Incoloy 825 vs 316L: سبائك النيكل مقابل الفولاذ المقاوم للصدأ للخدمة الحامضة والبيئات الحمضية

إنكولوي 825 (UNS N08825)والفولاذ المقاوم للصدأ 316L (UNS S31603) غالبًا ما تتم مقارنتهما لأن كلاهما مقاوم للتآكل وكلاهما يبدو مثل "السبيكة اللامعة" بالنسبة إلى -غير المتخصصين. في الواقع، فهي تنتمي إلى عائلات مواد مختلفة. 316L عبارة عن فولاذ مقاوم للصدأ الأوستنيتي يحتوي على حوالي 10-14% نيكل؛ إنكولوي 825 عبارة عن سبيكة من النيكل-الحديد-الكروم تحتوي على 38-46% نيكل بالإضافة إلى إضافات مقصودة من النحاس والموليبدينوم والتيتانيوم. هذا الاختلاف في محتوى النيكل ليس تفصيلاً، فهو يحدد ما إذا كان المعدن سينجو من الغاز الحامض، وحمض الكبريتيك، والكلوريدات الساخنة، أو يتشقق بهدوء.

Incoloy 825 vs 316L

خلاصة القول: عندما تشتمل الخدمة على غاز حامض (H2S)، أو حمض الكبريتيك أو الفوسفوريك، أو الكلوريدات بدرجة تزيد عن 60 درجة تقريبًا، فإن Incoloy 825 هو الاختيار الهندسي الصحيح و316L غير مؤهل. 316يظل L هو العمود الفقري الاقتصادي للمياه النظيفة، والواجب المائي المعتدل، والتعرض للغلاف الجوي. اختر حسب البيئة، وليس حسب السعر: 316L حيث يكون التآكل خفيفًا، و825 حيث يكون عدوانيًا أو حامضًا.

Tيشرح تكوينه كل فجوة في الأداء تقريبًا. يحمل Incoloy 825 ما يقرب من ثلاثة إلى أربعة أضعاف كمية النيكل التي يحملها 316L، بالإضافة إلى النحاس (الغائب في 316L) لمقاومة الأحماض والتيتانيوم (الغائب في 316L) لاستقرار اللحام. هذه العناصر الإضافية هي بالضبط ما يمنح 825 مناعته ضد إجهاد الكلوريد-التشقق الناتج عن التآكل، ومقاومته لحمض الكبريتيك-، و-استقرار التآكل الملحوم. 316L، وهو عبارة عن سبيكة أصغر حجمًا تم تحسينها من حيث التكلفة والتآكل العام.

عنصر	إنكولوي 825 (N08825)	316L (S31603)	لماذا يهم؟
النيكل (ني)	38-46%	10-14%	825: مناعة كلوريد SCC؛ 316L: محدود
الكروم (الكروم)	19.5-23.5%	16-18%	كلاهما: حمض مؤكسد-+ طبقة سلبية
الحديد (الحديد)	أكبر من أو يساوي 22% (الرصيد)	~65% (الرصيد)	825 أرخص من قاعدة Ni- الكاملة
الموليبدينوم (مو)	2.5-3.5%	2-3%	تأليب / مقاومة الشقوق
النحاس (النحاس)	1.5-3.0%	- (لا شيء)	825 فقط: تقليل-تخميل الحمض
التيتانيوم (تي)	0.6-1.2%	- (لا شيء)	825 فقط: اللحام-مستقر، بدون حساسية
الكربون (ج)	أقل من أو يساوي 0.05%	أقل من أو يساوي 0.03%	كلاهما منخفض؛ 316L أقل
برين (تأليب)	~31	~24-25	825 ~ 25% مقاومة أفضل للتنقر

[المصدر] ASTM B424 / B423 (Incoloy 825) وA240 / A312 (316L)؛ PREN=%Cr + 3.3×%Mo (+16×%N). القيم من أوراق بيانات مجموعة Special Metals-والموردين (Globo، وWomic، وjnalloy، وSuperStainlessAlloys).

فكر في 316L باعتباره-فولاذًا جيدًا يصدأ ببطء؛ فكر في Incoloy 825 باعتبارها سبيكة غنية بالنيكل-تقاوم الأحماض بفعالية ولن تتشقق تحت ضغط الكلوريد. يعمل النحاس الموجود في 825 كمحفز داخلي يدفع السطح إلى حالة "سلبية" (محمية) في حمض الكبريتيك؛ يمنع النيكل العالي الكلوريد من التسبب في التشقق الكارثي الذي يدمر 316L في الظروف الساخنة أو المالحة أو الحامضة.

