Наплавлення з нікелевими сплавами: покриття вуглецевої сталі для корозійної стійкості - Знання

Зварювальне покриття -, яке також називають зварювальним наплавленням або твердим наплавленням -, є перевіреним, -сумісним із кодом методом нанесення корозійно-шару зі сплаву нікелю на підкладку з вуглецевої або низько-легованої сталі. Результат: механічна міцність і низька вартість вуглецевої сталі в поєднанні з корозійною стійкістю нікелевих сплавів - при вартості матеріалу на 40–60% нижчій, ніж конструкція з суцільного нікелевого сплаву. У цій статті пояснюється, коли зварювання є правильним вибором, які нікелеві сплави використовуються, які стандарти застосовуються та як правильно вказати наплавлення.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Наплавлення нікелевими сплавами є-стандартним галузевим рішенням для посудин під тиском, теплообмінників і компонентів трубопроводів, які мають протистояти корозії, викликаній кислим газом (H₂S), хлоридами, кислотами та високо{1}}температурним окисленням - без витрат на виготовлення твердого сплаву.

Зварювання – це процес нанесення одного або кількох шарів корозійно-стійкого сплаву (зазвичай на основі нікелю) на поверхню дешевшого основного металу (зазвичай вуглецевої або низько-легованої сталі) за допомогою дугового зварювання. Накладний шар - зазвичай товщиною 3–6 мм - діє як бар’єр між корозійною технологічною рідиною та конструкційним основним металом.

Навіщо використовувати накладку замість твердого сплаву?

Таблиця. Порівняння вартості та продуктивності - Твердий сплав проти наплавленої конструкції


Параметр	Твердий нікелевий сплав	Накладка з вуглецевої сталі + нікель-сплаву	Економія коштів	Продуктивність
Вартість матеріалу ($/кг, типова)	$35–60	$8–12 (CS) + $15–25 (оверлей)	на 40–60% нижче	Еквівалентна стійкість до корозії
Час виготовлення	Довший (важко зварювати)	Коротше (CS легко зварюється)	на 20–30% швидше	Той же термін служби
Відповідність коду дизайну	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Те саме	Те саме
Типова товщина накладки	Н/З (твердий)	3–6 мм (2–3 шари)	N/A	Допуск на корозію включено
Ремонт і технічне обслуговування	Складно (чутливий-злом)	Простіше (можна повторно -застосувати накладення)	Нижча вартість життєвого циклу	Більш тривалий термін служби
вага	Вища (щільність 8,4–8,9 г/см³)	Нижня (щільність CS 7,85 г/см³)	На 5–10% легше	Той самий показник тиску

Джерело: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Технологічні трубопроводи (2022); Корпорація спеціальних металів «Каталог зварювальної продукції» (2023); Технічні дані Haynes International «Корозійностійкі-сплави»; Внутрішній аналіз витрат JN Alloys за 2024–2025 рр.

Для посудин великого-діаметра, оболонок теплообмінників і котушок трубопроводів, де корозія обмежена внутрішньою поверхнею, зварне покриття забезпечує таку саму корозійну ефективність, як і твердий сплав, за нижчої вартості матеріалу на 40–60%.

Не всі нікелеві сплави придатні для наплавлення. Накладний матеріал має бути зварюваним, сумісним із розчиненням вуглецевої сталі та стійким до специфічного корозійного середовища. У галузі домінують два сплави: сплав 625 (UNS N06625) і сплав C-276 (UNS N10276).

