1–3 кг/ч	Прецизионное наложение, автоматизированные системы	Плоский, механизированный	Высокий	Высокий
Лазерная наплавка	5–10%	1–5 кг/ч	Прецизионный ремонт, тонкое наложение, минимальное разбавление	Плоский, механизированный	Высокий	Очень высокий

Источник: Правила ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел IX (2023 г.); AWS D1.6/D1.6M-22 «Нормы по сварке конструкций — нержавеющая сталь»; «Рекомендации по сварке никелевых сплавов» для специальных металлов (2023 г.); Техническое руководство Lincoln Electric «Продукция для сварки никелевых сплавов» (2023 г.).

Управление разбавлением имеет решающее значение для производительности наложения

Разбавление происходит, когда основной металл (углеродистая сталь) плавится и смешивается с присадочным металлом (никелевым сплавом). Чрезмерное разбавление снижает коррозионную стойкость наплавки за счет снижения критического содержания сплава (Cr, Mo, Nb). Для наплавки из сплава 625 содержание железа в первом слое должно поддерживаться ниже 10 %; для С-276 ниже 7%.

Стол. Максимально допустимое разбавление - пределов содержания железа по сплавам


Сплав	Максимальное количество железа в накладке (мас.%)	Минимальный Cr в наложении (мас.%)	Минимальный Мо в наложении (мас.%)	Рекомендуемый процесс
Сплав 625	Меньше или равно 10%	Больше или равно 18 %	Больше или равно 7%	GTAW или GMAW для первого слоя; FCAW/SAW для заполнения
Сплав С-276	Меньше или равно 7%	Больше или равно 14 %	Больше или равно 14 %	GTAW для первого слоя; GMAW/FCAW для заполнения
Сплав С-22	Меньше или равно 6%	Больше или равно 19%	Больше или равно 11%	GTAW или GMAW для всех слоев
Сплав 825	Меньше или равно 15%	Больше или равно 20%	Больше или равно 2,5%	GTAW или GMAW
Сплав 600	Меньше или равно 10%	Больше или равно 14 %	N/A	GTAW или GMAW

Источник: Special Metals «Руководство по сварке сплава INCONEL® 625» (2023 г.); Haynes International «Сварка и изготовление сплава HASTELLOY® C-276» (2023 г.); ASME Раздел IX QW-404.12 «Разбавление присадочного металла»; AWS A5.14/A5.14M:2018 «Спецификации для никелевых и никелевых сварочных электродов и стержней».

Используйте GTAW (TIG) для первого слоя, чтобы свести к минимуму разбавление и обеспечить соответствие химическому составу. Используйте GMAW, FCAW или SAW для последующих слоев, чтобы повысить производительность. Всегда проверяйте химический состав наложения с помощью PMI (положительная идентификация материала) или лабораторного анализа.

Минимальная толщина наплавки определяется припуском на коррозию, глубиной разбавления, возможностями процесса сварки и требованиями норм. Для большинства сосудов под давлением и трубопроводов стандартом является толщина 3–6 мм (2–3 слоя). Более тонкие наложения рискуют прорывом; более толстые накладки увеличивают стоимость и могут вызвать проблемы с остаточным напряжением.

Рекомендации по расчету толщины

Стол. Расчетная толщина наложения - Рекомендуемые значения в зависимости от применения


Приложение	Степень коррозии	Минимальная толщина (мм)	Типичные слои	Ссылка на код	Примечания
Сосуды под давлением (общие)	Умеренный (без H₂S)	3.0	2 слоя	ASME VIII раздел. 1 UG-16	1,5 мм мин после обработки
Обслуживание высокосернистого газа (H₂S)	Тяжелая степень (NACE MR0175)	4.0–5.0	2–3 слоя	NACE MR0175/ISO 15156	Проверьте твердость. Меньше или равна 22 HRC.
Теплообменники морской воды	Питтинг с высоким Cl⁻	4.0	2–3 слоя	ASME VIII + спецификация пользователя	Используйте сплав 625 или 825.
Колонны абсорбции кислых газов	Тяжелая (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 слоя	ASME VIII + спецификация пользователя	Используйте сплав C-276 или C-22.
Подводное устьевое оборудование	Тяжелая + HPHT	5.0–6.0	3 слоя	API 6А, API 17D	Используйте сплав 625, проверьте PMI
FGD (обессеривание дымовых газов)	Тяжелая (влажный SO₂, HCl)	5.0	3 слоя	Спецификация пользователя	Используйте сплав C-276 или C-22.
Каталитические реформаторы	Высокотемпературное-окисление	4.0	2–3 слоя	API 560/спецификация пользователя	Используйте сплав 600 или X.

