Svejsebelægning med nikkellegeringer: Beklædning af kulstofstål for korrosionsbestandighed

Svejsebelægning - også kaldet svejsebeklædning eller hardfacing - er en gennemprøvet, kode-kompatibel metode til påføring af et korrosions--bestandigt nikkellegeringslag på et substrat af kulstofstål eller lav-legeret stål. Resultatet: den mekaniske styrke og lave omkostninger ved kulstofstål, kombineret med korrosionsbestandigheden af nikkellegeringer - til 40-60 % lavere materialeomkostninger end solid nikkellegeringskonstruktion. Denne artikel forklarer, hvornår svejsebelægning er det rigtige valg, hvilke nikkellegeringer der anvendes, hvilke standarder der gælder, og hvordan man specificerer overlæg korrekt.

Weld Overlay with Nickel Alloys

Svejsebelægning med nikkellegeringer er industri-standardløsningen til trykbeholdere, varmevekslere og rørkomponenter, der skal modstå korrosion fra sur gas (H₂S), chlorider, syrer og høj-temperaturoxidation - uden omkostningerne ved fremstilling af faste legeringer.

Svejseoverlejring er processen med at afsætte et eller flere lag af en korrosionsbestandig-legering (typisk nikkel-baseret) på overfladen af et billigere basismetal (typisk kulstofstål eller lav-legeret stål) ved hjælp af buesvejseprocesser. Overlejringslaget - typisk 3-6 mm tykt - fungerer som en barriere mellem den korrosive procesvæske og det strukturelle basismetal.

Hvorfor bruge overlay i stedet for solid legering?

Tabel. Sammenligning af omkostninger og ydeevne - Solid Alloy vs. Weld Overlay Construction


Parameter	Solid nikkellegering	Kulstofstål + Ni-legering	Omkostningsbesparelser	Præstation
Materialeomkostninger ($/kg, typisk)	$35–60	8-12 USD (CS) + 15-25 USD (overlay)	40-60 % lavere	Tilsvarende korrosionsbestandighed
Fremstillingstid	Længere (svært at svejse)	Kortere (CS-svejser nemt)	20-30 % hurtigere	Samme levetid
Overholdelse af designkode	ASME VIII, ASME B31.3	ASME VIII, ASME B31.3	Samme	Samme
Typisk overlejringstykkelse	N/A (fast)	3–6 mm (2–3 lag)	N/A	Korrosionsgodtgørelse inkluderet
Reparation og vedligeholdelse	Svært (crack-følsom)	Nemmere (overlejring kan gen-anvendes)	Lavere livscyklusomkostninger	Længere levetid
Vægt	Højere (densitet 8,4-8,9 g/cm³)	Lavere (CS-densitet 7,85 g/cm³)	5-10 % lettere	Samme trykværdi

Kilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023); ASME B31.3 Process Piping (2022); Special Metals Corporation 'Welding Products Catalog' (2023); Haynes International 'Corrosion-Resistant Alloys' tekniske data; JN Alloys interne omkostningsanalyse for 2024-2025.

For beholdere med stor-diameter, varmevekslerskaller og rørspoler, hvor korrosionsangreb er begrænset til den indvendige overflade, leverer svejsebelægning den samme korrosionsydelse som solid legering til 40-60 % lavere materialeomkostninger.

Ikke alle nikkellegeringer er egnede til svejsebelægning. Overlejringsmaterialet skal være svejsbart, kompatibelt med kulstofstålfortynding og modstandsdygtigt over for det specifikke korrosive miljø. To legeringer dominerer industrien: Alloy 625 (UNS N06625) og Alloy C-276 (UNS N10276).