Вибір сплаву за корозійним середовищем

Таблиця. Накладні матеріали з нікелевих сплавів - Керівництво з вибору за корозійним середовищем


Сплав (UNS)	Основні легуючі елементи	Первинна корозійна стійкість	Типові програми накладання	Процес зварювання	ASME P-номер
Сплав 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Окислення, хлоридний піттинг, H₂S, морська вода	Устьове обладнання, підводні з'єднувачі, резервуари під тиском	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	П-Ні. 43
Сплав C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Відновні кислоти, HCl, H₂SO₄, хлор, кислий газ	Хімічні реактори, скрубери, системи FGD, кислотні трубопроводи	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	П-Ні. 44
Сплав C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Сильні змішані кислоти, гіпохлорит, вологий хлор	Фармацевтика, целюлоза та папір, спалювання відходів	GTAW, GMAW	П-Ні. 44
Сплав 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Кислий газ (H₂S), сірчана/фосфорна кислота	Свердловинні труби, переробка газу, теплообмінники	GTAW, GMAW	П-Ні. 45
Сплав 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Високотемпературне-окислення, азотування, каустик	Компоненти печі, кошики термообробки	GTAW, GMAW	П-Ні. 43
Сплав X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Окислення при 1100–1200 градусах, науглерожування	Камери згоряння, компоненти газових турбін	GTAW, GMAW	П-Ні. 43
Сплав 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Екстремальні відновники, суміші HCl, H₂SO₄	Хімічний процес, контроль забруднення	GTAW, GMAW	П-Ні. 44

Джерело: Корпорація спеціальних металів «INCONEL® Alloy 625» та «INCONEL® Alloy 725» Таблиці даних (2023); Технічні дані Haynes International «HASTELLOY® C-276 Alloy» (2023); Код ASME для котлів і резервуарів під тиском, розділ IX (2023) QW-422 Групування номерів P; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Порівняння хімічного складу

Таблиця. Хімічний склад накладних матеріалів із звичайних нікелевих сплавів (масовий %, типовий)


Сплав (UNS)	Ni	кр	пн	Fe	W	Nb	Ti	C (макс.)
Сплав 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Менше або дорівнює 5	-	3.15–4.15	Менше або дорівнює 0,4	0.10
Сплав C-276 (N10276)	Баланс	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Сплав C-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 хв	-	-	0.6–1.2	0.05
Сплав 600 (N06600)	72 хв	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Сплав X (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	Менше або дорівнює 1,5	-	-	-	0.01

Джерело: ASTM B443 (сплав 625); ASTM B575 (сплав C-276, C-22, 59); ASTM B425 (сплав 825); ASTM B168 (сплав 600); ASTM B435 (сплав X); Паспорти спеціальних металів і Haynes International (2023).

Сплав 625 є вибором за замовчуванням для морської води, хлоридів і кислих газів (H₂S). Сплав C-276 є вибором за умовчанням для відновлюючих кислот (HCl, H₂SO₄) і важких хімічних середовищ. Для граничних випадків зверніться до NACE MR0175 / ISO 15156-3 і проведіть випробування на корозію.

Вибір процесу зварювання впливає на якість наплавлення, швидкість розведення, швидкість наплавлення та вартість. Для критичного обладнання під тиском GTAW (TIG) і GMAW (MIG) є найпоширенішим вибором. Для облицювання великих-площ FCAW і SAW пропонують вищу продуктивність.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Порівняння процесу для накладки нікелевого сплаву

Таблиця. Порівняння процесів зварювання нікелевих сплавів - за якістю та продуктивністю


процес	Швидкість розведення	Швидкість осадження	Кращий додаток	Позиція	Рівень майстерності	Вартість
GTAW (TIG)	10–25%	0,5–1,5 кг/год	Перший шар, кореневий прохід, тонка накладка, малий діаметр	Всі посади	Високий	Високий
GMAW (MIG)	20–30%	2–4 кг/год	Заливний і верхній шари, накладка середньої-товщини	Рівний, горизонтальний	Середній	Середній
FCAW (порошковий-порошок)	20–35%	3–6 кг/год	Накладання великої-області, не-критичні програми	Рівний, горизонтальний	Середній	Низький
SAW (занурена дуга)	30–50%	5–15 кг/год	Великі посудини, важка оболонка, висока продуктивність	Тільки квартира	Середній	Найнижчий
PAW (плазмова дуга)	5–15%	1–3 кг/год	Прецизійне накладання, автоматизовані системи	Плоский, механізований	Високий	Високий
Лазерне облицювання	5–10%	1–5 кг/год	Точний ремонт, тонке накладення, мінімальне розведення	Плоский, механізований	Високий	Дуже висока

Джерело: Розділ IX Кодексу котлів і посудин під тиском ASME (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 «Конструкційне зварювання — нержавіюча сталь»; Спеціальні метали «Рекомендації зі зварювання нікелевих сплавів» (2023); Технічний посібник Lincoln Electric «Вироби для зварювання нікелевих сплавів» (2023).

