Палевая тэрмічная апрацоўка зварных шваў труб з хастэлойа: чаму мясцовы ПАТЗ звычайна не патрабуецца і калі ён абавязковы

Палевая тэрмічная апрацоўка зварных шваў труб з хастэлойа: чаму мясцовы ПАТЗ звычайна не патрабуецца і калі ён абавязковы

Калі вы працавалі з трубамі з вугляродзістай ці нізкалегіраванай сталі, вы ведаеце, што паслязварачная тэрмічная апрацоўка (ПВТА) з’яўляецца штодзённай працэдурай — яна зніжае засталыя напружанні, адпалюе цвёрдыя мікраструктуры і прадухіляе водароднае трэшчынаванне. Таму, калі вы пераходзіце на выкарыстанне гастэлойа (C‑276, C‑22, B‑3 і г.д.), вы можаце лічыць, што ПВТА таксама мае такую ж важнасць. Гэта не так.

У сапраўднасці, мясцовы ПВТА зварных шваў труб з гастэлойа ў палі рэдка патрабуецца – і калі гэта зроблена няправільна, гэта можа фактычна пашкодзіць каразійную стойкасць сплаву. Аднак існуюць канкрэтныя, незвычайныя абставіны, пры якіх ПТУ (паслязварочная тэрмічная апрацоўка) становіцца абавязковай. У гэтай артыкуле растлумачваецца, чаму Hastelloy, як правіла, пазбягае ПТУ, у якіх выпадках яе нельга пазбегнуць і як правільна выканаць лакальную палявую тэрмічную апрацоўку.

Чаму зварныя швы з Hastelloy, як правіла, не патрабуюць ПТУ

Наадварот ферытычных і марцэнсітных сталёў, нікелевыя сплавы з цвёрдым растварам, такія як Hastelloy C‑276, не падлягаюць фазавым пераўтварэнням пры астыганні. Яны не маюць праблем з закаляльнасцю і не схільныя да водароднага трэшчынавання (за выключэннем вельмі канкрэтных кіслых умоў). Больш важна:

• Адсутнасць утварэння марцэнсіту – Хуткае астыганне пасля зваркі не прыводзіць да ўтварэння цвёрдай, схільнай да трэшчын структуры.

• Высокая пластычнасць у стане пасля зваркі – Зварны метала і ЗВА (зона ўплыву цяпла) пры правільна выкананай зварцы C‑276 маюць адноснае падаўжэнне 20–30%.

• Сенсітызацыя карбідаў – гэта не тое самае – Пакуль для сталі маркі 300 з нержавеючай серыі патрабуецца тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (PWHT), каб пазбегнуць утварэння карбідаў храма, у сплаве Hastelloy C‑276 нізкі ўтрыманне вугляроду (≤0,01 %), і ўтвораныя карбіды менш шкодныя. Яго сенсітызацыя (утварэнне фазы «му») адбываецца пры тэмпературы 600–1000 °C, але тэрмічная апрацоўка пасля зваркі патрабавала б паўторнага награвання ў гэты дыяпазон — што як раз і трэба пазбегнуць.

Ключавы пункт: Правядзенне тэрмічнай апрацоўкі для зняцця напружанняў у сплаве C‑276 пры тэмпературы 500–700 °C фактычна выклікаць спрыяе ўтварэнню фазы «му» і зніжае карозійную стойкасць. Сплав раслітаваны так, каб выкарыстоўвацца ў стане растваральнага адпалу ці ў стане пасля зваркі.

Прымяненне ў кодах стандартаў сплава Hastelloy у стане пасля зваркі

• ASME B31.3 (Тэхналогічныя трубаправоды) – У табліцы 331.1.1 пералічаны матэрыялы, для якіх патрабуецца тэрмічная апрацоўка пасля зваркі ў залежнасці ад таўшчыні і групы. Для сплава Hastelloy C‑276 (група 45) не існуе абавязковых патрабаванняў да тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі незалежна ад таўшчыні сценкі, калі толькі ўмовы эксплуатацыі (напрыклад, лэтальныя ўмовы) ці заказчык не прадугледзілі іншае.

• ASME Раздзел VIII, частка 1 – Абавязковая тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (PWHT) для аўстэнітных і нікелевых сплаваў не патрабуецца (UHA‑34). Аднак калі матэрыял быў падвергнуты халоднай апрацоўцы падчас вытворчасці, можа знадобіцца растваральнае адпаленне для аднаўлення ўласцівасцей.

