310S vs Incoloy 800: karstumizturīga{2} sakausējuma izvēle krāsnīm un krāsnīm

Ievads

Krāšņu, krāšņu un termiskās apstrādes{0}}inženieri parasti saskaras ar vienu un to pašu materiālu lēmumu: norādiet izmaksu -efektīvu karstumizturīgu-nerūsējošo tēraudu vai pārejiet uz niķeļa-dzelzs-hroma sakausējumu, kas izveidots, lai nodrošinātu ilgstošu augstas{5}}temperatūras izturību.310S nerūsējošais tēraudsun Incoloy 800 (tostarp 800H un 800HT varianti) ir divi visbiežāk salīdzinātie kandidāti šim lēmumam. Abi ir izturīgi pret oksidēšanu augstā temperatūrā, abas ir viegli izgatavojamas un metinātas, un abas regulāri tiek izmantotas krāsns durvīs, izpūtējus, starojuma caurulēs un termiski apstrādājamos ķermeņos.

Tomēr to veiktspēja krasi atšķiras, kad parādās karburējoša atmosfēra, ilgstoša mehāniskā slodze vai gari apkopes intervāli. Šajā rakstā ir salīdzināti divi sakausējumi pēc sastāva, temperatūras spējas, izturības pret oksidēšanu un karburizāciju, šļūdes-pārrāvuma izturību, ražošanas prasībām un kopējām īpašumtiesību izmaksām, lai inženieri un pircēji varētu pielāgot sakausējumu lietojumam, nevis otrādi.

Kas metalurģiski atšķir 310S no Incoloy 800?

Sastāva atšķirības ir galvenais iemesls visām pakārtotajām veiktspējas atšķirībām, kas aplūkotas šajā rakstā. 310S satur hromu kā savu galveno sakausējuma elementu un niķeli kā sekundāro austenīta stabilizatoru, tāpēc tas ir klasificēts kā nerūsējošais tērauds, nevis niķeļa sakausējums. Incoloy 800 apvērš šo attiecību: niķelis ir lielākā daļa sakausējuma piedevas, hroms ir sekundārs, un dzelzs veido līdzsvaru, nevis ir parastais metāls. Lielāks niķeļa saturs ir tas, kas nodrošina 800. sērijas sakausējumu izturību pret oglekļa difūziju un saglabājas izturību temperatūrā, taču niķelis ir arī dārgāks izejmateriāls, tāpēc Incoloy 800. sērijas izstrādājumu izmaksas pārsniedz 310 S.

Avots: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 un UNS N08810 dzirnavu specifikācijas (Incoloy 800H). Diapazoni ir nominālie specifikāciju ierobežojumi; pārbaudīt saskaņā ar pašreizējo dzirnavu pārbaudes ziņojumu.

Divas citas sastāva detaļas ir svarīgas krāsns apkalpošanai. Pirmkārt, 310S ir zema -oglekļa satura standarta 310 variants (kas pieļauj līdz 0,25% oglekļa); zemāks ogleklis 310S uzlabo izturību pret sensibilizāciju un starpkristālu koroziju pēc metināšanas. Otrkārt, Incoloy 800H pati par sevi ir kontrolēta-oglekļa, kontrolēta-grauda{10}}izmēra Incoloy 800 bāzes variants, un Incoloy 800HT vēl vairāk nostiprina alumīnija{13}}plus{14}}titāna klāstu - gan pilnveidojumi, gan plīsumi{1}pastāv īpaši, lai palielinātu 6}repēšanu{1}. process-sildītāja pakalpojums, kas ir apspriests 4. sadaļā.

Kurš sakausējums iztur augstāku nepārtrauktas darbības temperatūru?

310S parasti tiek novērtēts ar nepārtrauktu oksidācijas izturību līdz aptuveni 2000 grādiem F (1093 grādiem) un periodiskai vai nedaudz cikliskai darbībai līdzīgā diapazonā, jo tajā ir augsts hroma saturs. Praktiskais 310S ierobežotājs krāsnī un krāsnī nav oksīda skala -, bet gan sigma-fāzes veidošanās. Pēc ilgstošas ​​iedarbības aptuveni no 1200 °F līdz 1650 °F (650–900 grādiem) 310-ģimenes nerūsējošais tērauds var veidot trauslu starpmetālu sigmas fāzi, kas samazina stingrību un elastību istabas temperatūrā. Iekārtas, kas atkārtoti pārvietojas pa šo temperatūras diapazonu, piemēram, krāsns durvis un degļu sastāvdaļas, ir vairāk pakļautas šim efektam nekā iekārtas, kas nepārtraukti darbojas temperatūras diapazona augšdaļā.

