Napawanie ze stopami niklu: okładzina ze stali węglowej zapewniająca odporność na korozję

Napawanie -, zwane także napawaniem lub napawaniem -, to sprawdzona, zgodna-z przepisami metoda nakładania-odpornej na korozję warstwy stopu niklu na podłoże ze stali węglowej lub-ze stali niskostopowej. Wynik: wytrzymałość mechaniczna i niski koszt stali węglowej w połączeniu z odpornością na korozję stopów niklu - przy o 40–60% niższym koszcie materiału w porównaniu z konstrukcjami ze stałego stopu niklu. W tym artykule wyjaśniono, kiedy napawanie jest właściwym wyborem, jakie stopy niklu są stosowane, jakie standardy mają zastosowanie i jak prawidłowo określić nakładkę.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Napawane stopy niklu to-standardowe rozwiązanie w branży dla zbiorników ciśnieniowych, wymienników ciepła i elementów rurociągów, które muszą być odporne na korozję powodowaną przez kwaśny gaz (H₂S), chlorki, kwasy i-utlenianie w wysokiej temperaturze- bez ponoszenia kosztów wytwarzania stałego stopu.

Napawanie to proces osadzania jednej lub większej liczby warstw-odpornego na korozję stopu (zazwyczaj na bazie niklu-) na powierzchnię tańszego metalu nieszlachetnego (zazwyczaj stali węglowej lub stali-niskostopowej) przy użyciu procesów spawania łukowego. Warstwa wierzchnia - zwykle o grubości 3–6 mm - działa jak bariera pomiędzy korodującym płynem procesowym a metalem konstrukcyjnym.

Dlaczego warto używać nakładki zamiast stałego stopu?

Tabela. Porównanie kosztów i wydajności - Konstrukcja z litego stopu i konstrukcji napawanej


Parametr	Solidny stop niklu	Stal węglowa + nakładka ze stopu-Ni	Oszczędności	Wydajność
Koszt materiału ($/kg, typowy)	$35–60	8–12 USD (CS) + 15–25 USD (nakładka)	40–60% niższy	Równoważna odporność na korozję
Czas produkcji	Dłuższy (trudny do spawania)	Krótszy (CS łatwo się spawa)	20–30% szybciej	Ten sam okres użytkowania
Zgodność z Kodeksem Projektowym	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	To samo	To samo
Typowa grubość nakładki	Nie dotyczy (stałe)	3–6 mm (2–3 warstwy)	N/A	Wliczony dodatek na korozję
Naprawa i konserwacja	Trudne (-wrażliwe na pęknięcia)	Łatwiejsze (można ponownie-zastosować nakładkę)	Niższy koszt cyklu życia	Dłuższa żywotność
Waga	Wyższa (gęstość 8,4–8,9 g/cm3)	Niższa (gęstość CS 7,85 g/cm3)	5–10% lżejszy	Ta sama wartość ciśnienia

Źródło: Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja VIII dział. 1 (2023); Rurociągi procesowe ASME B31.3 (2022); „Katalog produktów spawalniczych” firmy Special Metals Corporation (2023); Dane techniczne firmy Haynes International „Stopy-odporne na korozję”; Analiza kosztów wewnętrznych JN Alloys na lata 2024-2025.

W przypadku zbiorników o dużej-średnicy, płaszczy wymienników ciepła i szpul rurociągów, gdzie atak korozji ogranicza się do powierzchni wewnętrznej, napoina napawana zapewnia taką samą odporność na korozję jak pełny stop przy koszcie materiału niższym o 40–60%.

Nie wszystkie stopy niklu nadają się do napawania. Materiał nakładki musi być spawalny, kompatybilny z rozcieńczoną stalą węglową i odporny na specyficzne środowisko korozyjne. W branży dominują dwa stopy: stop 625 (UNS N06625) i stop C-276 (UNS N10276).

