Hastelloy C276 Resistència a l'esquerda a la corrosió per estrès en gas àcid: compliment NACE MR0175

Hastelloy C276 (UNS N10276)és altament resistent a l'esquerdat per corrosió per tensió (SCC) en el servei de gas àcid i està explícitament enumerat com un aliatge resistent a la corrosió acceptable a la NACE MR0175 / ISO 15156 Part 3 tant per a esquerdes per tensió de sulfur (SSC) com per a esquerdes induïdes per l'hidrogen-estrès-(SOHIC).

A diferència dels acers inoxidables austenítics com el 316L, que fallen per SCC de clorur per sobre d'uns 60 graus C, el C276 és essencialment immune a l'SCC de clorur i a l'SSC-induït per hidrogen perquè la seva matriu de níquel no admet el mecanisme de craqueig. El compliment requereix que el material estigui en condicions de recuit-solució amb una duresa inferior a 35 HRC i un treball en fred inferior al 20%; no es permet cap tractament tèrmic post-soldadura en el rang de 600-1150 graus C.

Hastelloy C276 resisteix l'esquerda de la corrosió per estrès al gas àcid?

Sí. El C276 és essencialment immune al craqueig per corrosió per tensió (SCC) i el craqueig per tensió de sulfur (SSC) en gas àcid perquè la seva matriu d'alta -níquel (aproximadament un 57 per cent) totalment austenítica no pateix els mecanismes de craqueig induïts per clorur- o hidrogen{{5} que destrueixen la mateixa sèrie d'acer inoxidable i fins i tot destrueixen el mateix acer inoxidable.

L'esquerda per corrosió per estrès en entorns àcids té dos modes de fallada familiars que C276 evita. El primer és el cracking per corrosió per tensió de clorur (Cl-SCC), que afecta els acers inoxidables austenítics (304/316) quan les condicions calentes, humides i clorats superen els 60 graus C; aquests aliatges s'esquerden al llarg dels límits de gra sota una tensió de tracció modesta. El C276, tot i ser també austenític, no s'esquerda d'aquesta manera perquè el seu contingut de níquel (al voltant del 57%) altera el mecanisme. - Els aliatges de níquel per sobre d'aproximadament el 40-45 per cent de Ni són generalment immunes al Cl-SCC.

El segon és el cracking per tensió de sulfur (SSC), el clàssic eliminador de l'acer al carboni-en el servei H2S: l'hidrogen atòmic de la corrosió de l'H2S penetra l'acer, s'acumula a les zones dures i provoca una fractura fràgil sobtada sota esforç de tracció. C276 resisteix a això perquè és extremadament homogeni, no té fases dures quan la solució-recuita i la seva matriu de níquel no fragilitza com ho fa l'acer cúbic centrat en el cos-. L'experiència de camp a les plantes de gas àcid, FGD i químiques confirma la vida útil del C276 de 20 a 30 anys sense fallades de SCC.

Què diu la NACE MR0175 / ISO 15156 sobre C276?

NACE MR0175 / ISO 15156 Part 3 enumera UNS N10276 (Hastelloy C276) com un aliatge resistent a la corrosió (CRA) acceptable per a un servei àcid en la solució-recuit, amb una duresa màxima de 35 HRC i un treball en fred màxim del 20% que es pot especificar per a C27{9}20}per cent més agressiu. Entorns de clorur de H2S + CO2 + sense restriccions ambientals d'esquerdes que s'uneixen als acers al carboni i de baix-aliatge.

NACE MR0175 / ISO 15156 és l'estàndard global que defineix els materials acceptables i els límits ambientals per a la producció de petroli i gas en servei àcid (que conté H2S-). La part 3 cobreix els aliatges-resistents a la corrosió (CRA), inclosos els aliatges-de base de níquel. Dins d'ell, C276 està qualificat com a CRA sense límit de fissuració ambiental SSC/SOHIC lligat a la pressió parcial H2S, perquè l'aliatge és intrínsecament resistent.

L'estàndard imposa dos controls de condicions del material-: la duresa no ha de superar els 35 HRC (per garantir que no hi hagi fases dures) i el treball en fred no ha de superar el 20% (el treball en fred pot augmentar la duresa i introduir estrès residual). Aquests límits es compleixen fàcilment amb la solució-recuita C276, la duresa de la qual sol ser de 85-95 HRB (aproximadament 15-20 HRC equivalent). La implicació pràctica: un enginyer pot especificar C276 per a un cap de pou de gas àcid, una línia de flux o un separador sense els elaborats càlculs d'esquerdes ambientals necessaris per a l'acer al carboni, sempre que s'observin els controls de fabricació (recuit, treball en fred baix, sense PWHT prohibit).