Источник: Правила ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел . 1 (2023 г.) UG-16 «Минимальная толщина стенок»; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 «Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для использования в средах, содержащих H₂S»; API 6A (21-е изд., 2024 г.) «Устьевое и елочное оборудование»; API 17D (3-е изд., 2021 г.) «Проектирование и эксплуатация систем подводной добычи».

Расчет припуска на коррозию

Толщина наложения должна включать: (1) припуск на коррозию (обычно 1,5–3,0 мм при сроке службы 10–20 лет), (2) припуск на механическую обработку (0,5–1,0 мм для чистовой обработки поверхности) и (3) толщину зоны разбавления (1,0–1,5 мм для первого слоя).

Стол. Разбивка по толщине наложения - Допуск на коррозию и производственные допуски


Толщина компонента	Типичный диапазон (мм)	Цель	Метод управления	Стандартный справочник
Допуск на коррозию	1.5–3.0	Потери материала в течение расчетного срока службы	Спецификация процесса проектирования	ASME VIII UG-25
Припуск на обработку	0.5–1.0	Обработка поверхности, подготовка неразрушающего контроля	Допуск на обработку	АСМЭ Б46.1
Зона разбавления	1.0–1.5	Первый слой, смешанный с основным металлом	Процедура сварки (PQR)	ASME IX QW-404
Минимум звукового металла	0.5–1.0	Запас безопасности выше разбавления	Проверка UT или RT	ASME V, статья 4
Общая расчетная толщина	3.5–6.5	Сумма вышеуказанных компонентов	Инженерное проектирование	Спецификация проекта

Источник: Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел . 1 UG-25 «Допуск на коррозию»; ASME B46.1-2019 «Текстура поверхности (шероховатость, волнистость и слоистость)»; ASME Раздел V Статья 4 «Методы ультразвукового контроля сварных швов»; Раздел IX ASME «Квалификация в области сварки, пайки и плавления».

Заключение:Для большинства применений после обработки укажите минимальную толщину наложения 3,0 мм. Для агрессивных сред (сернистый газ, кислоты, морская вода) укажите 4,0–5,0 мм. Всегда включайте допуск на коррозию в проектную спецификацию.

Поскольку верхний слой тонкий (3–6 мм), а коррозионная стойкость зависит от точного химического состава, контроль качества более важен, чем для конструкций из цельного сплава. Каждое наложение должно быть проверено методом положительной идентификации материала (PMI) и проверено ультразвуковым контролем (UT) или рентгенографическим контролем (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Требования к проверке наплавленного шва

Стол. Испытания контроля качества наплавленных наплавок из никелевых сплавов


Тест	Цель	Метод	Критерии приемки	Частота	Стандартный
PMI (положительный идентификатор материала)	Проверьте химию наложения	РФА или ОЭС	Cr, Mo, Nb в пределах спецификации; Fe Меньше или равно пределу	100% поверхности наложения	АСТМ Е1621
Ультразвуковой контроль (UT)	Обнаружить непровар, пористость	Прямая балка или угловая балка	Нет показаний > 20% DAC	100 % площади наложения	ASME V Art. 4, 5
Радиографическое тестирование (РТ)	Обнаружение внутренних дефектов	Рентгеновское-излучение или гамма-излучение	Согласно ASME VIII UW-51	Спот или 100 %, как указано	ASME V Искусство. 2
Жидкий пенетрант (PT)	Обнаружение поверхностных трещин	Видимый или флуоресцентный краситель	Отсутствие линейных признаков > 1,5 мм	100% поверхности наложения	ASME V Искусство. 6
Испытание на твердость	Проверьте соответствие NACE MR0175.	Портативный твердомер	Меньше или равно 22 HRC (кислый сервис)	Согласно NACE MR0175, таблица A.1.	АСТМ Е10/Е18
Ферритовый номер (если применимо)	Не требуется для наложения из никелевого сплава-	Ферритовый счетчик	Н/Д (аустенитный)	N/A	АСТМ А342
Металлографическая экспертиза	Проверка микроструктуры, разбавление	Поперечное-сечение, травление	Отсутствие трещин, пористости и чрезмерного разбавления.	Квалификация по процедуре	АСТМ Е3, Е407