يعتبر Incoloy 825 أقوى من 316L في كل من الشد والإنتاج، مع الحفاظ على الليونة. يمنح محتوى النيكل الأعلى أيضًا 825 صلابة أفضل في درجات الحرارة المبردة واحتفاظًا أفضل بالقوة عند درجات حرارة مرتفعة . 316L يفوز فقط بالليونة (الاستطالة) والكثافة المنخفضة - ولا يهم أي منهما عندما يكون التآكل هو وضع الفشل.

الملكية (ملدنة)	إنكولوي 825 (N08825)	316L (S31603)	الفائز
قوة الشد (دقيقة)	أكبر من أو يساوي 585 ميجا باسكال (85 كيلو باسكال)	أكبر من أو يساوي 485 ميجا باسكال	825
قوة الخضوع 0.2% (دقيقة)	أكبر من أو يساوي 240 ميجا باسكال (35 كيلو بوصة مربعة)	أكبر من أو يساوي 170 ميجا باسكال	825
استطالة (دقيقة)	أكبر من أو يساوي 30%	أكبر من أو يساوي 40%	316L
الصلابة (الحد الأقصى)	أقل من أو يساوي 200 HB / أقل من أو يساوي 35 HRC	أقل من أو يساوي 217 HB	قابلة للمقارنة
كثافة	8.14 جم/سم3	8.00 جم/سم3	316 لتر (أخف)
ماكس الخدمة المستمرة	~540 درجة	~425 درجة	825 (+115 درجة )

[المصدر] الحد الأدنى من الخواص الميكانيكية ASTM B424/B423 وA240/A312؛ الخدمة-أرقام درجة الحرارة لكل بيانات فنية لموردي السبائك (Globo، Sasa، SuperStainlessAlloys).

نعم - هذا أوضح خط فاصل. Incoloy 825 هي مادة معتمدة بموجب NACE MR0175 / ISO 15156 لخدمة H2S- التي تحتوي على (حامض)، ويتم توفيرها في المحلول - المصلد بصلابة قصوى تبلغ 35 HRC. إن محتواه العالي من النيكل يجعله محصنًا فعليًا ضد التكسير الناتج عن إجهاد الكبريتيد (SSC) ومقاومًا للهيدروجين-التكسير الناجم عن الهيدروجين. 316L غير معتمد للخدمة الحامضة وهو عرضة بشكل واضح للتكسير الناتج عن إجهاد الكلوريد-التآكل، لذا فإن تحديد 316L حيث يتواجد H2S والكلوريدات معًا هو مسار فشل موثق.

ماذا يعني المؤهل عمليا:

825 يجب أن يتم تسليم المحلول -مُلدنًا (ليس باردًا-مصنوعًا) للخدمة الحامضة؛ يتم التحقق من الصلابة أقل من أو تساوي 35 HRC.
-العمل على البارد 825 بدون إعادة التلدين-غير مسموح به للخدمة الحامضة - العمل البارد يزيد من الصلابة ومخاطر SCC.
يجب أن تشير تقارير اختبار المطحنة إلى NACE MR0175 / ISO 15156 مع إمكانية تتبع المنتج بالحرارة الكاملة-إلى-.
لا يحتوي 316L على مثل هذا المؤهل ويجب استبعاده من البيئات الحمضية وعالية الكلوريد.

تحذير المحدد: تشير بعض المصادر إلى حد 22 HRC مقابل 825 في الخدمة الحامضة. قيمة ISO 15156-3 الحاكمة لـ UNS N08825 هي 35 HRC (محلول صلب). تأكد دائمًا من الحدود البيئية الدقيقة (الضغط الجزئي لكبريتيد الهيدروجين والكلوريد ودرجة الحرارة والكبريت العنصري) مقابل الجدول القياسي الحالي لمظروف الخدمة الخاص بك.

بحسم. تم تطوير Incoloy 825 خصيصًا لحمض الكبريتيك والفوسفوريك. تؤدي إضافة النحاس إلى تخميل السطح في تقليل الحمض، مما يعطي معدلات تآكل أقل بمقدار 50 مرة تقريبًا من 316L في 50% حمض الكبريتيك عند 60 درجة . 316L يعاني من تآكل عام سريع أعلى من حوالي 40-50 درجة عند تركيزات حمض متوسطة - بالضبط الواجب حيث تم تحديد 825.