Legeringsvalg efter korrosionsmiljø

Tabel. Nikkellegeringsmaterialer - Valgvejledning efter korrosionsmiljø


Legering (UNS)	Nøglelegeringselementer	Primær korrosionsbestandighed	Typiske overlejringsapplikationer	Svejseproces	ASME P-nummer
Legering 625 (N06625)	Ni-22Cr-9Mo-3,5Nb	Oxidation, kloridgruber, H₂S, havvand	Brøndhovedudstyr, undersøiske forbindelser, trykbeholdere	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Nej. 43
Legering C-276 (N10276)	Ni-16Cr-16Mo-4W	Reducerende syrer, HCl, H₂SO4, klor, sur gas	Kemiske reaktorer, scrubbere, FGD-systemer, syrerør	GTAW, GMAW, FCAW, SAW	P-Nej. 44
Legering C-22 (N06022)	Ni-22Cr-13Mo-3W	Svære blandede syrer, hypoklorit, vådt klor	Farmaceutiske produkter, papirmasse og papir, affaldsforbrænding	GTAW, GMAW	P-Nej. 44
Legering 825 (N08825)	Ni-22Cr-42Fe-3Mo-1Ti	Sur gas (H₂S), svovlsyre/phosphorsyre	Nedhulsrør, gasbehandling, varmevekslere	GTAW, GMAW	P-Nej. 45
Legering 600 (N06600)	Ni-16Cr-8Fe	Høj-temperaturoxidation, nitrering, kaustisk	Ovnkomponenter, varmebehandlingskurve	GTAW, GMAW	P-Nej. 43
Alloy X (N06002)	Ni-22Cr-18Fe-9Mo	Oxidation ved 1100-1200 grader, karburering	Forbrændingskamre, gasturbinekomponenter	GTAW, GMAW	P-Nej. 43
Legering 59 (N06059)	Ni-23Cr-16Mo-1Fe	Ekstremt reducerende syrer, HCI, H2SO4-blandinger	Kemisk proces, forureningskontrol	GTAW, GMAW	P-Nej. 44

Kilde: Special Metals Corporation 'INCONEL® Alloy 625' og 'INCONEL® Alloy 725' datablade (2023); Haynes International 'HASTELLOY® C-276 Alloy' tekniske data (2023); ASME-kedel- og trykbeholderkode, afsnit IX (2023) QW-422 P-nummergruppering; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Sammenligning af kemisk sammensætning

Tabel. Kemisk sammensætning af almindelige nikkellegeringsmaterialer (Vægt %, typisk)


Legering (UNS)	Ni	Cr	Mo	Fe	W	NB	Ti	C (maks.)
Legering 625 (N06625)	58–63	20–23	8–10	Mindre end eller lig med 5	-	3.15–4.15	Mindre end eller lig med 0,4	0.10
Legering C-276 (N10276)	Balance	14.5–16.5	15–17	4–7	3–4.5	-	-	0.01
Legering C-22 (N06022)	Balance	20–22.5	12.5–14.5	2–6	2.5–3.5	-	-	0.015
Legering 825 (N08825)	38–46	19.5–23.5	2.5–3.5	22 min	-	-	0.6–1.2	0.05
Legering 600 (N06600)	72 min	14–17	-	6–10	-	-	-	0.15
Alloy X (N06002)	Balance	20.5–23	8–10	17–20	0.2–1.0	-	-	0.05–0.15
Legering 59 (N06059)	Balance	22–24	15–16.5	Mindre end eller lig med 1,5	-	-	-	0.01

Kilde: ASTM B443 (legering 625); ASTM B575 (legering C-276, C-22, 59); ASTM B425 (legering 825); ASTM B168 (legering 600); ASTM B435 (legering X); Special Metals og Haynes International datablade (2023).

Alloy 625 er standardvalget for havvand, klorid og sur gas (H₂S) service. Alloy C-276 er standardvalget til at reducere syrer (HCl, H₂SO₄) og alvorlige kemiske miljøer. For grænsetilfælde skal du konsultere NACE MR0175 / ISO 15156-3 og udføre korrosionstestning.

Valget af svejseproces påvirker overlejringskvaliteten, fortyndingshastigheden, aflejringshastigheden og omkostningerne. For kritisk trykbærende udstyr er GTAW (TIG) og GMAW (MIG) de mest almindelige valg. Til beklædning med store-arealer tilbyder FCAW og SAW højere produktivitet.