Управління розведенням має вирішальне значення для продуктивності накладення

Розрідження відбувається, коли основний метал (вуглецева сталь) плавиться і змішується з наповнювачем (нікелевим сплавом). Надмірне розбавлення знижує корозійну стійкість накладки шляхом зниження критичного вмісту сплаву (Cr, Mo, Nb). Для покриття зі сплаву 625 вміст заліза в першому шарі повинен бути нижче 10%; для C-276 нижче 7%.

Таблиця. Максимально допустиме розведення - Межі вмісту заліза за сплавом


сплав	Максимальний вміст Fe в накладці (мас.%)	Мінімальний Cr в накладці (мас.%)	Мінімальний Mo в накладці (мас.%)	Рекомендований процес
Сплав 625	Менше або дорівнює 10%	Більше або дорівнює 18%	Більше або дорівнює 7%	GTAW або GMAW для першого шару; FCAW/SAW для заповнення
Сплав С-276	Менше або дорівнює 7%	Більше або дорівнює 14%	Більше або дорівнює 14%	GTAW для першого шару; GMAW/FCAW для заповнення
Сплав С-22	Менше або дорівнює 6%	Більше або дорівнює 19%	Більше або дорівнює 11%	GTAW або GMAW для всіх рівнів
Сплав 825	Менше або дорівнює 15%	Більше або дорівнює 20%	Більше або дорівнює 2,5%	GTAW або GMAW
Сплав 600	Менше або дорівнює 10%	Більше або дорівнює 14%	N/A	GTAW або GMAW

Джерело: Спеціальні метали «Рекомендації зі зварювання для INCONEL® Alloy 625» (2023); Haynes International «Зварювання та виготовлення сплаву HASTELLOY® C-276» (2023); ASME, розділ IX QW-404.12 «Розведення металу наповнювача»; AWS A5.14/A5.14M:2018 «Технічні умови для нікелевих і нікелевих сплавів неоголених зварювальних електродів і стрижнів».

Використовуйте GTAW (TIG) для першого шару, щоб мінімізувати розведення та забезпечити відповідність хімічного складу. Використовуйте GMAW, FCAW або SAW для наступних шарів, щоб підвищити продуктивність. Завжди перевіряйте хімічний склад накладення PMI (позитивна ідентифікація матеріалу) або лабораторний аналіз.

Мінімальна товщина накладного шару визначається допуском на корозію, глибиною розчинення, можливістю процесу зварювання та вимогами коду. Для більшості посудин під тиском і трубопроводів стандартом є 3–6 мм (2–3 шари). Більш тонкі накладки ризикують проривом; більш товсті накладки збільшують вартість і можуть викликати проблеми із залишковою напругою.