Wybór stopu według środowiska korozyjnego

Tabela. Materiały nakładkowe ze stopu niklu - Przewodnik wyboru według środowiska korozyjnego


Stop (UNS)	Kluczowe pierwiastki stopowe	Podstawowa odporność na korozję	Typowe zastosowania nakładek	Proces spawania	Numer ASME P-
Stop 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Utlenianie, wżery chlorkowe, H₂S, woda morska	Wyposażenie głowicy odwiertu, złącza podmorskie, zbiorniki ciśnieniowe	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P.-Nie. 43
Stop C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Kwasy redukujące, HCl, H₂SO₄, chlor, kwaśny gaz	Reaktory chemiczne, płuczki, systemy FGD, rurociągi kwasowe	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P.-Nie. 44
Stop C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Silne mieszane kwasy, podchloryn, mokry chlor	Przemysł farmaceutyczny, celulozowo-papierniczy, spalanie odpadów	GTAW, GMAW	P.-Nie. 44
Stop 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Kwaśny gaz (H₂S), kwas siarkowy/fosforowy	Rury odwiertowe, obróbka gazu, wymienniki ciepła	GTAW, GMAW	P.-Nie. 45
Stop 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Utlenianie-w wysokiej temperaturze, azotowanie, działanie żrące	Elementy pieców, kosze do obróbki cieplnej	GTAW, GMAW	P.-Nie. 43
Stop X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Utlenianie w temperaturze 1100–1200 stopni, nawęglanie	Komory spalania, elementy turbin gazowych	GTAW, GMAW	P.-Nie. 43
Stop 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Kwasy ekstremalnie redukujące, HCl, mieszaniny H₂SO₄	Proces chemiczny, kontrola zanieczyszczeń	GTAW, GMAW	P.-Nie. 44

Źródło: Arkusze danych „INCONEL® Alloy 625” i „INCONEL® Alloy 725” firmy Special Metals Corporation (2023); Dane techniczne Haynes International „HASTELLOY® C-276 Alloy” (2023); Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja IX (2023) QW-422 Grupowanie numerów P; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Porównanie składu chemicznego

Tabela. Skład chemiczny powszechnie stosowanych materiałów powłokowych ze stopów niklu (% wag., typowy)


Stop (UNS)	Ni	Kr	Pon	Fe	W	Uwaga	Ti	C (maks.)
Stop 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Mniejsze lub równe 5	-	3.15–4.15	Mniejsza lub równa 0,4	0.10
Stop C-276 (N10276)	Balansować	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Stop C-22 (N06022)	Balansować	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Stop 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 minuty	-	-	0.6–1.2	0.05
Stop 600 (N06600)	72 minuty	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Stop X (N06002)	Balansować	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Stop 59 (N06059)	Balansować	22–24	15–16.5	Mniejsza lub równa 1,5	-	-	-	0.01

Źródło: ASTM B443 (stop 625); ASTM B575 (stop C-276, C-22, 59); ASTM B425 (stop 825); ASTM B168 (stop 600); ASTM B435 (stop X); Arkusze danych Special Metals i Haynes International (2023).

Stop 625 jest domyślnym wyborem do wody morskiej, chlorków i kwaśnych gazów (H₂S). Stop C-276 jest domyślnym wyborem do redukcji kwasów (HCl, H₂SO₄) i trudnych środowisk chemicznych. W przypadkach granicznych należy zapoznać się z NACE MR0175 / ISO 15156-3 i przeprowadzić badanie korozji.

Wybór procesu spawania wpływa na jakość nakładki, stopień rozcieńczenia, szybkość osadzania i koszt. W przypadku urządzeń pod ciśnieniem krytycznym najczęściej wybieranymi są metody GTAW (TIG) i GMAW (MIG). W przypadku okładzin-o dużej powierzchni, FCAW i SAW oferują wyższą wydajność.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Porównanie procesów dla nakładek ze stopu niklu

Tabela. Procesy spawania nakładek ze stopu niklu - Porównanie pod względem jakości i produktywności


Proces	Stopień rozcieńczenia	Szybkość osadzania	Najlepsza aplikacja	Pozycja	Poziom umiejętności	Koszt
GTAW (TIG)	10–25%	0,5–1,5 kg/h	Pierwsza warstwa, warstwa korzeniowa, cienka nakładka, mała średnica	Wszystkie pozycje	Wysoki	Wysoki
GMAW (MIG)	20–30%	2–4 kg/godz	Warstwy wypełnienia i zakrycia, nakładka o średniej-grubości	Płaski, poziomy	Średni	Średni
FCAW (topnik-rdzeniowy)	20–35%	3–6 kg/godz	Nakładki o dużych-obszarach,-niekrytyczne aplikacje	Płaski, poziomy	Średni	Niski
SAW (łuk kryty)	30–50%	5–15 kg/godz	Duże statki, ciężkie okładziny, wysoka wydajność	Tylko płaskie	Średni	Najniższy
PAW (łuk plazmowy)	5–15%	1–3 kg/godz	Precyzyjne nakładki, systemy zautomatyzowane	Płaski, zmechanizowany	Wysoki	Wysoki
Okładzina laserowa	5–10%	1–5 kg/godz	Precyzyjna naprawa, cienka nakładka, minimalne rozcieńczenie	Płaski, zmechanizowany	Wysoki	Bardzo wysoki

Źródło: Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 „Normy dotyczące spawania konstrukcyjnego – stal nierdzewna”; „Wytyczne dotyczące spawania stopów niklu” w przypadku metali specjalnych (2023); Przewodnik techniczny Lincoln Electric „Produkty spawalnicze ze stopów niklu” (2023).