Калі ж тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (або растваральнае адпаленне) сапраўды патрабуецца?

Існуе пяць сітуацый, пры якіх тэрмічная апрацоўка зварных шваў труб з гастэлойа стае абавязковай. Звярніце ўвагу, што ў большасці выпадкаў патрабуецца поўнае растваральнае адпаленне , а не проста зняцце ўнутраных напружанняў.

1. Сур’ёзнае халоднае фармаванне (згінанне, расшырэнне) без наступнага адпалення

Калі труба з гастэлойа падвяргаецца халоднаму згінанню з малым радыусам (дэфармацыя > 10–15 %), у зоне халоднай апрацоўкі можа змяншыцца пластычнасць і павялічыцца цвёрдасць. Паводле нормаў, пасля халоднага фармавання можа патрабавацца поўнае растваральнае адпаленне.

Прыклад: У ASME B31.3, падраздзел 332.2.2, указано, што пры халоднай апрацоўцы нікелевых сплаваў з дэфармацыяй больш за 5 % можа патрабавацца тэрмічная апрацоўка для аднаўлення ўласцівасцей. Для гастэлойа — растваральнае адпаленне пры 1120–1180 °C з закалкай у вадзе.

2. Летальныя ўмовы эксплуатацыі або сур’ёзныя цыклічныя нагрузкі

Некаторыя спецыфікацыі ўласнікаў патрабуюць тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі для ўсіх зварных шваў у рэзервуарах пад ціскам і трубаправодах, незалежна ад матэрыялу, калі рабочая сярэдзіна з'яўляецца смяротнай (напр., фосген, фторыд водароду). У гэтых выпадках мэтай з'яўляецца поўнае выдаленне любога засталога разцягваючага напружання, якое можа спрыяць стрэс-карозійнаму трэшчынаванню (СКТ). Хоць хастэлой вельмі стойкі да СКТ, уласнікі ўсё ж могуць патрабаваць тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі для зняцця напружанняў — аднак гэта з'яўляецца рэдкім выпадкам і павінна быць пацверджана.

3. Зварныя швы з розных металаў (хастэлой з вугляродзістай стальлю)

Пры зварцы хастэлоя з вугляродзістай стальлю з выкарыстаннем нікелевага прутка (напр., ERNiCrMo‑4) у вугляродзістай сталі ўтвараецца зона, якая падвярглася ўздзеянню цяпла, і яна можа стаць цвёрдай і падвяргацца водароднаму трэшчынаванню. Тэрмічная апрацоўка пасля зваркі вугляродзістай сталі (звычайна пры 620–650 °C) патрабуецца, калі таўшчыня сталі перавышае ліміты, устаноўленыя ў норматыўных дакументах. Аднак гэты дыяпазон тэмператур з'яўляецца небяспечным для хастэлоя (выпадзенне фазы «му»). Рашэнне: правесці лакальную тэрмічную апрацоўку пасля зваркі лакальную тэрмічную апрацоўку пасля зваркі што награвае толькі бак з вугляродзістай сталі, падтрымліваючы Hastelloy пры тэмпературы ніжэй 400 °C — гэта складаная, але магчымая тэхніка.

4. Некаторыя сплавы сямейства Hastelloy — B‑3 і B‑2

Hastelloy B‑3 (UNS N10675) — нікель-малібдэнавы сплаў для змякчэння кіслот. Ён больш падважны да выпадзення карбідаў і міжкрышталічнай карозіі, чым C‑276. Для B‑3 вытворца (Haynes International) рэкамендуе растворнае адпаленне пасля зваркі для максімальнай стойкасці да карозіі, асабліва ў жорсткіх хімічных умовах. Палевая тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (PWHT) сплаву B‑3 рэдка з’яўляецца практычнай, таму большасць зварачных работ з B‑3 выконваецца ў цэхах, дзе магчыма поўнае адпаленне ў печах.