Рекомендації щодо проектування товщини

Таблиця. Конструкція товщини накладки - Рекомендовані значення для застосування


застосування	Ступінь корозії	Мінімальна товщина (мм)	Типові шари	Посилання на код	Примітки
Посудини під тиском (загальні)	Помірний (без H₂S)	3.0	2 шари	ASME VIII Div. 1 UG-16	1,5 мм хв після обробки
Обслуговування кислого газу (H₂S)	Важкий (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 шари	NACE MR0175 / ISO 15156	Перевірте твердість Менше або дорівнює 22 HRC
Теплообмінники морської води	Високий рівень Cl⁻	4.0	2-3 шари	ASME VIII + специфікація користувача	Використовуйте сплав 625 або 825
Абсорбційні колони кислих газів	Важкий (HCl, H₂SO₄)	5.0–6.0	3 шари	ASME VIII + специфікація користувача	Використовуйте сплав C-276 або C-22
Підводне гирлове обладнання	Важкий + HPHT	5.0–6.0	3 шари	API 6A, API 17D	Використовуйте сплав 625, перевірте PMI
FGD (десульфурація димових газів)	Важкий (вологий SO₂, HCl)	5.0	3 шари	Специфікація користувача	Використовуйте сплав C-276 або C-22
Каталітичні реформатори	Високо{0}}температурне окислення	4.0	2-3 шари	API 560 / специфікація користувача	Використовуйте Alloy 600 або X

Джерело: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 «Мінімальна товщина стінки»; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 «Нафтова та газова промисловість – матеріали для використання в середовищах, що містять H₂S»; API 6A (21-е видання, 2024) «Обладнання для гирла свердловини та дерева»; API 17D (3-е видання, 2021) «Проектування та експлуатація систем підводного видобутку».

Розрахунок допуску на корозію

Товщина накладки повинна включати: (1) припуск на корозію (зазвичай 1,5–3,0 мм для терміну служби 10–20 років), (2) припуск на механічну обробку (0,5–1,0 мм для обробки поверхні) і (3) товщину зони розведення (1,0–1,5 мм для першого шару).

Таблиця. Розбивка товщини накладки - Допуск на корозію та виробничі допуски


Компонент товщини	Типовий діапазон (мм)	призначення	Спосіб контролю	Стандартна довідка
Допуск на корозію	1.5–3.0	Втрати матеріалу протягом проектного терміну служби	Специфікація проектування процесу	ASME VIII UG-25
Припуск на механічну обробку	0.5–1.0	Оздоблення поверхні, підготовка НК	Допуск на механічну обробку	ASME B46.1
Зона розведення	1.0–1.5	Перший шар змішаний з основним металом	Процедура зварювання (PQR)	ASME IX QW-404
Мінімальний звук металу	0.5–1.0	Запас безпеки над розведенням	UT або RT перевірка	ASME V, стаття 4
Загальна проектна товщина	3.5–6.5	Сума вищевказаних компонентів	Інженерне проектування	Специфікація проекту

Джерело: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UG-25 «Corrosion Allowance»; ASME B46.1-2019 «Текстура поверхні (Шорсткість поверхні, хвилястість і шар)»; ASME, розділ V, стаття 4 «Методи ультразвукового контролю зварних швів»; ASME Розділ IX «Кваліфікація зі зварювання, твердої пайки та плавлення».

Висновок:Для більшості застосувань вкажіть мінімальну товщину накладки 3,0 мм після обробки. Для сильних корозійних середовищ (кислий газ, кислоти, морська вода) вкажіть 4,0–5,0 мм. Завжди включайте допуск на корозію в специфікації конструкції.

Оскільки накладний шар тонкий (3–6 мм), а стійкість до корозії залежить від точного хімічного складу, контроль якості є більш критичним, ніж для конструкції з твердого сплаву. Кожне накладення має бути перевірено за допомогою позитивної ідентифікації матеріалу (PMI) і перевірено ультразвуковим тестуванням (UT) або радіографічним тестуванням (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Вимоги до перевірки зварних швів