Zarządzanie rozcieńczeniami ma kluczowe znaczenie dla wydajności nakładki

Rozcieńczenie następuje, gdy metal nieszlachetny (stal węglowa) topi się i miesza z metalem wypełniającym (stopem niklu). Nadmierne rozcieńczenie zmniejsza odporność korozyjną nakładki poprzez obniżenie krytycznej zawartości stopu (Cr, Mo, Nb). W przypadku nakładek ze stopu Alloy 625 zawartość żelaza w pierwszej warstwie powinna być utrzymywana poniżej 10%. dla C-276 poniżej 7%.

Tabela. Maksymalne dopuszczalne rozcieńczenie - Limity zawartości żelaza według stopu


Stop	Maksymalne Fe w nakładce (% wag.)	Minimalny Cr w nałożeniu (% wag.)	Minimalny Mo w nałożeniu (% wag.)	Zalecany proces
Stop 625	Mniej niż lub równo 10%	Większy lub równy 18%	Większy lub równy 7%	GTAW lub GMAW dla pierwszej warstwy; FCAW/SAW do wypełnienia
Stop C-276	Mniej niż lub równo 7%	Większy lub równy 14%	Większy lub równy 14%	GTAW dla pierwszej warstwy; GMAW/FCAW do wypełnienia
Stop C-22	Mniej niż lub równo 6%	Większy lub równy 19%	Większy lub równy 11%	GTAW lub GMAW dla wszystkich warstw
Stop 825	Mniej niż lub równo 15%	Większy lub równy 20%	Większy lub równy 2,5%	GTAW lub GMAW
Stop 600	Mniej niż lub równo 10%	Większy lub równy 14%	N/A	GTAW lub GMAW

Źródło: „Wytyczne dotyczące spawania stopu INCONEL® Alloy 625” firmy Special Metals (2023); Haynes International „Spawanie i wytwarzanie stopu HASTELLOY® C-276” (2023); ASME Sekcja IX QW-404.12 „Rozcieńczanie metalu wypełniającego”; AWS A5.14/A5.14M:2018 „Specyfikacja dla gołych elektrod spawalniczych i prętów z niklu i stopów niklu”.

Do pierwszej warstwy zastosować metodę GTAW (TIG), aby zminimalizować rozcieńczenie i zapewnić zgodność chemiczną. Użyj GMAW, FCAW lub SAW dla kolejnych warstw, aby zwiększyć produktywność. Zawsze sprawdzaj skład chemiczny powłoki za pomocą PMI (pozytywnej identyfikacji materiału) lub analizy laboratoryjnej.

Minimalna grubość nakładki zależy od naddatku na korozję, głębokości rozcieńczenia, możliwości procesu spawania i wymagań normowych. W przypadku większości zbiorników ciśnieniowych i rurociągów standardem jest 3–6 mm (2–3 warstwy). Cieńsze powłoki stwarzają ryzyko przełomu; grubsze powłoki zwiększają koszty i mogą powodować problemy z naprężeniami szczątkowymi.

Wytyczne dotyczące projektowania grubości

Tabela. Grubość nakładki Projekt - Zalecane wartości według zastosowania


Aplikacja	Nasilenie korozji	Minimalna grubość (mm)	Typowe warstwy	Odniesienie do kodu	Notatki
Zbiorniki ciśnieniowe (ogólnie)	Umiarkowany (bez H₂S)	3.0	2 warstwy	ASME VIII Div. 1 UG-16	1,5 mm min po obróbce
Usługa kwaśnego gazu (H₂S)	Ciężkie (NACE MR0175)	4.0–5.0	2–3 warstwy	NACE MR0175 / ISO 15156	Sprawdź twardość Mniejszą lub równą 22 HRC
Wymienniki ciepła wody morskiej	Wżery o wysokim Cl⁻	4.0	2–3 warstwy	ASME VIII + specyfikacja użytkownika	Użyj stopu 625 lub 825
Kolumny absorpcyjne z kwaśnym gazem	Ciężkie (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 warstwy	ASME VIII + specyfikacja użytkownika	Użyj stopu C-276 lub C-22
Wyposażenie głowicy odwiertu podmorskiego	Ciężki + HPHT	5.0–6.0	3 warstwy	API 6A, API 17D	Użyj stopu 625, sprawdź przez PMI
IOS (odsiarczanie spalin)	Ciężkie (mokry SO₂, HCl)	5.0	3 warstwy	Specyfikacja użytkownika	Użyj stopu C-276 lub C-22
Reformatory katalityczne	Utlenianie-w wysokiej temperaturze	4.0	2–3 warstwy	API 560 / specyfikacja użytkownika	Użyj stopu 600 lub X

