ハステロイ C276 酸性ガス中での耐応力腐食割れ性: NACE MR0175 準拠

ハステロイ C276 (UNS N10276)サワーガスサービスにおける応力腐食割れ（SCC）に対する耐性が高く、硫化物応力割れ（SSC）および応力-配向性水素-誘起割れ（SOHIC）環境の両方に対して、NACE MR0175 / ISO 15156 Part 3 で許容可能な耐食性合金として明示的にリストされています。-

約 60 ℃以上で塩化物 SCC によって破損する 316L などのオーステナイト系ステンレス鋼とは異なり、C276 は、そのニッケル マトリックスが亀裂メカニズムをサポートしていないため、本質的に塩化物 SCC や水素誘起 SSC に対して耐性があります。-。準拠するには、材料が 35 HRC 未満の硬度と 20% 未満の冷間加工を備えた溶体化焼きなまし状態であることが必要です。{5} 600 ～ 1150 ℃の範囲での溶接後の熱処理は許可されません。-

ハステロイ C276 は酸性ガス中での応力腐食割れに耐性がありますか?

はい。 C276 は、酸性ガス中での応力腐食割れ (SCC) や硫化物応力割れ (SSC) に対して基本的に耐性があります。これは、その高ニッケル (約 57 パーセント) を含む完全オーステナイト母材が、炭素鋼や 300 シリーズ ステンレス鋼さえも破壊する塩化物-や水素-による亀裂メカニズムを一度の使用で受けないためです。

酸っぱい環境における応力腐食割れには、C276 が回避する 2 つのよく知られた破損モードがあります。 1 つ目は塩化物応力腐食割れ (Cl- SCC) で、高温、湿潤、塩素化された条件が約 60 ℃を超えるとオーステナイト系ステンレス鋼 (304/316) を悩ませます。これらの合金は、適度な引張応力を受けると粒界に沿って亀裂が入ります。 C276 もオーステナイト系であるにもかかわらず、そのニッケル含有量 (約 57 パーセント) がメカニズムを乱すため、このように亀裂が入りません。- Ni が約 40-45 パーセントを超えるニッケル合金は、一般に Cl-SCC の影響を受けません。

2 つ目は硫化物応力亀裂 (SSC) です。硫化物応力亀裂 (SSC) は、H2S サービスにおける古典的な炭素鋼キラーです。H2S 腐食からの原子状水素が鋼に浸透し、硬い部分に集まり、引張応力下で突然の脆性破壊を引き起こします。 C276 は非常に均質であり、溶体化処理時に硬質相がなく、ニッケルマトリックスが体心立方晶鋼のように脆化しないため、この問題に耐えられます。{6}サワーガス、FGD、および化学プラントにわたる現場での経験により、C276 の耐用年数は SCC 故障なしで 20 ～ 30 年であることが確認されています。

NACE MR0175 / ISO 15156 は C276 について何を述べていますか?

NACE MR0175 / ISO 15156 パート 3 では、UNS N10276 (ハステロイ C276) を、溶体化焼きなまし状態でのサワーサービスに許容される耐食性合金 (CRA) としてリストしています。-、最大硬度は 35 HRC、最大冷間加工は 20% -で、C276 は最も攻撃的な H2S+ に対して指定できることを意味します。炭素鋼と低合金鋼を結合する環境亀裂制限のない CO2 + 塩化物環境。

NACE MR0175 / ISO 15156 は、サワー (H2S- 含有) サービスにおける石油およびガス生産の許容される材料と環境制限を定義する世界標準です。パート 3 では、ニッケル-基合金を含む耐食性{6}}合金（CRA）について説明します。その中で、C276 は合金が本質的に耐性があるため、H2S 分圧に関連付けられた SSC/SOHIC 環境亀裂制限のない CRA として認定されています。

この規格では、2 つの材料条件管理が課されています。1 つは硬度が 35 HRC を超えてはいけない（硬質相がないようにするため）、もう 1 つは冷間加工が 20% を超えてはいけない（冷間加工により硬度が上昇し、残留応力が発生する可能性がある）です。これらの制限は、溶体化処理された C276 によって容易に満たされます。-その硬度は通常 85 ～ 95 HRB (およそ 15 ～ 20 HRC に相当) です。実際的な意味: エンジニアは、製造管理 (焼きなまし、低冷間加工、禁止された PWHT なし) が守られていれば、炭素鋼に必要な複雑な環境亀裂計算を行わなくても、サワーガス坑口、フローライン、または分離器に C276 を指定できます。

表 1. C276 (UNS N10276) の NACE MR0175 / ISO 15156-3 要件

出典: NACE MR0175 / ISO 15156-3 (2020 版);ニッケル基合金をカバーする付録。

オーステナイト系ステンレス鋼は割れるのに、C276 は割れないのはなぜですか?