GTAW and GMAW for High-Integrity Overlay

Processammenligning for nikkellegeringsoverlay

Tabel. Svejseprocesser for nikkellegeringsoverlejring - Sammenligning efter kvalitet og produktivitet


Behandle	Fortyndingshastighed	Deponeringssats	Bedste applikation	Position	Færdighedsniveau	Koste
GTAW (TIG)	10–25%	0,5-1,5 kg/t	Første lag, rodpassage, tynd overlejring, lille diameter	Alle stillinger	Høj	Høj
GMAW (MIG)	20–30%	2-4 kg/t	Fyld- og dæklag, mellem-tykkelse overlejring	Flad, vandret	Medium	Medium
FCAW (Flux-Cored)	20–35%	3-6 kg/t	Stort-områdeoverlejring, ikke-kritiske applikationer	Flad, vandret	Medium	Lav
SAW (Submerged Arc)	30–50%	5-15 kg/t	Store fartøjer, tung beklædning, høj produktivitet	Kun fladt	Medium	Laveste
PAW (Plasma Arc)	5–15%	1-3 kg/t	Præcision overlay, automatiserede systemer	Flad, mekaniseret	Høj	Høj
Laserbeklædning	5–10%	1-5 kg/t	Præcisionsreparation, tynd overlejring, minimal fortynding	Flad, mekaniseret	Høj	Meget høj

Kilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section IX (2023); AWS D1.6/D1.6M-22 'Structural Welding Code-Stainless Steel'; Special Metals 'Svejseretningslinjer for nikkellegeringer' (2023); Lincoln Electric 'Nikkel Alloy Welding Products' Teknisk vejledning (2023).

Fortyndingsstyring er kritisk for overlejringsydelse

Fortynding opstår, når basismetallet (kulstofstål) smelter og blandes med fyldmetallet (nikkellegering). Overdreven fortynding reducerer overlejringens korrosionsbestandighed ved at sænke det kritiske legeringsindhold (Cr, Mo, Nb). For Alloy 625 overlay skal jernindholdet holdes under 10% i det første lag; for C-276, under 7 %.

Tabel. Maksimal tilladt fortynding - grænser for jernindhold efter legering


Legering	Maksimal Fe i overlejring (vægt%)	Minimum Cr i Overlay (vægt%)	Minimum Mo i Overlay (vægt%)	Anbefalet proces
Legering 625	Mindre end eller lig med 10 %	Større end eller lig med 18 %	Større end eller lig med 7 %	GTAW eller GMAW for første lag; FCAW/SAW til fyld
Legering C-276	Mindre end eller lig med 7 %	Større end eller lig med 14 %	Større end eller lig med 14 %	GTAW for første lag; GMAW/FCAW til fyld
Legering C-22	Mindre end eller lig med 6 %	Større end eller lig med 19 %	Større end eller lig med 11 %	GTAW eller GMAW for alle lag
Legering 825	Mindre end eller lig med 15 %	Større end eller lig med 20 %	Større end eller lig med 2,5 %	GTAW eller GMAW
Legering 600	Mindre end eller lig med 10 %	Større end eller lig med 14 %	N/A	GTAW eller GMAW

Kilde: Special Metals 'Welding Guidelines for INCONEL® Alloy 625' (2023); Haynes International 'Welding and Fabrication of HASTELLOY® C-276 Alloy' (2023); ASME Sektion IX QW-404.12 'Fyldmetalfortynding'; AWS A5.14/A5.14M:2018 'Specifikation for nøgne svejseelektroder og -stænger af nikkel og nikkellegering.'

Brug GTAW (TIG) til det første lag for at minimere fortynding og sikre overholdelse af kemi. Brug GMAW, FCAW eller SAW til efterfølgende lag for at øge produktiviteten. Bekræft altid overlejringskemi ved PMI (Positive Material Identification) eller laboratorieanalyse.

Den mindste overlejringstykkelse er styret af korrosionsgodtgørelse, fortyndingsdybde, svejseproceskapacitet og kodekrav. For de fleste trykbeholdere og rør er 3–6 mm (2–3 lag) standard. Tyndere overlejringer risikerer gennembrud; tykkere overlejringer øger omkostningerne og kan medføre restbelastningsproblemer.