Таблиця. Випробування контролю якості зварного шару з нікелевого сплаву


Тест	призначення	метод	Критерії прийняття	Частота	Стандартний
PMI (ідентифікатор позитивного матеріалу)	Перевірте хімію накладення	XRF або OES	Cr, Mo, Nb в межах специфікації; Fe Менше або дорівнює межі	100% поверхні накладки	ASTM E1621
Ультразвуковий контроль (UT)	Виявляють нерозплавленість, пористість	Прямий або кутовий промінь	Немає показань > 20% DAC	100% площі накладання	ASME V ст. . 4, 5
Радіографічне тестування (RT)	Виявлення внутрішніх дефектів	рентгенівські або гамма-промені	Відповідно до ASME VIII UW-51	Спот або 100% як зазначено	ASME V ст. . 2
Рідкий пенетрант (PT)	Виявлення поверхневих тріщин	Видимий або флуоресцентний барвник	Немає лінійних ознак > 1,5 мм	100% поверхні накладки	ASME V ст. . 6
Тест на твердість	Перевірте відповідність NACE MR0175	Портативний твердомір	Менше або дорівнює 22 HRC (кисла служба)	Відповідно до таблиці A.1 NACE MR0175	ASTM E10 / E18
Феритове число (за наявності)	Не потрібно для накладки з нікель-сплаву	Феритомір	N/A (аустенітний)	N/A	ASTM A342
Металографічна експертиза	Перевірити мікроструктуру, розведення	Поперечний-розріз, гравюр	Без тріщин, пористості або надмірного розведення	Кваліфікація процедури	ASTM E3, E407

Джерело: ASTM E1621-21 «Стандартний посібник з елементного аналізу за допомогою Х-променевої флуоресцентної спектрометрії з розсіюванням довжини хвилі»; Розділ V (2023) статті 2, 4, 5, 6 Кодексу ASME про котли та посудини під тиском; ASME, розділ VIII, розділ . 1 UW-51 «Радіографічне дослідження зварних швів»; Таблиця A.1 NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 «Вимоги до твердості вуглецевої та низьколегованої сталі».

Поширені дефекти та їх причини

Таблиця. Поширені дефекти накладання швів - Причини та запобігання


Дефект	Зовнішній вигляд	Першопричина	Профілактика	Метод виявлення
Відсутність зрощення	Лінійна індикація на інтерфейсі	Недостатнє тепловідведення, погана техніка	Збільште силу струму, належну швидкість руху	UT, RT
пористість	Круглі газові кишені в накладці	Забруднення (масло, волога, оксид)	Очистіть основний метал, використовуйте сухий наповнювач, належний газовий екран	RT, UT
Гарячий крекінг	Міжкристалічні тріщини в накладці	Висока стриманість, неправильна послідовність бісеру	Контроль надходження тепла, правильна конструкція з’єднання	ФТ, ВТ, металографія
Надмірне розведення	Низький Cr/Mo в накладці	Велика тепловіддача, неправильна техніка	Зменшіть силу струму, використовуйте GTAW для першого шару	PMI, хімічний аналіз
Вольфрамові включення	Яскраві частинки в накладці	Контакт електрода GTAW зі зварювальною ванною	Дотримуйтесь належної стійкості, використовуйте належний електрод	RT, VT
Включення шлаків	Темні плями неправильної форми	Неправильне міжпрохідне очищення (FCAW, SAW)	Чистота між проходами, належне поводження з флюсом	RT, UT
Підріз	Канавка на носку зварного шва	Надмірна сила струму, неправильна техніка	Зменшіть силу струму, правильний кут факела	VT, PT

Джерело: AWS D1.6/D1.6M-22 «Правила конструкційного зварювання – нержавіюча сталь»; Спеціальні метали «Рекомендації зі зварювання нікелевих сплавів» (2023); ASME, розділ IX QW-190 «Дослідження та ремонт зварних швів».

Перевірка PMI хімії накладки є обов’язковою для кожної роботи. Перевірка UT або RT підтверджує цілісність з’єднання. Для кислих випробувань на твердість вимагає NACE MR0175. Усі результати перевірки повинні бути задокументовані в протоколі випробування матеріалу.

Накладання швів не є «альтернативним» методом - воно явно розпізнається та регулюється нормами проектування ASME. Накладний шар можна вважати допуском на корозію, але не як товщину,-що утримує тиск, якщо це не підтверджено спеціальною кваліфікацією та документально.