بيئة	إنكولوي 825 (مم/ سنة)	316 لتر (ملم/ سنة)	اقرأ-.
50% H2SO4 عند 60 درجة	~0.05	~2.5	825 ~ 50x أفضل
10% H2SO4 عند 60 درجة	<0.1	3-5	825 أعلى بكثير
20% حمض الهيدروكلوريك عند 25 درجة	~0.15	~1.5	825 ~ 10x أفضل
85% H3PO4 عند 85 درجة	~0.1	~1.2	825 يهيمن
غليان MgCl2 (اختبار SCC)	مقاومة (لا يوجد صدع)	الشقوق	الفارق حاسم
درجة حرارة التنقر الحرجة (CPT)	~50 درجة	~25 درجة	825 ~ 2x هامش

[المصدر] مقارنات معدلات-التآكل وفقًا للبيانات الفنية لأنابيب HT وHangbo وSuperStainlessAlloys: 50% H2SO4@60C 825 0.05 مقابل 316L 2.5 مم/عام؛ مقاومة غليان MgCl2 SCC 825 مقابل الشقوق 316L؛ CPT 825 ~ 50C مقابل 316L ~ 25C.

لماذا 825 يقاوم الحمض (الآلية)

يعزز النحاس الموجود في 825 تطور الهيدروجين الكاثودي على السطح، مما يحول احتمال تآكل السبيكة إلى النطاق السلبي حيث يتشكل فيلم أكسيد الكروم - المستقر. بعبارات واضحة، "يجبر" النحاس المعدن على حماية نفسه في حامض الكبريتيك والفوسفوريك. يتعامل الكروم مع أي مكون مؤكسد؛ يحارب الموليبدينوم الحفر الناتجة عن التلوث بالكلوريد أو الفلوريد (الشائع في عملية حمض الفوسفوريك الرطبة-) ويفتقر L إلى النحاس، لذلك لا يمكن أن يخمد ذاتيًا في تقليل الحمض ويتآكل بسرعة.

نعم، وهذا هو الفشل الأكثر شيوعًا-في العالم الحقيقي والذي يحفز الترقية إلى 825. الأوستنيتي 316L معروف بتعرضه لإجهاد الكلوريد-تشقق التآكل فوق حوالي 60 درجة، خاصة مع وجود الأكسجين وإجهاد الشد؛ وفي اختبار كلوريد المغنيسيوم- المغلي يتشقق خلال ساعات. يعتبر Incoloy 825، الذي يحتوي على 38-46% من النيكل، محصنًا فعليًا ضد الكلوريد SCC ولا يظهر أي تشقق في نفس الاختبار. بالنسبة للمبادلات المبردة بمياه البحر، والآبار الحامضة، وخطوط التخليل، فإن هذه الحصانة هي السبب وراء قيام المشغلين بتحديد 825 بدلاً من 316 لترًا.

هناك ميزتان مرتبطتان بـ 825 على 316L في خدمة الكلوريد:

يعطي PREN العالي (~31 مقابل ~24-25) 825 مقاومة أفضل بنسبة 25% تقريبًا في بيئات الكلوريد.
تثبيت التيتانيوم يعني أن 825 لا يتحسس بعد اللحام، لذلك يتم الحفاظ على مقاومته للتآكل في الحرارة -المنطقة المتأثرة - على عكس 316L، الذي يحتاج إلى درجة منخفضة من الكربون (L) - ولحام دقيق لتجنب التحسس.

تم تصنيف Incoloy 825 لخدمة التآكل المستمر حتى حوالي 540 درجة (1000 درجة فهرنهايت)، مقابل حوالي 425 درجة (800 درجة فهرنهايت) لـ 316L - بميزة 115 درجة. فوق حد 316L، يؤدي ترسيب الكربيد عند حدود الحبوب إلى التحسس والتآكل بين الحبيبات؛ يربط التيتانيوم 825 الكربون باعتباره TiC مستقرًا، مما يمنع ذلك. في الخدمات الكيميائية وخدمات التكرير حيث ترتفع درجات الحرارة إلى أعلى على مدى عمر المصنع، يمكن أن يعني هذا الهامش الفرق بين عمر المعدات الذي يبلغ 5 سنوات و20 عامًا.

كلاهما ملحوم بشكل جيد، ولكن 825 يتمتع بميزة حاسمة: حيث يمنع تثبيت التيتانيوم التحسس، لذلك يمكن استخدامه في حالة اللحام -لأغلب الخدمات الحمضية دون المعالجة الحرارية بعد-اللحام. معدن الحشو المطابق هو ERNiFeCr-1 (AWS A5.14، INCOLOY 65)؛ تعتبر ERNiCrMo-3 أو ERNiCr-3 بدائل مقبولة. نظرًا لأن 825 يتمتع بموصلية حرارية أقل وتوسع أعلى من الفولاذ المقاوم للصدأ، يمكنك التحكم في مدخلات الحرارة (أقل من ~ 1.0-1.5 كيلوجول/مم) والحفاظ على درجة حرارة الممر البيني منخفضة لتقليل التشوه.