Retningslinjer for tykkelsesdesign

Tabel. Overlay Thickness Design - anbefalede værdier efter anvendelse


Anvendelse	Korrosionsgrad	Minimum tykkelse (mm)	Typiske lag	Kode reference	Noter
Trykbeholdere (generelt)	Moderat (ingen H₂S)	3.0	2 lag	ASME VIII Div. 1 UG-16	1,5 mm min efter bearbejdning
Surgasservice (H₂S)	Alvorlig (NACE MR0175)	4.0–5.0	2-3 lag	NACE MR0175 / ISO 15156	Bekræft hårdhed Mindre end eller lig med 22 HRC
Havvandsvarmevekslere	Høje Cl⁻-gruber	4.0	2-3 lag	ASME VIII + bruger spec	Brug Alloy 625 eller 825
Syregasabsorptionssøjler	Alvorlig (HCl, H₂SO4)	5.0–6.0	3 lag	ASME VIII + bruger spec	Brug Alloy C-276 eller C-22
Undersøisk brøndhovedudstyr	Alvorlig + HPHT	5.0–6.0	3 lag	API 6A, API 17D	Brug Alloy 625, verificere af PMI
FGD (røggasafsvovling)	Alvorlig (våd SO₂, HCl)	5.0	3 lag	Brugerspecifikation	Brug Alloy C-276 eller C-22
Katalytiske reformatorer	Høj-temperaturoxidation	4.0	2-3 lag	API 560 / bruger spec	Brug Alloy 600 eller X

Kilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16 'Minimum Wall Thickness'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'Råolie- og naturgasindustri-materialer til brug i H₂S-holdige miljøer'; API 6A (21. udgave, 2024) 'Brøndhoved og træudstyr'; API 17D (3. udgave, 2021) 'Design og drift af undersøiske produktionssystemer'.

Beregning af korrosionsgodtgørelse

Overlejringstykkelsen skal omfatte: (1) korrosionsgodtgørelse (typisk 1,5-3,0 mm for 10-20 års levetid), (2) bearbejdningsgodtgørelse (0,5-1,0 mm for overfladebehandling) og (3) fortyndingszonetykkelse (1,0-1,5 mm for det første lag).

Tabel. Overlay Tykkelse Fordeling - Korrosionsgodkendelse og fremstillingstolerancer


Tykkelse Komponent	Typisk rækkevidde (mm)	Formål	Kontrolmetode	Standard reference
Korrosionsgodtgørelse	1.5–3.0	Materialetab i løbet af designets levetid	Proces design spec	ASME VIII UG-25
Bearbejdningsgodtgørelse	0.5–1.0	Overfladebehandling, NDU-forberedelse	Bearbejdningstolerance	ASME B46.1
Fortyndingszone	1.0–1.5	Første lag blandet med uædle metal	Svejseprocedure (PQR)	ASME IX QW-404
Minimum lyd metal	0.5–1.0	Sikkerhedsmargin over fortynding	UT eller RT inspektion	ASME V artikel 4
Samlet designtykkelse	3.5–6.5	Summen af ovenstående komponenter	Engineering design	Projektspecifikation

Kilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UG-25 'Corrosion Allowance'; ASME B46.1-2019 'Overfladetekstur (overfladeruhed, bølgethed og lægning)'; ASME Afsnit V Artikel 4 'Ultralydundersøgelsesmetoder til svejsninger'; ASME Afsnit IX 'Kvalifikationer til svejsning, lodning og smeltning'.

Konklusion:For de fleste applikationer, specificer en minimum overlay tykkelse på 3,0 mm efter bearbejdning. For alvorlige korrosionsmiljøer (sur gas, syrer, havvand) angives 4,0–5,0 mm. Inkluder altid korrosionsgodtgørelse i designspecifikationen.

Fordi overlejringslaget er tyndt (3-6 mm), og korrosionsbestandigheden afhænger af præcis kemi, er kvalitetskontrol mere kritisk end for solid legeringskonstruktion. Hver overlejring skal verificeres ved positiv materialeidentifikation (PMI) og inspiceres ved ultralydstest (UT) eller radiografisk test (RT).