Taula 1. Requisits NACE MR0175 / ISO 15156-3 per a C276 (UNS N10276)

Font: NACE MR0175 / ISO 15156-3 (edició 2020); Annex sobre aliatges a base de níquel.

Per què els acers inoxidables austenítics s'esquerden però el C276 no?

Els acers inoxidables austenítics com el 316L s'esquerden en servei de clorur àcid per sobre d'uns 60 graus C perquè la seva matriu de ferro-crom és susceptible a l'esquerdament per corrosió per tensió de clorur, mentre que la matriu dominant de níquel-C276 (al voltant del 57 per cent de Ni) és immune tant al clorur-SCC com a la SCC induïda metal·lúrgicament. - de manera que el mecanisme de fallada que destrueix 316L simplement no es pot propagar a C276.

Per entendre la diferència, compareu els dos mecanismes. Clorur SCC en acer inoxidable requereix tres condicions: microestructura susceptible (austenita sensibilitzada o-treballada en fred), esforç de tracció i clorurs per sobre d'un llindar de temperatura (comunament citat com a uns 60 graus C per 316 L, més baix amb clorur alt o pH baix). L'esquerda es nuclea en una fossa o escletxa i es propaga intergranularment. C276 conté només un 5-7% de ferro i un 16% de crom, però un 57% de níquel; Els aliatges de níquel amb Ni per sobre d'aproximadament el 40-45 per cent no presenten Cl-SCC de la mateixa manera, i el C276, en particular, té un llarg historial de servei en entorns àcids i clorats calents sense SCC.

Per a l'SSC induït-hidrogen, els acers al carboni i els acers de baix-aliatge fallen perquè l'hidrogen absorbit s'acumula a la martensita dura o als límits del gra; C276, al ser una solució sòlida de níquel cúbic centrada en una-cara-de fase única, no té cap trampa de fase dura -i absorbeix/transporta hidrogen sense fragilitzar-se. L'efecte net: quan un dissenyador ha de triar entre 316L i C276 per a un servei àcid, clorat i càlid, el C276 elimina completament el mode de fallada SCC en lloc de limitar-se a augmentar el llindar.

Taula 2. Comparació del comportament de l'SCC: 316L vs C276 en Sour Service

Font: NACE MR0175; Referències de llindar de SCC (p. ex., informes de rendiment dels materials); fitxes d'aliatge.

Com es compara C276 amb altres CRA de gas àcid?

Entre els aliatges resistents a la corrosió-per a gas àcid, el C276 és l'opció conservadora de-nivell superior per reduir severament els corrents d'H2S, alt-clorur i alt-; L'Inconel 625 cobreix les necessitats de-clorur oxidant i de resistència- més alta, l'Aliatge 825 cobreix l'àcid moderat i el 904L/316L es restringeix a un {-clorur baix, un deure-H2S més baix- de manera que el C276 és massa agressiu{17} quan el C276 és massa agressiu{17} aliatges.

L'elecció entre les CRA és una decisió-de corrosió. Específicament per al gas àcid: 316L i 904L estan limitats per clorur SCC i per clorur pitting (el seu PREN només és de 23-26 i 33-36, respectivament), de manera que només s'utilitzen quan el clorur i l'H2S són baixos. L'aliatge 825 (PREN uns 30) maneja àcids àcids i sulfúrics moderats, però no és ideal quan els clorurs són alts.

L'Inconel 625 (PREN aproximadament 51) és excel·lent en el servei oxidant-clorur i aigua de mar-com a agre i ofereix una resistència més alta, però en àcid reductor fortament més H2S, C276 (PREN aproximadament 68 a causa del 15-17% Mo) és superior. C22 (PREN aproximadament 65) és molt proper al C276 i s'utilitza sovint on dominen els àcids mixtos oxidants; per al domini àcid/reductor pur, C276 és la referència. La taula següent mapea cada aliatge al seu sobre de servei àcid perquè un dissenyador pugui justificar la selecció de C276 sobre una alternativa més barata només quan la química ho requereix realment.