Источник: ASTM E1621-21 «Стандартное руководство по элементному анализу с помощью рентгеновской флуоресцентной спектрометрии с дисперсией по длине волны»; Кодекс ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел V (2023 г.), статьи 2, 4, 5, 6; ASME, раздел VIII, раздел . 1 UW-51 «Радиографический контроль сварных швов»; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Таблица A.1 «Требования к твердости для углеродистых и низколегированных сталей».

Распространенные дефекты и их причины

Стол. Распространенные дефекты наплавки -, причины и меры предотвращения


Дефект	Появление	Первопричина	Профилактика	Метод обнаружения
Отсутствие слияния	Линейная индикация на интерфейсе	Недостаточное тепловложение, плохая техника	Увеличьте силу тока, правильную скорость движения.	ЮТ, РТ
Пористость	Круглые газовые карманы в накладке	Загрязнения (масло, влага, оксиды)	Очистите основной металл, используйте сухую насадку, соответствующую газовую защиту.	РТ, ЮТ
Горячее растрескивание	Межкристаллитные трещины в накладке	Сильная задержка, неправильная последовательность бисерин.	Контроль тепловложения, правильная конструкция соединений.	ПТ, ВТ, металлография
Чрезмерное разбавление	Низкий уровень Cr/Mo в накладке	Высокое тепловложение, неправильная техника	Уменьшите силу тока, используйте GTAW для первого слоя.	PMI, химический анализ
Вольфрамовые включения	Яркие частицы в наложении	Контакт электрода GTAW со сварочной ванной	Соблюдайте правильное расстояние, используйте правильный электрод.	РТ, ВТ
Шлаковые включения	Неравномерные темные пятна	Неправильная межпроходная очистка (FCAW, SAW)	Очистка между проходами, правильное обращение с флюсом.	РТ, ЮТ
Подрез	Канавка на кончике сварного шва	Чрезмерный ток, неправильная техника	Уменьшите силу тока, установите правильный угол горелки.	ВТ, ПТ

Источник: AWS D1.6/D1.6M-22 «Нормы по сварке конструкций — нержавеющая сталь»; «Рекомендации по сварке никелевых сплавов» для специальных металлов (2023 г.); ASME Раздел IX QW-190 «Контроль и ремонт сварных швов».

Проверка PMI химического состава наплавки обязательна для каждой работы. Проверка UT или RT подтверждает целостность соединения. Для работы в кислой среде требуется испытание на твердость по стандарту NACE MR0175. Все результаты проверки должны быть задокументированы в протоколе испытаний материала.

Наложение сварного шва не является «альтернативным» методом -, оно явно признано и регулируется нормами проектирования ASME. Накладной слой можно считать припуском на коррозию, но не толщиной, -выдерживающей давление, если это специально не квалифицировано и не документировано.