Nickel Alloys PMI Verification and NDE

Inspektionskrav til svejsebelægning

Tabel. Kvalitetskontroltest for nikkellegering svejsebelægning


Prøve	Formål	Metode	Acceptkriterier	Frekvens	Standard
PMI (positivt materiale-id)	Bekræft overlejringskemi	XRF eller OES	Cr, Mo, Nb inden for spec; Fe Mindre end eller lig med grænsen	100 % af overlejringsoverfladen	ASTM E1621
Ultralydstest (UT)	Opdag manglende fusion, porøsitet	Lige stråle eller vinkel stråle	Ingen indikationer > 20% DAC	100 % af overlejringsarealet	ASME V Art. 4, 5
Radiografisk test (RT)	Opdag interne defekter	røntgen- eller gammastråler	Ifølge ASME VIII UW-51	Spot eller 100% som specificeret	ASME V Art. 2
Flydende penetrant (PT)	Opdag overfladerevner	Synligt eller fluorescerende farvestof	Ingen lineære angivelser > 1,5 mm	100 % af overlejringsoverfladen	ASME V Art. 6
Hårdhedstest	Bekræft overholdelse af NACE MR0175	Bærbar hårdhedstester	Mindre end eller lig med 22 HRC (sur service)	I henhold til NACE MR0175 Tabel A.1	ASTM E10 / E18
Ferritnummer (hvis relevant)	Ikke påkrævet til Ni-legeringsoverlejring	Ferritmåler	N/A (austenitisk)	N/A	ASTM A342
Metallografisk undersøgelse	Bekræft mikrostruktur, fortynding	Tværsnit, osv	Ingen revner, porøsitet eller overdreven fortynding	Per procedure kvalifikation	ASTM E3, E407

Kilde: ASTM E1621-21 'Standard Guide for Elemental Analysis by Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence Spectrometry'; ASME-kedel- og trykbeholderkode, afsnit V (2023) artikel 2, 4, 5, 6; ASME Section VIII Div. 1 UW-51 'Radiografisk undersøgelse af svejsninger'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Tabel A.1 'Hårdhedskrav for kulstof- og lavlegerede stål'.

Almindelige defekter og deres årsager

Tabel. Almindelige svejsebelægningsdefekter - årsager og forebyggelse


Defekt	Udseende	Grundårsag	Forebyggelse	Detektionsmetode
Mangel på fusion	Lineær indikation ved interface	Utilstrækkelig varmetilførsel, dårlig teknik	Øg strømstyrken, korrekt rejsehastighed	UT, RT
Porøsitet	Runde gaslommer i overlæg	Forurening (olie, fugt, oxid)	Rengør uædle metal, brug tørt fyldstof, passende gasskærm	RT, UT
Varm revner	Intergranulære revner i overlejring	Høj tilbageholdenhed, ukorrekt perlerækkefølge	Styr varmetilførsel, korrekt samlingsdesign	PT, VT, metallografi
Overdreven fortynding	Lav Cr/Mo i overlejring	Høj varmetilførsel, forkert teknik	Reducer strømstyrken, brug GTAW til første lag	PMI, kemisk analyse
Wolfram inklusion	Lyse partikler i overlejring	GTAW elektrodekontakt med svejsebassin	Oprethold korrekt afstand, brug den rigtige elektrode	RT, VT
Slag inklusion	Uregelmæssige mørke pletter	Forkert rensning af interpass (FCAW, SAW)	Rengør mellem passager, korrekt fluxhåndtering	RT, UT
Underskæring	Rille ved svejsesømmen	Overdreven strøm, forkert teknik	Reducer strømstyrken, korrekt brændervinkel	VT, PT

Kilde: AWS D1.6/D1.6M-22 'Structural Welding Code-Stainless Steel'; Special Metals 'Svejseretningslinjer for nikkellegeringer' (2023); ASME Sektion IX QW-190 'Undersøgelse og reparation af svejsninger'.

PMI-verifikation af overlejringskemi er obligatorisk for hvert job. UT- eller RT-inspektion bekræfter bindingens integritet. For sur service kræves hårdhedstestning af NACE MR0175. Alle kontrolresultater skal dokumenteres i materialetestrapporten.

Svejseoverlejring er ikke en "alternativ" metode - den er eksplicit anerkendt og styret af ASME-designkoder. Overlejringslaget kan tælles som korrosionsgodtgørelse, men ikke som tryk-fastholdende tykkelse, medmindre det er specifikt kvalificeret og dokumenteret.