Taula 3. Selecció CRA per al servei de gas àcid

Font: taules d'aliatge NACE MR0175; PREN calculat a partir de la química nominal; Guies de selecció de CRA.

Quins són els límits ambientals d'operació per a C276 en servei àcid?

Com que el C276 està qualificat com a CRA sense límit de fissuració ambiental a la NACE MR0175, el seu límit de funcionament en gas àcid es defineix per corrosió general i localitzada (no per SCC) - normalment funciona a uns 190-230 graus C en servei aquós àcid i a uns 400-450 graus d'acer a l'àcid, on l'acer al carboni fallaria molt més enllà del rang de temperatura del gas sec.

Per als acers al carboni i de baix-aliatge, la NACE MR0175 imposa límits estrictes basats en la pressió parcial d'H2S, el pH i el clorur (l'embolcall del "cracking ambiental"). C276, com a CRA, està exempt d'aquests límits SSC/SOHIC, de manera que el límit real es converteix en la taxa de corrosió.

En servei àcid aquós (aigua produïda amb H2S, CO2, clorurs), el C276 roman passiu i es corroeix a menys de 0,1 mm/any fins a aproximadament 190-230 graus C, més enllà dels quals pot augmentar la corrosió general en àcid fort. En gas àcid sec o no -aquós (sense aigua lliure), el C276 pot servir a temperatures encara més altes, amb l'alt-límit de temperatura de l'aliatge regit per la seva resistència a l'oxidació/sulfuració - uns 400-450 graus C en ambients que contenen sofre (i fins a 65 graus C limitats en servei a l'aire).

El punt de disseny és: especificar C276 per a la zona humida, clorada i alta-H2S d'un sistema àcid; per a les seccions aigües amunt seques i més calentes, els aliatges inferiors o C276 poden funcionar, però C276 proporciona marge. Els límits de temperatura sempre s'han de confirmar amb la concentració específica d'àcid i el nivell de clorur mitjançant dades o proves de corrosió.

Taula 4. Sobre operatiu C276 indicatiu en servei àcid

Font: sobre NACE MR0175 CRA; Dades de corrosió Haynes C276; directrius de materials de petroli i gas.

Quins controls de treball de duresa i fred-s'apliquen al C276 en servei àcid?

Per al compliment de la norma NACE MR0175, el C276 s'ha de subministrar en condicions de recuit-solució amb una duresa inferior a 35 HRC i un treball total en fred inferior al 20%; aquests controls eviten la formació de-fases dures i l'estrès residual que podrien, en teoria, comprometre la immunitat SSC intrínseca de l'aliatge.

Tot i que C276 és intrínsecament immune a SSC-, NACE encara imposa duresa i límits de treball- en fred perquè la fabricació pot introduir inadvertidament zones dures o tensió residual. El sostre de 35 HRC es compleix fàcilment: la solució-recuita C276 normalment mesura 85-95 HRB, que es converteix en aproximadament 15-20 HRC, molt per sota del límit. El treball en fred per sobre del 20 per cent augmenta la duresa i introdueix una tensió residual de tracció, de manera que es limita; qualsevol formació superior al 20 per cent ha d'anar seguida d'un recuit de solució completa per restablir el compliment.

Les soldadures són un cas especial: com que el C276 és immune a la sensibilització, la zona-soldada s'accepta sense PWHT, però la duresa del dipòsit de soldadura també s'ha de verificar per sota de 35 HRC (els dipòsits ERNiCrMo-4/10 solen estar en el rang 85-95 HRB). Les especificacions d'adquisició i fabricació haurien de fer referència explícitament a NACE MR0175, requerir proves de duresa tant en metalls bàsics com en soldadura, i prohibir treballs en fred superiors al 20 per cent tret que es tornin a recuit.

Taula 5. Llista de verificació de compliment de la duresa i el fred-de treball

Font: NACE MR0175/ISO 15156-3; ASME Secció IX; plans de qualitat de fabricació.

Com es solda C276 per al servei de gas àcid?

El C276 per a gas àcid es solda amb farciment ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo{-10, purga estricta de suport d'argó (O2 per sota de 50 ppm), entrada de calor 0,5-1,5 kJ/mm, interpass per sota de 93 graus C, i no s'ha de soldar amb un tractament tèrmic de duresa posterior a la soldadura -35 per sota de la soldadura. mantenir el compliment NACE MR0175.