Вимоги кодексу для накладання швів

Таблиця. Вимоги кодексу ASME для конструкції зварного шару


Код	Абзац	Вимога	Накладна обробка	Основні примітки
ASME VIII Розділ . 1	UG-16, UW-42	Мінімальна товщина, процедура зварювання	Накладка=допуск на корозію	Накладка не входить до конструкції тиску
ASME VIII Розділ . 1	UCL-30 до UCL-46	Плаковані та наплавлені посудини	Накладання може бути включено, якщо відповідає вимогам	Має відповідати вимогам UCL-30
ASME VIII Розділ . 2	Частина D, стаття D.11	Плаковане та зварене покриття	Схоже на Div. 1	Для накладання необхідний-аналіз-дизайну
ASME B31.3	Пункт. 323.4.2	Плаковані та наплавлені труби	Накладка=допуск на корозію	Накладення може використовуватися для тиску, якщо є кваліфікація
ASME B31.3	Пункт. 328.5.1	Процедура наплавлення швів	Має бути кваліфікований згідно з ASME IX	PQR необхідний для кожного процесу накладання
ASME IX	QW-214, QW-283	Атестація процедури наплавлення	Накладення PQR вимагає хімічного аналізу	Необхідно продемонструвати контроль розведення
NACE MR0175	ISO 15156-3	Кислі сервізні матеріали	Оверлей прийнятний для бази CS	Твердість Менше або дорівнює 22 HRC, кваліфікована процедура

Джерело: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 до UCL-46; ASME Кодекс котлів і посудин під тиском, розділ VIII, розділ . 2 (2023), частина D, стаття D.11; ASME B31.3-2022 «Технологічні трубопроводи», параграфи 323.4.2, 328.5.1; Код ASME для котлів і резервуарів під тиском, розділ IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Коли накладання можна включити в проектну товщину

За замовчуванням коди ASME розглядають накладення зварного шва як допуск на корозію - він не включається в-обчислення товщини, що утримує тиск. Однак, якщо процедура накладення кваліфікована для демонстрації повного металургійного з’єднання, а специфікація на проект це прямо дозволяє, товщина накладення (мінус допуск на корозію) може бути зарахована.

Таблиця. Умови для включення накладки в проект тиску


Хвороба	Вимога	Перевірка	довідка
Повне металургійне з'єднання	Не бракує злиття, повне злиття на інтерфейсі	УЗ обстеження, 100% покриття	ASME VIII UCL-30
Кваліфікована процедура накладання	PQR з хімічним аналізом, механічні випробування	Кваліфікація ASME IX QW-283	ASME IX QW-214
Затвердження технічного завдання на проектування	Інженер повинен схвалити накладний кредит	Необхідна письмова специфікація	ASME VIII UG-22
Допуск на корозію вираховано	Зараховується лише міцний метал, що перевищує допуск на корозію	Допуск на корозію по UG-25	ASME VIII UG-25

Джерело: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UCL-30 «Clad and Weld{3}}Metal-Futtered Vessels»; ASME, розділ IX QW-283 «Зварювальні параметри для корозійно-стійкого покриття»; Бюлетень WRC 447 «Керівні принципи оцінки накладки зварного шару в обладнанні, що працює під тиском» (1999).

Зварювальне покриття повністю-відповідає коду. За замовчуванням він розглядається як допуск на корозію і не включається в розрахунковий тиск. Якщо специфікація проекту дозволяє, накладення може бути зараховано до товщини тиску -, але для цього потрібні кваліфіковані процедури та чіткий інженерний дозвіл.

Наплавлення зварних швів нікелевими сплавами найчастіше використовується в промисловості, де технологічне середовище має високу корозійну активність, але розмір обладнання робить конструкцію з твердого сплаву економічно непривабливою. Нафтогазова промисловість є найбільшим споживачем, за нею йдуть хімічна обробка та виробництво електроенергії.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Приклади застосування за галузями промисловості