5. Перавага норматыўных дакументаў ці патрабаванняў заказчыка

Іншы раз інжынер або заказчык можа патрабаваць правядзення тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі (PWHT) для ўсіх «высокалегіраваных» або «нікель-легіраваных» зварных шваў у якасці дадатковай меры абароны. Калі гэта прадугледжана ў спецыфікацыі вашага праекта, вы павінны выконваць гэта патрабаванне — аднак варта прывесці тэхнічнае абгрунтаванне, каб пераканаць у неабходнасці адмовы ад PWHT. Калі ж PWHT непазбежна, неабходна выкарыстоўваць кваліфікаваную працэдуру, якая пазбягае сенсітызацыі (гл. наступны раздзел).

Небяспека традыцыйнай PWHT для сплаваў Hastelloy

Шкодзіць шкодлівыя большасці марак сплаваў Hastelloy. Наступствы:

Галоўнае: Калі вы правядзіце вытрымку пры 620 °C у зварным шве з Hastelloy C‑276, вы знізіце яго стойкасць да пітінгу з PREN ~60 да PREN ~30 — што зробіць яго не лепшым за нержавеючую сталь маркі 316L.

Правільнае правядзенне лакальнай тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі — рэдкі выпадак

Калі вы павінны правесці тэрмічную апрацоўку пасля зваркі (напрыклад, пры зварцы разнародных металаў ці па патрабаванні заказчыка), дотрымлівайцеся гэтых строгіх падказак, каб пазбегнуць пашкоджання Hastelloy.

Крок 1 – Вызначыць патрэбную тэмпературу тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі (PWHT)

• Для толькі зняцце напружання (не поўны адпал раствора) – падтрымліваць тэмпературу ніжэй 400 °C . Гэта не ўплывае на засталыя напружанні, але таксама не выклікае шкоднага выпадзення. Некаторыя норматыўныя дакументы прымаюць гэта як «нізкатэмпературнае зняцце напружання».

• Для поўнае растваральнае адпаленне – нагрэць да 1120–1180 °C, вытрымаць 1 гадзіну на кожныя 25 мм таўшчыні, затым закаліць у вадзе. У палёвых умовах гэта рэдка магчыма з-за неабходнасці ў пячы або вялікай індукцыйнай кацушцы з сістэмай закалкі.

Для разнародныя зварныя злучэнні (гастэлой да вугляроднай сталі), вугляродная сталь патрабуе 620–650 °C. Неабходна абараніць гастэлой наступным чынам:

• Выкарыстоўванне зона змянення тэмпературы – награваць толькі бок з сталі, адначасова ахалодаючы бок з гастэлоем вадой ці сціснутым паветрам.

• Падтрыманне тэмпературы сплава Hastelloy ніжэй 400 °C у любы момант часу.

• Кантроль з дапамогай мінімум чатырох тэрмапар (па дзве з кожнага боку шва).

Крок 2 – Выкарыстанне адпаведнага абсталявання для награвання і астуджэння

• Атапленне: Індукцыйнае награванне забяспечвае дакладны, лакалізаваны кантроль. Рэзістэнс-награванне (керамічныя падкладкі) таксама дапушчальна, калі можна падтрымліваць тэмпературныя градыенты.

• Халадзенне: Для салюцыённага адпалу неабходна закалка ў вадзе — што немагчыма пры большасці палевым шваў. Для знятця напружання пры тэмпературы ніжэй 400 °C дастаткова астуджэння на паветры.

Крок 3 – Кваліфікацыя метадам карозійных выпрабаванняў

Перад правядзеннем палевага ПТУ (паслязварачнай тэрмічнай апрацоўкі) на вытворчым шве неабходна кваліфікаваць працэдуру на зразку. Правесці выпрабаванне па ASTM G28, метад A (тэст з ферык-сулфатна-сернай кіслатой) на зразках «без апрацоўкі» і пасля ПТУ. Прымальны паказчык: хуткасць карозіі ≤ 0,5 мм/год. Калі зразак пасля ПТУ не адпавядае патрабаванням, гэтая працэдура не можа быць выкарыстана.

Крок 4 – Дакументаванне ўсіх этапаў

Запісваць дыяграмы «час–тэмпература», размяшчэнне тэрмапар, метад астуджэння і вынікі карозійных выпрабаванняў. Гэта дакументацыя абавязковая для адпаведнасці норматыўным патрабаванням.