316L などのオーステナイト系ステンレス鋼は、約 60 ℃以上の酸性塩化物中で使用すると、その鉄-クロムマトリックスが塩化物応力腐食割れを受けやすいため亀裂が生じますが、C276 のニッケル-主マトリックス（約 57% Ni）は冶金学的に塩化物 SCC と水素-誘発 SSC - の両方に対して影響を受けないため、316L を破壊する破損メカニズムが発生します。 C276 では単純に伝播できません。

違いを理解するには、2 つのメカニズムを比較してください。ステンレス鋼の塩化物 SCC には 3 つの条件が必要です。影響を受けやすい微細構造（鋭敏化または冷間加工されたオーステナイト-）、引張応力、および温度しきい値（一般に 316L の場合約 60 ℃と言われていますが、高塩化物または低 pH ではそれより低くなります）を超える塩化物です。亀裂はピットまたは隙間で核形成され、粒界に広がります。 C276には、約5-7パーセントの鉄と16パーセントのクロムしか含まれていませんが、57パーセントのニッケルが含まれています。およそ 40 ～ 45 パーセントを超える Ni を含むニッケル合金は、同じように Cl-SCC を示さず、特に C276 は高温の塩素化された酸性環境で SCC を発生せずに長い使用実績を持っています。

水素誘起 SSC の場合、吸収された水素が硬いマルテンサイトまたは粒界に集まるため、炭素鋼や低合金鋼は故障します。{{1} C276 は単相面-立方晶ニッケル固溶体であり、そのような硬い相トラップがなく、脆化することなく水素を吸収/輸送します。-最終的な効果: 酸っぱい、塩素化された、暖かいサービスのために設計者が 316L と C276 のどちらかを選択する必要がある場合、C276 は単にしきい値を高くするのではなく、SCC 故障モードを完全に削除します。

表 2. SCC 挙動の比較: サワーサービスにおける 316L と C276

出典: NACE MR0175; SCC 閾値参照 (例: 材料性能レポート);合金のデータシート。

C276 は酸性ガスにおける他の CRA とどのように比較されますか?

サワーガス用の耐食性合金の中で、C276 は、重度の還元、高塩化物、高-H2S ストリーム向けの保守的な最上位の選択肢です。{{2}インコネル 625 は酸化性-塩化物と高い-強度のニーズに対応し、合金 825 は中程度の酸味に対応し、904L/316L は低-塩化物、低い-H2S 負荷-に制限されるため、下位-}合金にとって環境が厳しすぎる場合には C276 が選択されます。

CRA 間の選択は、腐食の範囲を決定することになります。{0}特に酸性ガスの場合: 316L と 904L は塩化物 SCC と塩化物孔食によって制限されているため (PREN はそれぞれ 23 ～ 26 と 33 ～ 36 のみ)、塩化物と H2S が少ない場合にのみ使用されます。合金 825 (PREN 約 30) は中程度の酸と硫酸に対応しますが、塩化物が多い場合には理想的ではありません。

インコネル 625 (PREN 約 51) は、-塩化物や海水-のようなサワー処理の酸化には優れており、より高い強度を提供しますが、酸と H2S を強力に還元する場合には、C276 (15-17 パーセントの Mo により PREN 約 68) の方が優れています。 C22 (PREN 約 65) は C276 に非常に近く、酸化性混合酸が優勢な場所でよく使用されます。純粋な酸味/還元性の優位性の場合、C276 がベンチマークです。以下の表は、各合金をそのサワーサービス範囲にマッピングしているため、設計者は、化学的性質が本当に必要な場合にのみ、安価な代替品ではなく C276 を選択することを正当化できます。

表 3. サワーガスサービス用の CRA の選択

出典: NACE MR0175 合金テーブル。 PREN は公称化学反応から計算されます。 CRA の選択ガイド。

サワーサービスにおける C276 の環境動作限界はどのくらいですか?