Требования норм для наплавки сварных швов

Стол. Требования норм ASME для конструкции наплавленного шва


Код	Параграф	Требование	Наложение лечения	Ключевые примечания
ASME VIII, раздел. 1	УГ-16, УВ-42	Минимальная толщина, порядок сварки	Наложение=припуска на коррозию	Накладка не включена в расчет давления
ASME VIII, раздел. 1	От UCL-30 до UCL-46	Плакированные и наплавленные сосуды	Наложение может быть включено, если оно соответствует требованиям	Должен соответствовать требованиям UCL-30.
ASME VIII, раздел. 2	Часть D, Статья D.11	Плакирование и наплавка	Похоже на: Div. 1	Для наложения требуется разработка-на основе-анализа
АСМЭ Б31.3	Пункт. 323.4.2	Плакированные и наплавленные трубы	Наложение=припуска на коррозию	Наложение может использоваться для давления, если оно квалифицировано.
АСМЭ Б31.3	Пункт. 328.5.1	Процедура наложения сварного шва	Должен быть квалифицирован по ASME IX.	PQR требуется для каждого процесса наложения
АСМЭ IX	QW-214, QW-283	Аттестация процедуры наплавки	Наложение PQR требует химического анализа	Должен продемонстрировать контроль разбавления
КДЕС MR0175	ИСО 15156-3	Кислые сервисные материалы	Наложение приемлемо для базы CS	Твердость Меньше или равна 22 HRC, квалифицированная процедура

Источник: Правила ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел . 1 (2023 г.) UG-16, UW-42, от UCL-30 до UCL-46; Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел . 2 (2023 г.), часть D, статья D.11; ASME B31.3-2022 «Технологические трубопроводы», параграфы 323.4.2, 328.5.1; Нормы ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел IX (2023 г.) QW-214, QW-283; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015.

Когда наложение может быть включено в расчетную толщину

По умолчанию нормы ASME рассматривают наплавку как припуск на коррозию -, он не включается в расчет толщины, выдерживающей давление-. Однако, если процедура наложения соответствует требованиям, позволяющим продемонстрировать полное металлургическое соединение, и технические условия на проект прямо допускают это, толщина наложения (за вычетом припуска на коррозию) может быть принята во внимание.

Стол. Условия включения наложения в расчет давления


Состояние	Требование	Проверка	Ссылка
Полная металлургическая связка	Нет недостатка слияния, полное слияние на границе раздела	УЗ-обследование, 100% покрытие	ASME VIII UCL-30
Квалифицированная процедура наложения	PQR с химическим анализом, механические испытания	Квалификация ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Утверждение технического задания	Инженер должен утвердить оверлейный кредит	Требуется письменная спецификация	ASME VIII UG-22
Допуск на коррозию вычтен	Засчитывается только прочный металл, превышающий допуск на коррозию.	Допуск на коррозию по УГ-25	ASME VIII UG-25

Источник: Правила ASME по котлам и сосудам под давлением, раздел VIII, раздел . 1 UCL-30 «Плакированные и сварные-металлические-футерованные сосуды»; ASME Раздел IX QW-283 «Параметры сварки для коррозионностойкой наплавки»; Бюллетень WRC 447 «Руководство по оценке наплавки сварного шва в оборудовании, работающем под давлением» (1999).

Наложение сварных швов полностью соответствует нормам-. По умолчанию он рассматривается как допуск на коррозию и не включается в расчетное давление. Если проектная спецификация позволяет, наложение может быть зачтено в расчет толщины давления -, но это требует квалифицированных процедур и явного инженерного одобрения.

Наплавку никелевыми сплавами чаще всего применяют в отраслях, где технологическая среда высокоагрессивна, но размеры оборудования делают цельносплавные конструкции экономически непривлекательными. Крупнейшим потребителем является нефтегазовая промышленность, за ней следуют химическая обработка и производство электроэнергии.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Примеры применения по отраслям