Źródło: Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja VIII dział. 1 (2023) UG-16 „Minimalna grubość ścianki”; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Przemysł naftowy i gaz ziemny – materiały do użytku w środowiskach zawierających H₂S”; API 6A (wydanie 21., 2024 r.) „Wyposażenie głowicy odwiertu i drzewa”; API 17D (wyd. 3, 2021) „Projektowanie i eksploatacja podmorskich systemów produkcyjnych”.

Obliczanie naddatku na korozję

Grubość nakładki musi obejmować: (1) naddatek na korozję (zwykle 1,5–3,0 mm dla trwałości 10–20 lat), (2) naddatek na obróbkę (0,5–1,0 mm na wykończenie powierzchni) oraz (3) grubość strefy rozcieńczania (1,0–1,5 mm dla pierwszej warstwy).

Tabela. Podział grubości nakładki - Naddatek na korozję i tolerancje produkcyjne


Składnik grubości	Typowy zakres (mm)	Zamiar	Metoda kontroli	Standardowe odniesienie
Naddatek na korozję	1.5–3.0	Straty materiałowe w okresie życia projektu	Specyfikacja projektu procesu	ASME VIII UG-25
Naddatek na obróbkę	0.5–1.0	Wykończenie powierzchni, przygotowanie NDE	Tolerancja obróbki	ASME B46.1
Strefa rozcieńczania	1.0–1.5	Pierwsza warstwa zmieszana z metalem nieszlachetnym	Procedura spawania (PQR)	ASME IX QW-404
Minimalny dźwięk metalu	0.5–1.0	Margines bezpieczeństwa powyżej rozcieńczenia	Inspekcja UT lub RT	ASME V Artykuł 4
Całkowita grubość projektu	3.5–6.5	Suma powyższych składników	Projekt inżynieryjny	Specyfikacja projektu

Źródło: Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja VIII dział. 1 UG-25 „Naddatek na korozję”; ASME B46.1-2019 „Tekstura powierzchni (chropowatość, falistość i układ powierzchni)”; ASME Sekcja V Artykuł 4 „Metody badań ultradźwiękowych spoin”; Sekcja IX ASME „Kwalifikacje w zakresie spawania, lutowania i stapiania”.

Wniosek:W przypadku większości zastosowań minimalna grubość nakładki po obróbce powinna wynosić 3,0 mm. W przypadku silnych środowisk korozyjnych (kwaśny gaz, kwasy, woda morska) należy podać 4,0–5,0 mm. Zawsze uwzględniaj naddatek na korozję w specyfikacji projektu.

Ponieważ warstwa wierzchnia jest cienka (3–6 mm), a odporność na korozję zależy od dokładnego składu chemicznego, kontrola jakości jest ważniejsza niż w przypadku konstrukcji ze stopu litego. Każda nakładka musi zostać zweryfikowana poprzez pozytywną identyfikację materiału (PMI) i skontrolowana za pomocą badań ultradźwiękowych (UT) lub badań radiograficznych (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Wymagania dotyczące kontroli napawania spoiny