C276 は、NACE MR0175 で環境亀裂制限のない CRA として認定されているため、サワーガス中での動作境界は、(SCC ではなく) 全体腐食と局部腐食によって設定されます - 通常、C276 は、サワー水使用では約 190 ～ 230 ℃、乾燥サワー ガスでは約 400 ～ 450 ℃まで機能し、炭素鋼が SSC によって破損する温度範囲をはるかに超えています。

炭素鋼および低合金鋼に対して、NACE MR0175 は H2S 分圧、pH、塩化物（「環境亀裂」エンベロープ）に基づいて厳しい制限を課しています。{0} C276 は CRA として SSC/SOHIC 制限から免除されるため、実際の制限は腐食速度になります。

水性サワーサービス（H2S、CO2、塩化物を含む生産水）では、C276 は不動態のままで、およそ 190-230 ℃まで年間 0.1 mm 未満で腐食します。これを超えると、強酸中で全体的な腐食が進行する可能性があります。乾燥または非水性サワーガス（自由水なし）では、C276 はさらに高温で使用でき、合金の高温限界は酸化/硫化耐性によって決まります-硫黄含有環境では約 400-450 ℃（空気制限使用では最大約 650 ℃）です。

設計ポイントは次のとおりです。サワー システムの湿った塩素化された高 -H2S ゾーンには C276 を指定します。乾燥した高温の上流セクションでは、低合金または C276 の両方が機能する可能性がありますが、C276 の方が余裕があります。温度制限は、腐食データまたは試験を使用して、特定の酸濃度と塩化物レベルに対して常に確認する必要があります。

表 4. サワー サービスにおける C276 の動作範囲を示す

出典: NACE MR0175 CRA エンベロープ。ヘインズ C276 腐食データ。石油およびガス材料のガイドライン。

-サワーサービスの C276 にはどのような硬度と冷間加工管理が適用されますか?

NACE MR0175 に準拠するには、C276 を、硬度 35 HRC 未満、総冷間加工率 20% 未満の溶体化焼鈍状態で供給する必要があります。{2}これらの制御により、理論上、合金の固有の SSC 耐性を損なう可能性がある硬質相の形成と残留応力が防止されます。{5}}。

C276 は本質的に SSC 耐性がありますが、-NACE には依然として硬度と冷間加工の上限が課せられています。これは、製造時に誤ってハード ゾーンや残留応力が導入される可能性があるためです。- 35 HRC の上限は簡単に満たされます。溶体化処理された C276 は通常 85-95 HRB であり、換算するとおよそ 15～20 HRC となり、制限を大幅に下回ります。 20% を超える冷間加工では、硬度が上昇し、引張残留応力が導入されるため、キャップが付けられます。 20% を超えて形成した場合は、コンプライアンスを回復するために完全な溶体化アニールを行う必要があります。

溶接は特殊なケースです。C276 は鋭敏化の影響を受けないため、-溶接部は PWHT なしで受け入れられますが、溶接デポジットの硬度も 35 HRC 未満であることを確認する必要があります（ERNiCrMo-4/10 のデポジットは通常 85 ～ 95 HRB の範囲にあります）。調達および製造の仕様では、NACE MR0175 を明示的に参照し、母材と溶接部の両方の硬度試験を要求し、再焼きなまししない限り 20% を超える冷間加工を禁止する必要があります。

表 5. 硬度と冷間加工のコンプライアンスチェックリスト-

出典: NACE MR0175/ISO 15156-3; ASME セクション IX;製造品質計画。

サワーガスサービス用に C276 はどのように溶接されますか?