Стол. Применение наплавок по отраслям и сфере обслуживания


Промышленность	Оборудование	Режим коррозии	Типичное наложение сплава	Толщина (мм)	Код/Стандарт
Нефть и газ (добыча и добыча)	Устье скважины, X-дерево, дроссельные клапаны	H₂S, CO₂, Cl⁻, морская вода	Сплав 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Нефть и газ (Мидстрим)	Трубопровод, корпуса клапанов, корпуса насосов	H₂S, CO₂, влажный газ	Сплав 625 или 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Нефть и газ (переработка и переработка)	Гидрокрекинг, реакторы HDS	H₂, H₂S, высокая температура	Сплав 625 или 825	4–5	API 934-А, NACE RP045
нефтехимическая	Корпуса реакторов, теплообменники	Кислоты, хлориды, H₂S	Сплав С-276 или С-22	4–6	ASME VIII, спецификация пользователя
Химический процесс	Кислотные реакторы, скрубберы, трубопроводы	HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, Cl₂	Сплав С-276 или С-22	5–6	ASME VIII, спецификация пользователя
Производство электроэнергии	Поглотители ДДГ, воздуховоды, вентиляторы	SO₂, HCl, мокрый скруббер	Сплав С-276 или С-22	4–6	ASTM, спецификация пользователя
Опреснение	Трубные решетки теплообменника	Морская вода, высокая температура	Сплав 625 или 825	3–4	ASTM, спецификация пользователя
Морской/оффшорный	Насосы, клапаны, трубопроводы морской воды	Морская вода, биообрастание	Сплав 625	4–5	DNV, ABS, спецификация пользователя
Целлюлозно-бумажная промышленность	Варочные котлы, отбеливатели	NaOH, ClO₂, H₂SO₄	Сплав С-276 или С-22	4–6	TAPPI, спецификация пользователя

Источник: API 6A (21-е изд., 2024 г.) «Устьевое и елочное оборудование»; API 17D (3-е изд., 2021 г.) «Системы подводной добычи»; API 934-A (3-е изд., 2019 г.) «Материалы и изготовление толстостенных сосудов под давлением из стали 2¼Cr-1Mo и 3Cr-1Mo для работы с водородом при высоких-температурах и давлении»; NACE RP045-2003 «Наплавочная сварка для работы с водородом»; ASME B31.3-2022 «Технологические трубопроводы»; DNVGL-OS-F101 (2021) «Подводные трубопроводные системы».

Практический пример: наложение устьевого оборудования

Подводное устьевое оборудование и рождественские елки работают в самых агрессивных коррозионных средах: морская вода снаружи, высокосернистый газ (H₂S) и рассол внутри, а также температура до 200 градусов. Конструкция из твердого сплава 625 будет стоить 5–8 углеродистой стали. Наплавка сплава 625 на углеродистую сталь или низколегированную сталь (например, AISI 4130, F22) обеспечивает такую же коррозионную стойкость при снижении затрат на 40–50 %.

Стол. Практический пример - Подводная устьевая втулка: накладка из сплава 625 на сталь F22


Параметр	Твердый сплав 625	F22 + Накладка из сплава 625	Экономия	Примечания
Стоимость базового материала	55 долларов США/кг	4 доллара США/кг (F22)	на 90% ниже	F22 — сталь с низким-легированием Cr-Mo.
Стоимость наложения	N/A	18 долларов США/кг (625 наполнитель + работа)	N/A	Процесс GTAW + GMAW
Общая стоимость изготовления	$180,000	$95,000	на 47% ниже	Согласно спецификации API 6A
Срок поставки	16 недель	10 недель	на 6 недель быстрее	F22 легко сваривается, наложение является обычным делом
Коррозионные характеристики	Отличный	Отлично (эквивалент)	Такой же	Наложение соответствует API 6A
Соответствие Кодексу	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Такой же	Твердость наплавки Меньше или равна 22 HRC

Источник: API 6A (21-е изд., 2024 г.) «Устьевое и елочное оборудование»; NACE MR0175/ISO 15156-3:2015; Внутренние данные JN Alloys по изготовлению подводного устьевого узла в 2023 году; Технический паспорт специальных металлов «INCONEL® Alloy 625» (2023 г.).

Для крупного,-толстостенного оборудования, где коррозионное воздействие ограничивается внутренней поверхностью, наплавка является экономически более выгодным выбором. Твердый сплав следует использовать для небольших компонентов (внутренние детали клапана, фитинги приборов), где наложение нецелесообразно.

Спецификация присадочного металла (классификация AWS) определяет химический состав покрытия и коррозионную стойкость. Для наложения сплава 625 используйте ERNiCrMo-3 или ERNiCrMo-4; для наложения C-276 используйте ERNiCrMo-4. Классификация -4 имеет более высокое содержание Mo и предпочтительна для работы в тяжелых восстановительных кислотах.