Таблиця. Застосування зварного шару в промисловості та середовищі обслуговування


Промисловість	Обладнання	Режим корозії	Типовий накладний сплав	Товщина (мм)	Код/Стандарт
Нафта і газ (видобуток)	Устя свердловини, X-дерево, дросельні клапани	H₂S, CO₂, Cl⁻, морська вода	Сплав 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Нафта і газ (середня течія)	Трубопровід, клапани, корпуси насосів	H₂S, CO₂, вологий газ	Сплав 625 або 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Нафта і газ (видобуток)	Гідрокрекінг, HDS реактори	H₂, H₂S, висока температура	Сплав 625 або 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Нафтохімічна	Корпуси реакторів, теплообмінники	Кислоти, хлориди, H₂S	Сплав С-276 або С-22	4–6	ASME VIII, специфікація користувача
Хімічний процес	Кислотні реактори, скрубери, трубопроводи	HCl, H₂SO₄, H3PO₄, Cl₂	Сплав С-276 або С-22	5–6	ASME VIII, специфікація користувача
Генерація електроенергії	ВОГ абсорбери, повітроводи, вентилятори	SO₂, HCl, мокрий скрубер	Сплав С-276 або С-22	4–6	ASTM, специфікація користувача
Опріснення	Трубні дошки теплообмінника	Морська вода, висока температура	Сплав 625 або 825	3–4	ASTM, специфікація користувача
Морський/офшорний	Насоси, клапани, трубопроводи морської води	Морська вода, біообростання	Сплав 625	4–5	DNV, ABS, спец
Целюлоза та папір	Дигестри, відбілювачі	NaOH, ClO₂, H₂SO₄	Сплав С-276 або С-22	4–6	TAPPI, специфікація користувача

Джерело: API 6A (21-е видання, 2024) «Обладнання для гирла свердловини та дерева»; API 17D (3-е видання, 2021) «Системи підводного видобутку»; API 934-A (3-е видання, 2019 р.) «Матеріали та виготовлення 2¼Cr-1Mo та 3Cr-1Mo сталевих резервуарів під тиском для роботи з високотемпературним-високим тиском водню»; NACE RP045-2003 «Накладне зварювання для водню»; ASME B31.3-2022 «Технологічні трубопроводи»; DNVGL-OS-F101 (2021) «Системи підводних трубопроводів».

Практичний приклад: накладання обладнання на гирлі свердловини

Підводне гирлове обладнання та новорічні ялинки працюють в деяких з найагресивніших корозійних середовищ: морська вода зовні, кислий газ (H₂S) і розсіл усередині та температура до 200 градусів. Конструкція з твердого сплаву 625 коштувала б 5–8× вуглецевої сталі. Наплавлення сплаву 625 на вуглецеву або низько-леговану сталь (наприклад, AISI 4130, F22) забезпечує таку саму стійкість до корозії за 40–50% меншої вартості.

Таблиця. Приклад - Підводний гирловий вузол: накладка зі сплаву 625 на сталь F22


Параметр	Твердий сплав 625	F22 + накладка зі сплаву 625	Економія	Примітки
Вартість основного матеріалу	55 $/кг	$4/кг (F22)	на 90% нижче	F22 – низько-легована Cr-Mo сталь
Вартість накладання	N/A	18 $/кг (625 наповнювач + праця)	N/A	Процес GTAW + GMAW
Загальна вартість виготовлення	$180,000	$95,000	на 47% нижче	Відповідно до специфікації API 6A
Час доставки	16 тижнів	10 тижнів	6 тижнів швидше	F22 зварюється легко, накладка - звичайна справа
Корозійні характеристики	Чудово	Відмінно (еквівалент)	Те саме	Накладка відповідає API 6A
Відповідність кодексу	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Те саме	Твердість накладки Менше або дорівнює 22 HRC

Джерело: API 6A (21-е видання, 2024) «Обладнання для гирла свердловини та дерева»; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; Дані внутрішнього проекту JN Alloys для підводного гирлового вузла, виготовленого у 2023 році; Спеціальні метали «INCONEL® Alloy 625» Технічний паспорт (2023).