サワーガス用の C276 は、ERNiCrMo-4 または ERNiCrMo-10 フィラー、厳密なアルゴン バック パージ (50 ppm 以下の O2)、入熱 0.5-1.5 kJ/mm、パス間温度 93 ℃ 以下、溶接後の熱処理なしで溶接されます。NACE を保持するには、完成した溶接の硬度が 35 HRC 未満であることを検証する必要があります。 MR0175準拠。

サワーサービス用の C276 溶接は、一般的な C276 溶接と同じ規律ある手順に従いますが、準拠を証明するために硬度調査の要件が追加されています。フィラー (ERNiCrMo-4 または ERNiCrMo-10) は、本質的に耐 SSC 性があり、HRC が 35 未満である溶接金属を析出させるため、PWHT は必要ありません。600 ～ 1150 ℃ の範囲での PWHT はいずれにしても禁止されているため (合金が脆化するため)、これは幸いです。アルゴンバッキングパージ (O2 50 ppm 以下) は、サワーサービスで腐食開始点を形成する可能性のある酸化から根を保護します。

入熱制御により金属間化合物の析出を防止します。溶接後、PT (表面亀裂の場合) と RT/UT (内部の健全性の場合) および溶接キャップと HAZ の硬度チェックにより、接合部が NACE を満たしていることが確認されます。ラインパイプまたはフローライン溶接の場合、NACE の承認を伴う ASME セクション IX に基づく認定 WPS が必須であり、溶接手順認定記録 (WPQR) に硬度の結果を文書化する必要があります。

表 6. C276 サワー-サービスの溶接パラメータ

出典: ASME セクション IX。 NACE MR0175;ヘインズ C276 溶接ガイド H-2002。

ケーススタディ: サワーガス フローライン - 316L の障害が C276 に置き換えられました

もともと 316L で指定されていたサワーガスフローラインは、高温、高塩化物、高-H2S 環境で 14 か月後に塩化物応力腐食割れにより故障しました。影響を受けたスプールをハステロイ C276 (UNS N10276) に交換すると、SCC 故障モードが解消され、9 年以上問題なく動作しています。

この現場では、約 75 ～ 90 ℃のフローライン温度で、生産水中に約 3-5% の H2S、8-10% の CO2、および 30,000～60,000 ppm の塩化物を含む湿ったサワーガスが生成されました。元の 316L スプールは、紙上の NACE MR0175 環境制限内ではありましたが、溶接部の粒界塩化物 SCC によって破損しました。わずか 14 か月後に熱影響区域に到達し、封じ込められたものの、多額の費用がかかる漏洩と停止が発生しました。冶金学的調査により、ピットに由来する古典的な Cl-SCC が確認されました。

オペレーターは、C276 (UNS N10276) で破損しやすいスプール (および同様の場所) を-再指定しました。{{1}設置以来、C276 スプールは 9 年間以上使用されており、SCC、漏れはなく、超音波モニタリングによる腐食率は 0.05 mm/年未満でした。材料のプレミアム（C276 は 316L の kg 当たりのコストの約 12 ～ 16 倍）は、繰り返しのシャットダウンと酸性ガスの放出による安全上のリスクを回避することで正当化されました。

出典: オペレーター障害調査報告書 (匿名化)。 JN Alloy サワー-サービス事例のアーカイブ。

C276 はサワー サービスの認定および検査をどのように行うのですか?

C276 サワー-サービスの認定は、NACE MR0175 材料状態（溶体化焼きなまし、35 HRC 未満、20% 未満の冷間加工）に加え、PMI、硬度試験、NDT によってサポートされる ASME セクション IX に基づく標準溶接認定の確認に依存します。- NACE TM0177 に基づく正式な SSC テストはオプションですが、重要なサービスのために要求される場合があります。

C276 はすでに認定 CRA としてリストされているため、調達仕様で要求されない限り、ほとんどのプロジェクトは SSC 臨床検査（NACE TM0177 Method A/B）を再実行しません。{1}通常の認定パスは次のとおりです。(1) UNS N10276 化学および溶体化アニール状態を確認する工場証明書 (EN 10204 3.1/3.2)。- (2) ベースおよび溶接部の硬度テストで 35 HRC 未満であることを確認します。 (3) PMI により、あらゆる長さおよび溶接溶着物が正しい合金であることを確認します。 (4) ASME セクション IX に基づく WPS/WPQ。 (5) 管理規定による NDT (PT、RT/UT)。

重要または高濃度の H2S (クラス 3 など) サービスの場合、購入者は標準 H2S ソリューションで 720 時間負荷をかけても亀裂がないことを確認する TM0177 SSC テスト クーポンを必要とする場合があります。- C276 はこれに容易に合格します。ドキュメント パッケージは、機器ファイルの NACE MR0175 準拠の証拠となります。

表 7. サワーサービスの認定と検査-

出典: NACE MR0175; NACE TM0177; ASME セクション IX / VIII;製造QC計画。

よくある質問: C276 と酸性ガス

Q: ハステロイ C276 は NACE MR0175 サワー サービス用に承認されていますか?