Tabela. Testy kontroli jakości napawania stopu niklu


Test	Zamiar	Metoda	Kryteria akceptacji	Częstotliwość	Standard
PMI (dodatni identyfikator materiału)	Sprawdź skład chemiczny nakładki	XRF lub OES	Cr, Mo, Nb w ramach specyfikacji; Fe Mniejsze lub równe wartości granicznej	100% powierzchni nakładki	ASTM E1621
Badania ultradźwiękowe (UT)	Wykryj brak stopienia, porowatość	Belka prosta lub belka kątowa	Brak wskazań > 20% DAC	100% powierzchni nakładki	Sztuka ASME V. 4, 5
Badania radiograficzne (RT)	Wykryj defekty wewnętrzne	Promieniowanie-X lub gamma	Według ASME VIII UW-51	Punktowo lub 100% zgodnie z opisem	Sztuka ASME V. 2
Płynny środek penetrujący (PT)	Wykryj pęknięcia powierzchniowe	Barwnik widoczny lub fluorescencyjny	Brak wskazań liniowych > 1,5 mm	100% powierzchni nakładki	Sztuka ASME V. 6
Próba twardości	Sprawdź zgodność z NACE MR0175	Przenośny tester twardości	Mniejsze lub równe 22 HRC (usługa kwaśna)	Według NACE MR0175, tabela A.1	ASTM E10 / E18
Liczba ferrytu (jeśli dotyczy)	Nie jest wymagane w przypadku powłoki ze stopu niklu-	Miernik ferrytu	N/A (austenityczny)	N/A	ASTM A342
Badanie metalograficzne	Sprawdź mikrostrukturę, rozcieńczenie	Przekrój-itp	Brak pęknięć, porowatości i nadmiernego rozcieńczenia	Kwalifikacja według procedury	ASTM E3, E407

Źródło: ASTM E1621-21 „Standardowy przewodnik dotyczący analizy elementarnej za pomocą spektrometrii fluorescencji rentgenowskiej z dyspersją długości fali”; Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja V (2023), artykuły 2, 4, 5, 6; ASME Sekcja VIII Dział. 1 UW-51 „Badania radiograficzne spoin”; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tabela A.1 „Wymagania dotyczące twardości dla stali węglowych i niskostopowych”.

Typowe wady i ich przyczyny

Tabela. Typowe wady napawania spoiny - Przyczyny i zapobieganie


Wada	Wygląd	Pierwotna przyczyna	Zapobieganie	Metoda wykrywania
Brak fuzji	Wskazanie liniowe na interfejsie	Niewystarczający dopływ ciepła, zła technika	Zwiększ natężenie prądu, odpowiednią prędkość jazdy	UT, RT
Porowatość	Okrągłe kieszenie gazowe w nakładce	Zanieczyszczenia (olej, wilgoć, tlenek)	Oczyść metal nieszlachetny, użyj suchego wypełniacza i odpowiedniej osłony gazowej	RT, UT
Pękanie na gorąco	Pęknięcia międzykrystaliczne w napojach	Wysoka powściągliwość, niewłaściwa kolejność stopek	Kontroluj dopływ ciepła, odpowiednią konstrukcję złącza	PT, VT, metalografia
Nadmierne rozcieńczenie	Niska zawartość Cr/Mo w nakładce	Wysokie doprowadzenie ciepła, niewłaściwa technika	Zmniejsz natężenie prądu, użyj GTAW do pierwszej warstwy	PMI, analiza chemiczna
Włączenie wolframu	Jasne cząsteczki w nakładce	Kontakt elektrody GTAW z jeziorkiem spawalniczym	Utrzymuj odpowiedni dystans, używaj właściwej elektrody	RT, VT
Włączenie żużla	Nieregularne ciemne plamy	Niewłaściwe czyszczenie międzyścieżkowe (FCAW, SAW)	Czyszczenie pomiędzy przejściami, prawidłowe obchodzenie się z topnikiem	RT, UT
Podcięcie	Rowek na czubku spoiny	Nadmierny prąd, niewłaściwa technika	Zmniejsz natężenie prądu i odpowiedni kąt palnika	VT, PT

Źródło: AWS D1.6/D1.6M-22 „Kodeks spawania konstrukcyjnego – stal nierdzewna”; „Wytyczne dotyczące spawania stopów niklu” w przypadku metali specjalnych (2023); ASME Sekcja IX QW-190 „Badanie i naprawa spoin”.

Weryfikacja PMI chemii powłoki jest obowiązkowa dla każdego zadania. Kontrola UT lub RT potwierdza integralność połączenia. W przypadku usług kwaśnych wymagane jest badanie twardości zgodnie z normą NACE MR0175. Wszystkie wyniki kontroli należy udokumentować w protokole z badań materiałowych.

Napawanie nie jest metodą „alternatywną” -. Jest ona wyraźnie uznawana i regulowana przez przepisy projektowe ASME. Warstwa wierzchnia może być liczona jako naddatek na korozję, ale nie jako grubość- utrzymująca ciśnienie, chyba że jest to specjalnie wykwalifikowane i udokumentowane.