Kodekrav til svejseoverlejring

Tabel. ASME-kodekrav for svejseoverlægskonstruktion


Kode	Afsnit	Krav	Overlay behandling	Nøglebemærkninger
ASME VIII Div. 1	UG-16, UW-42	Minimum tykkelse, svejseprocedure	Overlay=korrosionsgodtgørelse	Overlay ikke inkluderet i trykdesign
ASME VIII Div. 1	UCL-30 til UCL-46	Beklædte og svejse overliggende beholdere	Overlay kan inkluderes, hvis det er kvalificeret	Skal opfylde UCL-30 krav
ASME VIII Div. 2	Del D, artikel D.11	Beklædt og svejset overlæg	Svarende til Div. 1	Design-af-analyse påkrævet til overlejring
ASME B31.3	Para. 323.4.2	Beklædte og svejse overliggende rør	Overlay=korrosionsgodtgørelse	Overlay kan bruges til tryk, hvis det er kvalificeret
ASME B31.3	Para. 328.5.1	Svejseoverlejringsprocedure	Skal være kvalificeret iht. ASME IX	PQR påkrævet for hver overlejringsproces
ASME IX	QW-214, QW-283	Kvalificering af svejseoverlægsprocedure	Overlay PQR kræver kemisk analyse	Skal demonstrere fortyndingskontrol
NACE MR0175	ISO 15156-3	Sure servicematerialer	Overlay acceptabelt til CS-base	Hårdhed Mindre end eller lig med 22 HRC, kvalificeret procedure

Kilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 (2023) UG-16, UW-42, UCL-30 to UCL-46; ASME-kedel- og trykbeholderkode Sektion VIII Div. 2 (2023) Del D Artikel D.11; ASME B31.3-2022 'Process Piping' Afsnit 323.4.2, 328.5.1; ASME-kedel- og trykbeholderkode, afsnit IX (2023) QW-214, QW-283; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015.

Når overlejring kan inkluderes i designtykkelse

Som standard behandler ASME-koder svejseoverlejring som korrosionsgodtgørelse - det er ikke inkluderet i beregningen af tryk-fastholdelsestykkelse. Men hvis overlejringsproceduren er kvalificeret til at demonstrere fuld metallurgisk binding, og designspecifikationen udtrykkeligt tillader det, kan overlejringstykkelsen (minus korrosionsgodtgørelse) krediteres.

Tabel. Betingelser for at inkludere overlejring i trykdesign


Tilstand	Krav	Verifikation	Reference
Fuld metallurgisk binding	Ingen mangel på fusion, fuldstændig fusion ved grænsefladen	UT undersøgelse, 100% dækning	ASME VIII UCL-30
Kvalificeret overlejringsprocedure	PQR med kemisk analyse, mekaniske tests	ASME IX QW-283 kvalifikation	ASME IX QW-214
Designspecifikation godkendelse	Teknikeren skal godkende overlejringskredit	Skriftlig specifikation påkrævet	ASME VIII UG-22
Korrosionsgodtgørelse fratrukket	Kun lydmetal over korrosionsgodtgørelse krediteres	Korrosionsgodtgørelse pr. UG-25	ASME VIII UG-25

Kilde: ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section VIII Div. 1 UCL-30 'Clad and Weld-Metal-Fored Vessels'; ASME Sektion IX QW-283 'Svejsevariabler til korrosionsbestandigt overlæg'; WRC Bulletin 447 'Retningslinjer for vurdering af svejsebeklædning i trykudstyr' (1999).

Svejseoverlejring er fuldt kode-kompatibelt. Som standard behandles det som korrosionsgodtgørelse og er ikke inkluderet i trykdesign. Hvis designspecifikationen tillader det, kan overlejring krediteres mod tryktykkelsen -, men dette kræver kvalificerede procedurer og eksplicit teknisk godkendelse.

Svejsebelægning med nikkellegeringer er mest almindeligt anvendt i industrier, hvor procesmiljøet er stærkt ætsende, men udstyrsstørrelsen gør solid legeringskonstruktion økonomisk uattraktiv. Olie- og gasindustrien er den største bruger, efterfulgt af kemisk behandling og elproduktion.