La soldadura C276 per al servei àcid segueix el mateix procediment disciplinat que la soldadura C276 general, amb el requisit afegit d'una enquesta de duresa per demostrar el compliment. El farciment (ERNiCrMo-4 o ERNiCrMo{-10) diposita metall de soldadura que és intrínsecament resistent a SSC i mesura per sota de 35 HRC, de manera que no es necessita PWHT, la qual cosa és una sort perquè PWHT en el rang 600-1150 graus C estaria prohibit de totes maneres (l'aliatge seria fràgil). La purga de suport d'argó (O2 per sota de 50 ppm) protegeix l'arrel de l'oxidació que podria crear un lloc d'inici de corrosió en servei àcid.

El control d'entrada de calor evita la precipitació intermetàl·lica. Després de la soldadura, PT (per a esquerdes superficials) més RT/UT (per a la solidesa interna) i un control de duresa a la tapa de soldadura i HAZ confirmen que la unió compleix la NACE. Per a les soldadures de canonades o de flux, és obligatori un WPS qualificat segons ASME Secció IX amb acceptació NACE, i el registre de qualificació del procediment de soldadura (WPQR) hauria de documentar els resultats de duresa.

Taula 6. C276 Sour-Paràmetres de soldadura del servei

Font: ASME Secció IX; NACE MR0175; Guia de soldadura Haynes C276 H-2002.

Cas pràctic: error de la línia de flux de gas àcid - 316L substituït per C276

Una línia de flux de gas agre especificada originalment al 316L va fallar per esquerdes per corrosió per tensió de clorur després de 14 mesos en un servei càlid, alt-clorur i alt-H2S; la substitució de la bobina afectada per Hastelloy C276 (UNS N10276) va eliminar el mode de fallada SCC i ha funcionat sense incidents durant més de 9 anys.

El camp va produir gas àcid humit amb aproximadament un 3-5 per cent d'H2S, un 8-10 per cent de CO2 i 30.000-60.000 ppm de clorur a l'aigua produïda, a una temperatura de la línia de flux d'uns 75-90 graus C. La bobina original de 316L, tot i que el paper va fallar dins del seu límit mediambiental NACE, en el seu límit intermedi NACE. clorur SCC en una zona afectada per la calor de la soldadura després de només 14 mesos, provocant una fuita i una parada contingudes però costoses. La investigació metal·lúrgica va confirmar Cl-SCC clàssic originari d'una fossa.

L'operador va tornar a-especificar el rodet-propens a fallar (i diverses ubicacions similars) a C276 (UNS N10276), solució-recuita, amb farciment de soldadura ERNiCrMo{-10 i fabricació completa conforme a NACE-. Des de la instal·lació, les bobines C276 han acumulat més de 9 anys de servei sense SCC, sense fuites i taxes de corrosió inferiors a 0,05 mm/any en monitoratge ultrasònic. La prima de material (C276 aproximadament 12-16 vegades el cost de 316L per kg) es va justificar evitant parades repetides i el risc de seguretat d'un alliberament de gas àcid.

Font: informe d'investigació de fallades de l'operador (anònim); Arxiu de casos de servei JN Alloy sour-.

Com està qualificat i inspeccionat el C276 per al servei àcid?

La qualificació del servei C276 sour-depèn de la confirmació de l'estat del material NACE MR0175 (solució-recuit, < 35 HRC, < 20 per cent de treball en fred) més la qualificació estàndard de soldadura segons ASME Secció IX, recolzada per PMI, proves de duresa i NDT; Les proves formals de SSC segons NACE TM0177 són opcionals, però es poden sol·licitar per a un servei crític.

Com que el C276 ja apareix com a CRA qualificat, la majoria dels projectes no tornen a executar les proves de laboratori SSC (NACE TM0177 Mètode A/B) tret que l'especificació de contractació ho exigeixi. La ruta de qualificació habitual és: (1) certificat de molí (EN 10204 3.1/3.2) que confirma la química UNS N10276 i l'estat de recuit de la solució-; (2) prova de duresa que confirma per sota de 35 HRC a la base i la soldadura; (3) PMI que confirma l'aliatge correcte a cada llargada i al dipòsit de soldadura; (4) WPS/WPQ segons ASME Secció IX; (5) NDT (PT, RT/UT) segons el codi de govern.