Wymagania normowe dotyczące napawania

Tabela. Wymagania kodeksu ASME dotyczące konstrukcji napawanych napawami


Kod	Ustęp	Wymóg	Leczenie nakładkowe	Kluczowe notatki
ASME VIII dział. 1	UG-16, UW-42	Minimalna grubość, procedura spawania	Nakładka=naddatek na korozję	Nakładka nie jest uwzględniona w projekcie ciśnieniowym
ASME VIII dział. 1	UCL-30 do UCL-46	Naczynia nakładkowe platerowane i spawane	Nakładka może zostać dołączona, jeśli jest kwalifikowana	Musi spełniać wymagania UCL-30
ASME VIII dział. 2	Część D, artykuł D.11	Nakładka platerowana i spawana	Podobny do Div. 1	Projekt-na podstawie-analizy wymaganej w przypadku nakładki
ASME B31.3	Paragraf. 323.4.2	Platerowane i spawane rury nakładkowe	Nakładka=naddatek na korozję	Nakładka może być używana do ucisku, jeśli ma odpowiednie kwalifikacje
ASME B31.3	Paragraf. 328.5.1	Procedura napawania	Musi posiadać kwalifikacje zgodne z ASME IX	PQR wymagany dla każdego procesu nakładania
ASME IX	QW-214, QW-283	Kwalifikacja procedury napawania	Nakładka PQR wymaga analizy chemicznej	Należy wykazać kontrolę rozcieńczenia
NACE MR0175	ISO 15156-3	Kwaśne materiały serwisowe	Nakładka akceptowalna dla bazy CS	Twardość Mniejsza lub równa 22 HRC, procedura kwalifikowana

Źródło: Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja VIII dział. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 do UCL-46; Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja VIII, dział. 2 (2023) Część D, artykuł D.11; ASME B31.3-2022 „Rura procesowa”, paragrafy 323.4.2, 328.5.1; Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Kiedy nakładka może być uwzględniona w grubości projektu

Domyślnie normy ASME traktują napoinę jako naddatek na korozję. - Nie jest ona uwzględniana w obliczeniach grubości-oporowej ciśnieniowej. Jeżeli jednak procedura nakładki kwalifikuje się do wykazania pełnego wiązania metalurgicznego, a specyfikacja projektu wyraźnie na to pozwala, grubość nakładki (pomniejszona o naddatek na korozję) może zostać uznana.

Tabela. Warunki uwzględnienia nakładki w projektowaniu ciśnieniowym


Stan	Wymóg	Weryfikacja	Odniesienie
Pełne spoiwo metalurgiczne	Nie brakuje fuzji, pełna fuzja na styku	Badanie UT, pokrycie 100%.	ASME VIII UCL-30
Kwalifikowana procedura nakładania	PQR z analizą chemiczną, badaniami mechanicznymi	Kwalifikacja ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Zatwierdzenie specyfikacji projektu	Inżynier musi zatwierdzić kredyt nakładki	Wymagana pisemna specyfikacja	ASME VIII UG-22
Odliczony dodatek na korozję	Uznawany jest tylko solidny metal powyżej naddatku na korozję	Naddatek na korozję według UG-25	ASME VIII UG-25

Źródło: Kodeks ASME dotyczący kotłów i zbiorników ciśnieniowych, sekcja VIII dział. 1 UCL-30 „Zbiorniki platerowane i spawane-metalowe-z wyłożeniem”; ASME Sekcja IX QW-283 „Zmienne spawalnicze dla nakładki odpornej na korozję”; Biuletyn WRC 447 „Wytyczne dotyczące oceny napawania napawanego w urządzeniach ciśnieniowych” (1999).

Nakładka spawana jest w pełni zgodna z przepisami-. Domyślnie jest on traktowany jako naddatek na korozję i nie jest uwzględniany w obliczeniach ciśnieniowych. Jeśli specyfikacja projektu na to pozwala, nakładkę można zaliczyć na poczet grubości nacisku -, ale wymaga to kwalifikowanych procedur i wyraźnej zgody inżyniera.