Nickel Alloys for Oil Gas Chemical and Power Generation

Anvendelseseksempler efter branche

Tabel. Svejseoverlejringsapplikationer efter industri og servicemiljø


Industri	Udstyr	Korrosionstilstand	Typisk legering	Tykkelse (mm)	Kode/Standard
Olie og gas (opstrøms)	Brøndhoved, X-træ, chokerventiler	H2S, CO2, Cl⁻, havvand	Legering 625	5–6	API 6A, API 17D, NACE MR0175
Olie og gas (midtstrøm)	Rørledning, ventilhuse, pumpehuse	H₂S, CO₂, våd gas	Legering 625 eller 825	3–5	ASME B31.3, NACE MR0175
Olie og gas (downstream)	Hydrocracker, HDS-reaktorer	H₂, H₂S, høj temp	Legering 625 eller 825	4–5	API 934-A, NACE RP045
Petrokemisk	Reaktorbeholdere, varmevekslere	Syrer, chlorider, H2S	Legering C-276 eller C-22	4–6	ASME VIII, brugerspecifikation
Kemisk proces	Syreaktorer, scrubbere, rør	HCl, H2S04, H3P04, Cl2	Legering C-276 eller C-22	5–6	ASME VIII, brugerspecifikation
Strømproduktion	FGD absorbere, kanaler, ventilatorer	S02, HCl, vådskrubber	Legering C-276 eller C-22	4–6	ASTM, brugerspecifikation
Afsaltning	Varmeveksler rørplader	Havvand, høj temp	Legering 625 eller 825	3–4	ASTM, brugerspecifikation
Marine/Offshore	Pumper, ventiler, havvandsrør	Havvand, biofouling	Legering 625	4–5	DNV, ABS, bruger spec
Papir og papirmasse	Rådnetanke, blegevaskere	NaOH, ClO2, H2S04	Legering C-276 eller C-22	4–6	TAPPI, bruger spec

Kilde: API 6A (21. udgave, 2024) 'Brøndhoved og træudstyr'; API 17D (3. udgave, 2021) 'Subsea Production Systems'; API 934-A (3. udgave, 2019) 'Materials and Fabrication of 2¼Cr-1Mo and 3Cr-1Mo Steel Heavy Wall Pressure Vessels for High-Temperature, High-Pressure Hydrogen Service'; NACE RP045-2003 'Overlay Welding for Hydrogen Service'; ASME B31.3-2022 'Process Piping'; DNVGL-OS-F101 (2021) 'Ubådsrørledningssystemer'.

Casestudie: Overlejring af brøndhovedudstyr

Undersøisk brøndhovedudstyr og juletræer fungerer i nogle af de mest aggressive korrosionsmiljøer: havvand på ydersiden, sur gas (H₂S) og saltlage på indersiden og temperaturer op til 200 grader. Solid Alloy 625-konstruktion ville koste 5-8× kulstofstål. Svejsebelægning af Alloy 625 på kulstofstål eller lav-legeret stål (f.eks. AISI 4130, F22) leverer den samme korrosionsbestandighed til 40-50 % lavere omkostninger.

Tabel. Casestudie - Subsea Wellhead Hub: Alloy 625 Overlay på F22 Steel


Parameter	Solid legering 625	F22 + Alloy 625 Overlay	Opsparing	Noter
Grundmaterialeomkostninger	$55/kg	4 USD/kg (F22)	90% lavere	F22 er lavt-legeret Cr-Mo-stål
Overlejringsomkostninger	N/A	18 USD/kg (625 fyldstof + arbejdskraft)	N/A	GTAW + GMAW-proces
Samlede fremstillede omkostninger	$180,000	$95,000	47 % lavere	I henhold til API 6A-specifikation
Leveringstid	16 uger	10 uger	6 uger hurtigere	F22 svejser nemt, overlejring er rutine
Korrosionsydelse	Fremragende	Fremragende (tilsvarende)	Samme	Overlay kvalificeret i henhold til API 6A
Kode Overholdelse	API 6A, NACE MR0175	API 6A, NACE MR0175	Samme	Overlejringshårdhed Mindre end eller lig med 22 HRC

Kilde: API 6A (21. udgave, 2024) 'Brøndhoved og træudstyr'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015; JN Alloys interne projektdata for undersøisk brøndhovednav fremstillet 2023; Special Metals 'INCONEL® Alloy 625' Datablad (2023).

For stort udstyr med tykke-vægge, hvor korrosionsangreb er begrænset til den indvendige overflade, er svejsebelægning det økonomisk overlegne valg. Solid legering bør reserveres til små komponenter (ventilinteriør, instrumentfittings), hvor overlejring er upraktisk.