Практычныя рэкамендацыі: калі адмовіцца ад тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі (PWHT)

Калі кліент ці інспектар патрабуе правядзення тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі (PWHT) зварных шваў труб з сплаву Hastelloy C‑276, задайце наступныя пытанні:

1. Які канкрэтны пункт норматыўнага дакумента патрабуе правядзення PWHT? (ASME B31.3 гэтага не патрабуе. Таксама ASME Раздзел VIII не патрабуе гэтага для нікель-медных сплаўў з цвёрдым растварам.)

2. У чым заключаецца мэтавая выгада? (Зняцце засталых напружанняў? Hastelloy вельмі стойкі да стрэс-каразіі. Вадароднае трэшчынаванне? Рызык узнікнення такога трэшчынавання пры зварцы нізкавадароднымі электродамі адсутнічае.)

3. Ці ведаеце вы, што традыцыйнае зняцце напружанняў (пры 600 °C) прывядзе да ўтварэння мю-фазы і знізіць карозійную стойкасць?

4. Ці прымае кліент нізкатэмпературнае зняцце напружанняў (<400 °C), якое не дае ніякай карысці, ці поўнае аніліраванне (≥1120 °C) з хуткім астуджаннем у вадзе — што на практыцы немагчыма выканаць у палёвых умовах?

У амаль усіх выпадках правільная адказ — гэта: PWHT не патрабуецца. Выкарыстоўвайце кваліфікаваную тэхналогічную інструкцыю па зварцы ў стане «як зварана».

Табліца: Патрабаванні да тэрмічнай апрацоўкі для распаўсюджаных марак сплаваў Hastelloy

Рэзюмэ: Паток рашэнняў для тэрмічнай апрацоўкі на месцы

Пачатак: Зварка труб з Hastelloy на месцы.

Пытанне 1: Ці з’яўляецца эксплуатацыя смяротнай, цыклічнай у экстрэмальных умовах ці патрабуе спецыфікацыя заказчыка паслязварачнай тэрмічнай апрацоўкі (PWHT)?

• Не → Выкарыстоўваць у звараным стане. Выканана.

• Так → Перайсці да Пытання 2.

Пытанне 2: Ці з’яўляецца поўнае растваральнае адпал (≥1120 °C з закалкай у вадзе) практычным на месцы?

• Так (напрыклад, пераносная індукцыйная пяч з кальцавой сістэмай закалкі) → Правесці кваліфікаваны растваральны адпал. Выканаць выпрабаванні ў адпаведнасці з ASTM G28.

• Не → Пагадзіцца з уласнікам пра тое, каб прыняць зварны шов у стане «як звараны» або правесці нізкатэмпературную (менш за 400 °C) «рэлаксацыю напружання», пры гэтым ведаючы, што гэта не дае ніякай карысці.

Пытанне 3: Ці з’яўляецца зварны шов злучэннем разнародных металаў (хастэлой — вугляродная сталь), дзе бакон стальі патрабуе тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі (ТОПЗ)?

• Так → Выкарыстоўваць градыентнае награванне, каб падтрымліваць хастэлой пры тэмпературы ніжэй 400 °C, адначасова награваючы сталь да 620–650 °C. Праверыць кваліфікацыю з дапамогай тэрмапар.

• Не → Вярнуцца да стану «як звараны».

Апошняе слова

Зварныя швы труб з хастэлоем адносяцца да самых талерантных у прамысловасці — яны не патрабуюць ТОПЗ для рэлаксацыі напружанняў, і, на самой справе, традыцыйная ТОПЗ пры тэмпературы 600–900 °C знішчае іх карозійную стойкасць. Адзіная правільная тэрмічная апрацоўка для гэтай сям’і сплаваў — поўнае растваральнае адпал пры тэмпературы вышэй 1100 °C з наступным хуткім закалваннем, што ў палёвых умовах рэдка магчыма.

Калі вас папрасілі правесці тэрмічную апрацоўку пасля зваркі (PWHT) сплаваў Hastelloy C‑276 або C‑22, вежліва, але ўпэўнена пастаўце пад сумнеў гэта патрабаванне. Прадставце тэхнічныя доказы. У рэдкіх выпадках, калі тэрмічная апрацоўка непазбежная (сплав B‑3, моцнае халоднае працаванне або патрабаванне заказчыка), падцвердзіце працэдуру каразійнымі выпрабаваннямі і выкарыстоўвайце строгі кантроль тэмпературы, каб убягнуць небяспечнага дыяпазону выпадання фаз.