Для великого, товстостінного-обладнання, де корозія обмежена внутрішньою поверхнею, зварне покриття є економічно найкращим вибором. Твердий сплав слід використовувати для невеликих компонентів (внутрішніх частин клапанів, арматури приладів), де накладення є недоцільним.

Специфікація присадочного металу (класифікація AWS) визначає хімічний склад накладки та стійкість до корозії. Для покриття зі сплаву 625 використовуйте ERNiCrMo-3 або ERNiCrMo-4; для накладки C-276 використовуйте ERNiCrMo-4. Класифікація -4 має вищий вміст Mo і є кращою для сильного відновлення кислоти.

Класифікація присадочного металу для покриття нікелевим сплавом

Таблиця. Класифікації присадочного металу AWS для наплавленого шва з нікелевого сплаву


Класифікація AWS	UNS	Відповідний сплав	Cr (%)	Mo (%)	Nb+Ta (%)	Основна програма
ERNiCr-3	N06082	Сплав 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Високо{0}}температурне окислення, різні зварні шви
ERNiCrMo-3	N06625	Сплав 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Морська вода, H₂S, хлориди, загальне покриття
ERNiCrMo-4	N10276	Сплав С-276	14.5–16.5	15–17	-	Відновлюючі кислоти, сильна корозія
ERNiCrMo-10	N06022	Сплав С-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Змішані кислоти, гіпохлорит
ERNiCrMo-14	N06686	Сплав 686	19–23	15–17	-	Екстремальні кислоти, морська вода
ERNiFeCr-1	N08065	Сплав 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Кислий газ, сірчана кислота
ЕРНіМо-7	N10665	Сплав Б-2, Б-3	Менше або дорівнює 1,0	26–30	-	Соляна кислота, відновні середовища

Джерело: AWS A5.14/A5.14M:2018 «Технічні умови для нікелевих і нікелевих-сплавів неоголених зварювальних електродів і прутів»; AWS A5.11/A5.11M:2017 «Технічні умови для зварювальних електродів із нікелю та-нікелевих сплавів для дугового зварювання в екранованому металі»; Спеціальні метали «Каталог зварювальної продукції» (2023); Технічні дані Haynes International «Зварювальні присадочні метали» (2023).

Вибір присадочного металу за умовами експлуатації

Таблиця. Керівництво з вибору наповнювача - Накладення нікелевого сплаву за корозійним середовищем


Сервісне середовище	Режим корозії	Рекомендований наповнювач	Альтернатива	Примітки
Морська вода, розсіл	Cl⁻ виїмка, щілина	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 є стандартом для морської води
Кислий газ (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 або ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Перевірте твердість Менше або дорівнює 22 HRC
Соляна кислота	Загальна корозія	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 є кращим для HCl
Сірчана кислота	Загальна корозія	ERNiCrMo-4 або ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 для < 50% H₂SO₄
Змішані кислоти (HCl + H₂SO₄)	Сильна корозія	ERNiCrMo-4 або ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 або 686 для екстремального обслуговування
Високо{0}}температурне окислення	Окислення, науглерожування	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Використовуйте для обслуговування > 900 градусів
Каустик (NaOH, KOH)	Їдкий крекінг	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Наповнювач Alloy 600 для каустика
Десульфурація димових газів	SO₂, HCl, мокрий скрубер	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 є стандартним для FGD

Джерело: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 «Нафтова та газова промисловість-Матеріали для використання в середовищах, що містять H₂S-»; Спеціальні метали «Керівництво з вибору корозійностійких сплавів» (2023); Технічна брошура Haynes International «Дані про корозію» (2023); Outokumpu «Довідник з корозії нержавіючих сталей і нікелевих сплавів» (2021).

ERNiCrMo-3 (наповнювач зі сплаву 625) є найбільш універсальним вибором для загального застосування накладок. ERNiCrMo-4 (наповнювач C-276) є кращим для роботи з сильною відновлювальною кислотою. Завжди перевіряйте хімічний склад накладки PMI, щоб переконатися, що наповнювач і процедура зварювання забезпечують необхідний вміст Cr, Mo та Fe.