Spartelmetalspecifikationen (AWS-klassificering) bestemmer overlejringskemien og korrosionsbestandigheden. Til Alloy 625 overlay, brug ERNiCrMo-3 eller ERNiCrMo-4; til C-276 overlay, brug ERNiCrMo-4. -4-klassificeringen har højere Mo-indhold og foretrækkes til stærkt reducerende syreservice.

Fyldmetalklassifikationer for nikkellegering

Tabel. AWS Filler Metal-klassifikationer for nikkellegering svejsebelægning


AWS klassifikation	UNS	Matchende legering	Cr (%)	måned (%)	Nb+Ta (%)	Primær ansøgning
ERNiCr-3	N06082	Legering 600, 601	18–22	-	2.0–3.0	Høj- oxidation, uens svejsninger
ERNiCrMo-3	N06625	Legering 625	20–23	8–10	3.15–4.15	Havvand, H₂S, chlorider, generelt overtræk
ERNiCrMo-4	N10276	Legering C-276	14.5–16.5	15–17	-	Reducerende syrer, kraftig korrosion
ERNiCrMo-10	N06022	Legering C-22	20–22.5	12.5–14.5	-	Blandede syrer, hypoklorit
ERNiCrMo-14	N06686	Legering 686	19–23	15–17	-	Ekstreme syrer, havvand
ERNiFeCr-1	N08065	Legering 825	19.5–23.5	2.5–3.5	-	Sur gas, svovlsyre
ERNiMo-7	N10665	Legering B-2, B-3	Mindre end eller lig med 1,0	26–30	-	Saltsyre, reducerende miljøer

Kilde: AWS A5.14/A5.14M:2018 'Specification for Nickel and Nickel-Alloy Bare Welding Electrodes and Rods'; AWS A5.11/A5.11M:2017 'Specifikation for nikkel- og nikkel--legeringselektroder til buesvejsning af afskærmet metal'; Special Metals 'Svejseproduktkatalog' (2023); Haynes International 'Welding Filler Metals' tekniske data (2023).

Udvælgelse af fyldmetal efter servicemiljø

Tabel. Filler Metal Selection Guide - Nikkellegering Overlay af korrosionsmiljø


Servicemiljø	Korrosionstilstand	Anbefalet fyldstof	Alternativ	Noter
Havvand, saltlage	Cl⁻-gruber, spalte	ERNiCrMo-3 (625)	ERNiCrMo-4	625 er standard for havvand
Sur gas (H₂S)	SSC, HIC, SOHIC	ERNiCrMo-3 eller ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-4	Bekræft hårdhed Mindre end eller lig med 22 HRC
Saltsyre	Generel korrosion	ERNiMo-7 (B-2/B-3)	ERNiCrMo-4	B-3 foretrækkes til HCI
Svovlsyre	Generel korrosion	ERNiCrMo-4 eller ERNiFeCr-1	ERNiCrMo-10	C-276 for < 50% H2S04
Blandede syrer (HCl + H₂SO4)	Kraftig korrosion	ERNiCrMo-4 eller ERNiCrMo-10	ERNiCrMo-14	C-22 eller 686 til ekstrem service
Høj-temperaturoxidation	Oxidation, karburering	ERNiCr-3	ERNiCrCoMo-1	Bruges til > 900 graders service
Kaustisk (NaOH, KOH)	Ætsende revnedannelse	ERNiCr-3	ERNiCrMo-3	Alloy 600 fyldstof til ætsende
Røggasafsvovling	S02, HCl, vådskrubber	ERNiCrMo-4	ERNiCrMo-10	C-276 er standard for FGD

Kilde: NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 'Petroleum and Natural Gas Industries-Materials for Use in H₂S-Containing Environments'; Specialmetaller 'Korrosionsbestandige legeringer udvælgelsesvejledning' (2023); Haynes International 'Corrosion Data' teknisk brochure (2023); Outokumpu 'Korrosionshåndbog for rustfrit stål og nikkellegeringer' (2021).

ERNiCrMo-3 (Alloy 625 filler) er det mest alsidige valg til generelle overlejringsapplikationer. ERNiCrMo-4 (C-276 fyldstof) foretrækkes til kraftigt reducerende syreservice. Kontroller altid overlejringskemien ved hjælp af PMI for at sikre, at tilsatsmetallet og svejseproceduren leverer det nødvendige Cr-, Mo- og Fe-indhold.