Napawanie stopami niklu jest najczęściej stosowane w gałęziach przemysłu, w których środowisko procesowe jest silnie korozyjne, ale wielkość sprzętu sprawia, że konstrukcja z litego stopu jest nieatrakcyjna ekonomicznie. Największym użytkownikiem jest przemysł naftowy i gazowy, a następnie przetwórstwo chemiczne i wytwarzanie energii.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Przykłady zastosowań według branży

Tabela. Zastosowania napawania według środowiska przemysłowego i usługowego


Przemysł	Sprzęt	Tryb korozji	Typowa nakładka ze stopu	Grubość (mm)	Kod/norma
Ropa naftowa i gaz (wydobycie)	Głowica odwiertu, drzewo X-, zawory dławiące	H₂S, CO₂, Cl⁻, woda morska	Stop 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Ropa i gaz (średni strumień)	Rurociągi, korpusy zaworów, obudowy pomp	H₂S, CO₂, mokry gaz	Stop 625 lub 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Ropa naftowa i gaz (Downstream)	Hydrokraking, reaktory HDS	H₂, H₂S, wysoka temp	Stop 625 lub 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petrochemiczny	Zbiorniki reaktorów, wymienniki ciepła	Kwasy, chlorki, H₂S	Stop C-276 lub C-22	4–6	ASME VIII, specyfikacja użytkownika
Proces chemiczny	Reaktory kwasowe, płuczki, rurociągi	HCl, H₂SO₄, H₃PO₄, Cl₂	Stop C-276 lub C-22	5–6	ASME VIII, specyfikacja użytkownika
Wytwarzanie energii	Pochłaniacze FGD, przewody, wentylatory	SO₂, HCl, płuczka mokra	Stop C-276 lub C-22	4–6	ASTM, specyfikacja użytkownika
Odsolenie	Arkusze rurowe wymienników ciepła	Woda morska, wysoka temp	Stop 625 lub 825	3–4	ASTM, specyfikacja użytkownika
Morskie/morskie	Pompy, zawory, rurociągi wody morskiej	Woda morska, biofouling	Stop 625	4–5	DNV, ABS, specyfikacja użytkownika
Pulpa i papier	Fermentatory, płuczki wybielaczy	NaOH, ClO₂, H₂SO₄	Stop C-276 lub C-22	4–6	TAPPI, specyfikacja użytkownika

Źródło: API 6A (wydanie 21., 2024 r.) „Wyposażenie głowicy odwiertu i drzewa”; API 17D (wyd. 3, 2021 r.) „Systemy produkcji podmorskiej”; API 934-A (wyd. 3, 2019) „Materiały i produkcja zbiorników ciśnieniowych o grubych ściankach ze stali 2¼Cr-1Mo i 3Cr-1Mo do zastosowań wodorowych w wysokiej-temperaturze i pod wysokim ciśnieniem”; NACE RP045-2003 „Napawanie do zastosowań wodorowych”; ASME B31.3-2022 „Rura procesowa”; DNVGL-OS-F101 (2021) „Podmorskie systemy rurociągów”.

Studium przypadku: Nakładka na wyposażenie głowicy odwiertu

Urządzenia podmorskich głowic odwiertów i choinki działają w najbardziej agresywnych środowiskach korozyjnych: woda morska na zewnątrz, kwaśny gaz (H₂S) i solanka wewnątrz oraz temperatury do 200 stopni. Konstrukcja z litego stopu 625 będzie kosztować 5–8× stali węglowej. Napawana stopem Alloy 625 na stali węglowej-lub stali niskostopowej (np. AISI 4130, F22) zapewnia tę samą odporność na korozję przy koszcie niższym o 40–50%.

Tabela. Studium przypadku - Podmorska głowica odwiertu: nakładka ze stopu 625 na stal F22


Parametr	Solidny stop 625	F22 + Nakładka ze stopu 625	Oszczędności	Notatki
Podstawowy koszt materiału	55 dolarów/kg	4 USD/kg (F22)	90% niższy	F22 to stal nisko-Cr-Mo
Koszt nakładki	N/A	18 USD/kg (625 wypełniacza + robocizna)	N/A	Proces GTAW + GMAW
Całkowity koszt wytworzenia	$180,000	$95,000	47% niższy	Zgodnie ze specyfikacją API 6A
Czas dostawy	16 tygodni	10 tygodni	6 tygodni szybciej	F22 spawa się łatwo, napawanie jest rutynowe
Wydajność korozji	Doskonały	Doskonały (równoważny)	To samo	Nakładka kwalifikowana zgodnie z API 6A
Zgodność z Kodeksem	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	To samo	Twardość nakładki Mniejsza lub równa 22 HRC

Źródło: API 6A (wydanie 21., 2024 r.) „Wyposażenie głowicy odwiertu i drzewa”; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; Wewnętrzne dane projektowe JN Alloys dotyczące podmorskiej głowicy odwiertu wyprodukowanej w 2023 r.; Arkusz danych „INCONEL® Alloy 625” metali specjalnych (2023).