A: はい。 UNS N10276 (ハステロイ C276) は、NACE MR0175 / ISO 15156 Part 3 で、溶体化焼きなまし状態でのサワーサービス用に許容可能な耐食性合金 (CRA)- としてリストされています。-本質的に耐性があるため、H2S 分圧に関係する環境亀裂 (SSC/SOHIC) 制限がありません。準拠するには、35 HRC 未満の硬度と 20% 未満の冷間加工が必要であり、600 ～ 1150 ℃ の範囲での溶接後の熱処理は行われません。-

Q: ステンレス鋼には耐性がないのに、C276 は硫化物応力亀裂に耐性があるのはなぜですか?

A: C276 はニッケル含有量が高い (約 57 パーセント) ため、そのマトリックスは塩化物応力腐食割れと水素-誘起硫化物応力割れ (SSC) の両方に対して耐性があります。 316L などのオーステナイト系ステンレス鋼は、約 60 ℃以上で塩化物 SCC により亀裂が発生し、酸性使用時に脆化する可能性がありますが、C276 の単相ニッケル固溶体はこれらのメカニズムをサポートしません。-現場用語では、C276 は単にしきい値を上げるのではなく、SCC 障害モードを削除します。

Q: C276 は高-H2S、高-塩化物酸性ガスの中で使用できますか?

A: はい。 C276 は、特に、316L、904L、さらには合金 825 が制限されたり失敗したりする最も攻撃的な酸っぱい、塩素化された、還元性の環境 -、高い H2S 分圧、高塩化物生成水、低 pH - に適しています。約 68 の PREN と高いモリブデン含有量により、耐塩化物性と SSC に対する耐性の両方が得られます。動作限界は、環境による亀裂ではなく、一般的な腐食 (湿式サワーサービスではおよそ 190 ～ 230 ℃) によって設定されます。

Q: C276 はサワーサービスのために溶接後の熱処理が必要ですか?{1}

A: いいえ。C276 は、脆化する金属間化合物の析出を引き起こす可能性があるため、600-C 範囲で溶接後熱処理を行ってはなりません。- -溶接されたままの状態は、耐腐食性と耐 SCC 性にとってすでに最適であり、NACE MR0175 は溶接されたままの継手を受け入れます。-唯一の要件は、溶接デポジットの硬度が 35 HRC 未満であることを確認し、NACE 準拠の溶接 (ERNiCrMo-4/10 フィラー、アルゴン パージ、制御された入熱) を使用することです。

Q: 酸性ガスに関して、C276 はインコネル 625 とどのように比較されますか?

A: どちらも、厳しいサービスには優れた CRA です。 C276 (PREN 約 68、高級モリブデン) は、強い還元性、高-塩化物、高 -H2S 酸環境に優れています。一方、インコネル 625 (PREN 約 51) は、サワーサービスのような酸化-塩化物や海水-に優れ、より高い強度を提供します。 C276 は、-酸-が支配的な酸味の流れを減らすためのベンチマークです。 625 は、より高い機械的強度や耐酸化性塩化物性が優先される場合によく選択されます。

Q: サワー サービスで 316L よりも C276 を使用した場合のコスト プレミアムはいくらですか?

A: C276 は 316L ステンレス鋼に比べ、1 キログラムあたりおよそ 12 ～ 16 倍のコストがかかります。ただし、316L が 1-2 年以内に塩化物 SCC によって故障する酸っぱい塩素使用の用途では、C276 は 20 ～ 30 年の耐用年数を実現し、シャットダウン、漏れのリスク、繰り返しの交換を排除します。ライフサイクルコスト分析では、通常、クリティカルサワーゾーンには C276 が優先され、システムの非クリティカルセクションには低合金が確保されます。