ملاحظات التصنيع التي تحمي أداء التآكل:

إزالة الشحوم جيدا. تجنب استخدام عجلات الطحن على الكربون/الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع تلوث الكبريت/الحديد.
استخدم الأرجون الخلفي-لتطهير الممرات الجذرية لحماية السطح الداخلي.
بالنسبة للواجبات الحمضية أو الحامضة الشديدة، يتم تصلب المحلول (930-980 درجة) بعد اللحام لاستعادة أقصى مقاومة للتآكل.

س: هل Incoloy 825 أفضل من 316L في الخدمة الحامضة؟

ج: نعم. تمت الموافقة على Incoloy 825 (UNS N08825) بموجب NACE MR0175 / ISO 15156 للخدمة الحامضة (المحتوية على H2S-) في المحلول - في حالة التلدين عند الصلابة<=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.

س: أيهما أفضل في مقاومة حمض الكبريتيك، Incoloy 825 أم 316L؟

ج: إنكولوي 825 أفضل بكثير. في 50% من حمض الكبريتيك عند 60 درجة مئوية، تبلغ معدلات التآكل المقاسة حوالي 0.05 مم/سنة لـ 825 مقابل 2.5 مم تقريبًا/سنة لـ 316L - بفارق 50x. 316L يعاني من تآكل عام سريع فوق حوالي 40-50 درجة مئوية عند التركيزات المتوسطة، بينما تعمل إضافة النحاس 825 على تخميل السطح ومقاومة حمض الكبريتيك والفوسفوريك عبر نطاق واسع ودرجة الحرارة المغلف.

س: هل يقاوم Incoloy 825 تكسير التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد حيث يفشل 316L؟

ج: نعم. 316L معروف بتعرضه لإجهاد الكلوريد-تشقق التآكل عند درجة حرارة تزيد عن 60 درجة مئوية تقريبًا، ويفشل في غضون ساعات في غليان اختبارات كلوريد- كلوريد المغنيسيوم. يعتبر Incoloy 825، الذي يحتوي على 38-46% من النيكل، محصنًا فعليًا ضد الكلوريد SCC ولا يظهر أي تشقق في نفس الاختبار. وهذا هو السبب الوحيد الأكثر أهمية الذي يجعل مشغلي النفط والغاز-يحددون 825 (وليس 316L) لخدمة المياه الحامضة ومياه البحر.

س: ما هو حد درجة الحرارة لـ Incoloy 825 مقابل 316L؟

ج: يحافظ Incoloy 825 على مقاومة التآكل في الخدمة المستمرة حتى حوالي 540 درجة مئوية (1000 فهرنهايت)، مقابل حوالي 425 درجة مئوية (800 فهرنهايت) لـ 316L، وهي ميزة تبلغ 115 درجة مئوية. فوق الحد 316L، يتسبب ترسيب الكربيد في حدوث حساسية وتآكل بين الخلايا الحبيبية؛ يمنع تثبيت التيتانيوم 825 هذا. 825 ويحافظ أيضًا على القوة المفيدة في درجات الحرارة المبردة والمرتفعة.

س: هل يستحق Incoloy 825 التكلفة الأعلى مقارنة بـ 316L؟

ج: عند التكلفة الأولى، تبلغ تكلفة 825 ما يقرب من 2.5 إلى 3.5 أضعاف تكلفة الكيلوجرام الواحد مقارنة بـ 316L. ولكن في خدمة الأحماض أو الكلوريد القوية، يدوم 825 15-20+ سنة مقابل 3-5 سنوات لـ 316L، مما يؤدي إلى تجنب 2-3 عمليات استبدال ووقت التوقف غير المخطط له. على مدار دورة حياة مدتها 20 عامًا، يكون 825 أرخص بنسبة 60-75% في التكلفة الإجمالية للملكية على الرغم من ارتفاع سعر الشراء.

س: ما هي معايير ASTM التي تغطي Incoloy 825 و316L؟

ج: Incoloy 825: لوحة/ورقة ASTM B424، أنبوب/أنبوب غير ملحوم B423 (وأنبوب مكثف B163)، شريط B425، أنبوب ملحوم B705، مطروقات B564، تركيبات B366. 316L غير قابلة للصدأ: لوحة A240، أنبوب A312، أنبوب A269/A213، شريط A276. بالنسبة للخدمة الحامضة، تتطلب UNS (N08825 vs S31603)، ومرجع NACE MR0175 حيثما أمكن، وتقرير اختبار المواد EN 10204 3.1.