Классификация присадочных металлов для наплавки из никелевых сплавов

Стол. Классификация присадочных металлов AWS для наплавки из никелевых сплавов


Классификация AWS	УНС	Соответствующий сплав	Кр (%)	Мо (%)	Nb+Ta (%)	Основное приложение
ЭРНиКр-3	N06082	Сплав 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Высокотемпературное-оксидирование, разнородные сварные швы
ЭРНиКрМо-3	N06625	Сплав 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Морская вода, H₂S, хлориды, общее наложение
ЭРНиКрМо-4	N10276	Сплав С-276	14.5–16.5	15–17	-	Восстановительные кислоты, сильная коррозия
ЭРНиКрМо-10	N06022	Сплав С-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Смесь кислот, гипохлорит
ЭРНиКрМо-14	N06686	Сплав 686	19–23	15–17	-	Экстремальные кислоты, морская вода
ЭРНиФеКр-1	N08065	Сплав 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Сернистый газ, серная кислота
ЭРНиМо-7	N10665	Сплав Б-2, Б-3	Меньше или равно 1,0	26–30	-	Соляная кислота, восстановительные среды

Источник: AWS A5.14/A5.14M:2018 «Спецификации для никелевых и никелевых-сплавных голых сварочных электродов и стержней»; AWS A5.11/A5.11M:2017 «Спецификации на сварочные электроды из никеля и никелевых-сплавов для дуговой сварки защитных металлов»; «Каталог сварочной продукции специальных металлов» (2023 г.); Технические данные Haynes International «Сварочные присадочные металлы» (2023 г.).

Выбор присадочного металла в зависимости от условий эксплуатации

Стол. Руководство по выбору присадочного металла - Наложение никелевого сплава в зависимости от коррозионной среды


Среда обслуживания	Режим коррозии	Рекомендуемый наполнитель	Альтернатива	Примечания
Морская вода, рассол	Cl⁻ ямки, щели	ЭРНиКрМо-3 (625)	ЭРНиКрМо-4	625 стандарт для морской воды.
Сернистый газ (H₂S)	ССК, HIC, SOHIC	ЭРНиКрМо-3 или ЭРНиФеКр-1	ЭРНиКрМо-4	Проверьте твердость. Меньше или равна 22 HRC.
Соляная кислота	Общая коррозия	ЭРНиМо-7 (Б-2/Б-3)	ЭРНиКрМо-4	B-3 предпочтителен для HCl.
Серная кислота	Общая коррозия	ЭРНиКрМо-4 или ЭРНиФеКр-1	ЭРНиКрМо-10	C-276 для < 50 % H₂SO₄
Смесь кислот (HCl + H₂SO₄)	Сильная коррозия	ЭРНиКрМо-4 или ЭРНиКрМо-10	ЭРНиКрМо-14	C-22 или 686 для экстремальных условий эксплуатации
Высокотемпературное-окисление	Окисление, науглероживание	ЭРНиКр-3	ЭРНиКрКоМо-1	Используйте для обслуживания > 900 градусов
Каустик (NaOH, КОН)	Каустическое растрескивание	ЭРНиКр-3	ЭРНиКрМо-3	Наполнитель из сплава 600 для каустика
Обессеривание дымовых газов	SO₂, HCl, мокрый скруббер	ЭРНиКрМо-4	ЭРНиКрМо-10	C-276 является стандартным для ФГД.

Источник: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 «Нефтяная и газовая промышленность-Материалы для использования в средах, содержащих H₂S-»; Специальные металлы «Руководство по выбору коррозионностойких сплавов» (2023 г.); Техническая брошюра Haynes International «Данные о коррозии» (2023 г.); Outokumpu «Справочник по коррозии нержавеющей стали и никелевых сплавов» (2021 г.).

ERNiCrMo-3 (наполнитель из сплава 625) является наиболее универсальным выбором для обычных наплавочных работ. ERNiCrMo-4 (наполнитель C-276) предпочтителен для работы в тяжелых восстановительных кислотах. Всегда проверяйте химический состав наплавки с помощью PMI, чтобы убедиться, что присадочный металл и процедура сварки обеспечивают необходимое содержание Cr, Mo и Fe.