Incoloy 800Hun 800HT ir paredzētas ilgstošai darbībai līdz aptuveni 2000 °F (1093 grādiem) ar īsu-ilguma ekskursijām, kas pārsniedz šo vērtību, uz paātrināta izturības zuduma un oksidēšanās rēķina. Tā kā 800-sērijas sakausējumi ir šķīduma atkvēlināti vismaz 2100 °F (1149 grādi) temperatūrā, lai iegūtu rupjāku, šļūdei izturīgāku graudu struktūru, un tāpēc, ka to augstākais niķeļa saturs nomāc to pašu sigmafāzes mehānismu, kas ietekmē elastību un elastību. stingrība plašākā krāsns darbības diapazona daļā, tostarp ar atkārtotu termisko ciklu.

Kurš sakausējums nodrošina labāku izturību pret oksidējošu un karburējošu atmosfēru?

Oksidācijas izturību abos sakausējumos galvenokārt nodrošina hroms, kas augstā temperatūrā veido aizsargājošu hroma -oksīda nogulsnes. 310S faktiski satur vairāk hroma nekā Incoloy 800H (aptuveni 25% pret aptuveni 21%), un tas ir viens no iemesliem, kāpēc 310S joprojām ir spēcīga, ekonomiska degšanas un dedzināšanas atmosfērā, piemēram, krāsnī. aparatūra.

Karburizācijas pretestība ir atšķirīgs mehānisms, un tieši šeit abi sakausējumi atšķiras visvairāk. Oglekļa pārnese uz metāla virsmu no oglekli{1}}bagātas atmosfēras lielā mērā ir atkarīga no niķeļa satura, jo niķelim ir ļoti zema oglekli šķīdība un tas palēnina tā iekšējo difūziju. Lauka dati par 800H caurulēm karburēšanas ogļūdeņraža-apstrādes pakalpojumā liecina, ka sakausējums saglabā elastību un struktūras integritāti pēc gadiem ilgas iedarbības apstākļos, kad zemākas -niķeļa 310-ģimenes nerūsējošais tērauds karburējas ievērojami ātrāk. Tas ir galvenais iemesls, kāpēc Incoloy 800H ir vēsturiskais materiāls etilēna pirolīzes caurulēm, ogļūdeņražu krekinga krāsns komponentiem un termiski apstrādājamiem groziem un armatūru, kas nodrošina atkārtotus karburēšanas ciklus.

Publicētie korozijas -intensitātes salīdzinājumi naftas rafinēšanas krāsns vidēs ilustrē plaisu: Incoloy 800H/800HT sakausējumi ir izmērīti aptuveni 0,15 mm/gadā (6,0 m/s), salīdzinot ar aptuveni 0,23 mm/gadā (8,9 m/s) 310 neizturīga tērauda apstākļos. Zemāks korozijas ātrums tieši nozīmē ilgāku komponentu kalpošanas laiku un mazāku neplānotu pārtraukumu skaitu pārbaudei vai nomaiņai.

Kā salīdzina šļūdes un spriedzes{0}}pārrāvuma stiprumu paaugstinātā temperatūrā?

Šļūde ir lēna, no laika{0}}atkarīga metāla deformācija ilgstošas ​​slodzes apstākļos augstā temperatūrā, un sprieguma-pārrāvuma izturība raksturo, cik lielu spriedzi materiāls var izturēt, pirms tas saplīst pēc noteikta darba stundu skaita. Šī īpašība ir svarīga jebkurai krāsns sastāvdaļai, kas ir pakļauta slodzei, kamēr tā ir karsta - starojuma caurule zem iekšējā spiediena, pakaramais, kas atbalsta ugunsizturīgu materiālu, vai spirāle pirolīzes krāsnī -, kas atšķiras no sastāvdaļām, kuras tiek vienkārši pakļautas karstumam bez ievērojamas mehāniskas slodzes, piemēram, mufeļa apvalks vai vairogs.