W przypadku dużych,-grubościennych urządzeń, w których atak korozji ogranicza się do powierzchni wewnętrznej, napawanie jest opłacalnym wyborem. Solidny stop powinien być zarezerwowany dla małych elementów (wewnętrzne części zaworów, złączki przyrządów), gdzie nakładanie na siebie jest niepraktyczne.

Specyfikacja metalu wypełniającego (klasyfikacja AWS) określa skład chemiczny nakładki i odporność na korozję. W przypadku nakładki ze stopu Alloy 625 należy zastosować ERNiCrMo-3 lub ERNiCrMo-4; dla nakładki C-276 należy zastosować ERNiCrMo-4. Klasyfikacja -4 ma wyższą zawartość Mo i jest preferowana w przypadku silnie redukujących kwasów.

Klasyfikacje metali wypełniających dla nakładek ze stopu niklu

Tabela. Klasyfikacja spoiwa AWS dla napawanych stopów niklu


Klasyfikacja AWS	UNS	Pasujący stop	Cr (%)	Miesiąc (%)	Nb+Ta (%)	Aplikacja podstawowa
ERNiCr-3	N06082	Stop 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Utlenianie-w wysokiej temperaturze, różne spoiny
ERNiCrMo-3	N06625	Stop 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Woda morska, H₂S, chlorki, ogólna nakładka
ERNiCrMo-4	N10276	Stop C-276	14.5–16.5	15–17	-	Kwasy redukujące, silna korozja
ERNiCrMo-10	N06022	Stop C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Kwasy mieszane, podchloryn
ERNiCrMo-14	N06686	Stop 686	19–23	15–17	-	Ekstremalne kwasy, woda morska
ERNiFeCr-1	N08065	Stop 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Kwaśny gaz, kwas siarkowy
ERNiMo-7	N10665	Stop B-2, B-3	Mniejszy lub równy 1,0	26–30	-	Kwas solny, środowiska redukujące

Źródło: AWS A5.14/A5.14M:2018 „Specyfikacja dotycząca niklowych i niklowych-elektrod spawalniczych i prętów ze stopów gołych”; AWS A5.11/A5.11M:2017 „Specyfikacja niklowych i niklowych-elektrod spawalniczych ze stopów do spawania łukowego w osłonie metalu”; „Katalog produktów spawalniczych” metali specjalnych (2023); Dane techniczne Haynes International „Dodatki spawalnicze” (2023).

Wybór spoiwa według środowiska serwisowego

Tabela. Przewodnik po wyborze spoiwa - Nakładka stopu niklu ze względu na środowisko korozyjne


Środowisko usług	Tryb korozji	Polecany wypełniacz	Alternatywny	Notatki
Woda morska, solanka	Cl⁻ wżery, szczelina	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 jest standardem dla wody morskiej
Kwaśny gaz (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 lub ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Sprawdź twardość Mniejszą lub równą 22 HRC
Kwas chlorowodorowy	Ogólna korozja	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 jest korzystny dla HCl
Kwas siarkowy	Ogólna korozja	ERNiCrMo-4 lub ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 dla < 50% H₂SO₄
Kwasy mieszane (HCl + H₂SO₄)	Silna korozja	ERNiCrMo-4 lub ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 lub 686 do ekstremalnych zastosowań
Utlenianie-w wysokiej temperaturze	Utlenianie, nawęglanie	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Używaj do pracy w temperaturze > 900 stopni
Żrący (NaOH, KOH)	Pękanie żrące	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Wypełniacz Alloy 600 do ługu
Odsiarczanie spalin	SO₂, HCl, płuczka mokra	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 jest standardem dla FGD

Źródło: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 „Przemysł naftowy i gaz ziemny-Materiały do stosowania w środowiskach zawierających H₂S-”; „Poradnik dotyczący wyboru stopów odpornych na korozję” dla metali specjalnych (2023); Broszura techniczna Haynes International „Dane dotyczące korozji” (2023); Outokumpu „Podręcznik korozji stali nierdzewnych i stopów niklu” (2021).

ERNiCrMo-3 (wypełniacz ze stopu 625) to najbardziej wszechstronny wybór do ogólnych zastosowań nakładkowych. W przypadku silnie redukujących kwasów preferowany jest ERNiCrMo-4 (wypełniacz C-276). Zawsze sprawdzaj skład chemiczny nakładki za pomocą PMI, aby upewnić się, że spoiwo i procedura spawania zapewniają wymaganą zawartość Cr, Mo i Fe.