Per a un servei-H2S crític o alt (p. ex., Classe 3), el comprador pot requerir un cupó de prova TM0177 SSC que confirmi que no hi ha cap esquerdament després de 720 hores sota càrrega a la solució estàndard H2S - C276 ho supera fàcilment. El paquet de documentació es converteix en l'evidència del compliment de la NACE MR0175 per al fitxer de l'equip.

Taula 7. Qualificació i inspecció del servei-àcid

Font: NACE MR0175; NACE TM0177; ASME Secció IX / VIII; plans de control de qualitat de fabricació.

Preguntes freqüents: C276 i Sour Gas

P: Hastelloy C276 està aprovat per al servei àcid NACE MR0175?

A: Sí. UNS N10276 (Hastelloy C276) està catalogat com un aliatge resistent a la corrosió (CRA) acceptable a la NACE MR0175 / ISO 15156 Part 3 per al servei àcid en condicions de recuit de solució-. No té cap límit de fissuració ambiental (SSC/SOHIC) lligat a la pressió parcial H2S perquè és intrínsecament resistent. El compliment requereix una duresa inferior a 35 HRC i un treball en fred per sota del 20%, sense tractament tèrmic posterior a la-soldadura en el rang de 600-1150 graus C.

P: Per què C276 resisteix l'esquerda per tensió de sulfur quan l'acer inoxidable no?

R: L'alt contingut de níquel del C276 (al voltant d'un 57%) fa que la seva matriu sigui immune tant al craqueig per corrosió per tensió de clorur com al craqueig per tensió de sulfur (SSC) induït per hidrogen-. Els acers inoxidables austenítics com el 316L s'esquerden per clorur SCC per sobre d'uns 60 graus C i es poden fragilitzar en servei àcid, mentre que la solució sòlida de níquel monofàsica de C276 no admet aquests mecanismes. En termes de camp, C276 elimina el mode de fallada SCC en lloc de limitar-se a augmentar el llindar.

P: Es pot utilitzar C276 en gas àcid-H2S i alt-clorur?

A: Sí. El C276 s'adapta específicament als entorns àcids, clorats i reductors més agressius - alta pressió parcial de H2S, aigua produïda amb un alt clorur i pH baix - on 316L, 904L i fins i tot l'aliatge 825 estarien restringits o fallarien. El seu PREN d'uns 68 i un alt contingut en molibdè li donen resistència als clorurs i immunitat a SSC. El límit de funcionament s'estableix per corrosió general (aproximadament fins a 190-230 graus C en servei àcid humit), no per esquerdes ambientals.

P: C276 necessita un tractament tèrmic post-soldadura per al servei àcid?

R: No. C276 NO s'ha de tractar tèrmicament post-soldadura en el rang de 600-1150 graus C perquè això provocaria una precipitació intermetàl·lica fràgil. La condició-soldada ja és òptima per a la resistència a la corrosió i al SCC, i NACE MR0175 accepta la junta-soldada. L'únic requisit és verificar la duresa del dipòsit de soldadura per sota de 35 HRC i utilitzar soldadura conforme a la NACE (farciment ERNiCrMo-4/10, purga d'argó, entrada de calor controlada).

P: Com es compara C276 amb Inconel 625 per a gas àcid?

R: Tots dos són excel·lents CRA per al servei àcid. C276 (PREN aproximadament 68, molibdè més alt) és superior en ambients molt reductors, alt-clorur, alt-H2S àcid, mentre que l'Inconel 625 (PREN aproximadament 51) sobresurt en l'oxidació-clorur i aigua de mar{-com un servei agre i ofereix una major resistència. C276 és la referència per reduir els corrents àcids-àcids-dominats; Sovint s'escull el 625 on una major resistència mecànica o resistència al clorur oxidant és la prioritat.

P: Quina és la prima de cost d'utilitzar C276 sobre 316L en servei àcid?

R: C276 costa aproximadament de 12 a 16 vegades més per quilo que l'acer inoxidable 316L. Tanmateix, en el servei àcid i clorat on el 316L falla per SCC de clorur en 1-2 anys, el C276 ofereix una vida útil de 20 a 30 anys, eliminant les parades, el risc de fuites i la substitució repetida. L'anàlisi de costos del cicle de vida sol afavorir el C276 per a les zones àcides crítiques, amb aliatges més baixos reservats per a les seccions no crítiques del sistema.