310S piedāvā mērenu šļūdes -pārrāvumu izturību, kas ir piemērota viegli noslogotām sastāvdaļām. Incoloy 800H un 800HT tika īpaši izstrādāti, lai pagarinātu šļūdes -pārrāvuma kalpošanas laiku, pārsniedzot standarta 800 vai 310-ģimenes nerūsējošajiem tēraudiem, ko nodrošina kontrolēts oglekļa saturs (0,05–0,10%) un rupja-graudu šķīduma atkvēlināšana pie vismaz 1,10 F 2 grādi. Incoloy 800HT vēl vairāk nostiprina alumīnija-un-titāna specifikācijas lietojumiem, kuriem nepieciešams ilgākais praktiskais kalpošanas laiks ilgstošas ​​augstas temperatūras spriedzes apstākļos, piemēram, etilēna krāsns caurulēm un pirolīzes spolēm.

Avots: apkopots no ASTM A240/B407/B409 specifikācijas datiem un publicēti augstas -temperatūras korozijas- ātruma un mehānisko -īpašību pētījumi 310/310H un Incoloy 800H/800HT rafinēšanas rūpnīcās un kurtuvēs. Pirms galīgās specifikācijas pārbaudiet pieļaujamās konstrukcijas atbilstību pašreizējai ASME II sadaļas D daļai vai piemērojamajam koda izdevumam.

Kāda ir izmaksu atšķirība un kad prēmija ir pamatota?

Niķelis konsekventi ir lielākais sakausējuma uzcenojuma virzītājspēks abiem materiāliem, taču Incoloy 800H/HT satur par aptuveni 50 procentiem vairāk niķeļa pēc svara nekā 310S, un niķelis parasti tirgojas ar ievērojamu daudzumu hroma un dzelzs, kas veido lielāko daļu no 310S sakausējuma satura. Tas padara 800-sērijas sakausējumus par dārgāku pirkumu par -mārciņu vai par -lineāro pēdu, pat pirms tiek apsvērta ražošana.

Lēmumu sistēma, kas izriet no iepriekš minētā tehniskā salīdzinājuma, ir vienkārša. Norādiet 310S, ja komponentam ir tīra oksidējoša atmosfēra, neliela mehāniska slodze vai bez tās, kā arī mērens kalpošanas laiks -paredzētais kalpošanas laiks - parasti ir piemēroti krāsns korpusi, durvis, ventilatori un nesošie vairogi. Norādiet Incoloy 800H vai 800HT, ja komponents ir pakļauts ilgstošai slodzei temperatūrā, pakļauts karburējošai vai sulfidējošai atmosfērai vai ja neplānotas izslēgšanas izmaksas, lai nomainītu bojātu komponentu, ievērojami pārsniedz materiālu izmaksu maksas - starojuma caurules, procesa{10}}sildītāja sastāvdaļas, etilēna plaisāšanas spoles un} cikli ir bieži sastopami.

Kā atšķiras ražošanas, metināšanas un termiskās apstrādes prasības?

310S ir šķīdums, kas atkvēlināts diapazonā no 1 900–2 100 °F (1030–1150 grādi), kam seko ātra dzesēšana, kas ļauj karbīdiem atgriezties šķīdumā un palielina izturību pret koroziju. Ja 310-ģimenes aprīkojums ir pieredzējis ilgāku laiku virs 1200 °F (650 grādiem) un ir izveidojusies sigmas fāze, elastību parasti var atjaunot ar tādu pašu risinājuma{16}}atlaidināšanas ciklu; atkārtota atkvēlināšana pēc aptuveni katrām 1000 stundu ekspluatācijas temperatūrā virs 1200 °F ir bieži minētais apkopes intervāls iekārtām, kurām ir tendence uz sigmas veidošanos.

Incoloy 800H un 800HT ir nepieciešama šķīduma atkvēlināšana ar vismaz 2100 grādi F (1149 grādi) -, kas ir ievērojami augstāka nekā rūdīšana, ko izmanto 310S -, īpaši, lai izveidotu rupjāku graudu struktūru (parasti ASTM graudu izmērs Nr.{9}}, kas uzlabo kalpošanas laiku vai plīst{0}). Abi sakausējumi ir metināmi ar standarta gāzes volframa loka un ekranēta metāla loka procesiem ar atbilstošu vai gandrīz{12}}atbilstošu pildmetālu, un abi parasti ir auksti formēti, lai gan 800. sērijas sakausējumiem pēc smagas aukstās formēšanas to rupjāka izmēra dēļ var būt raksturīga virsmas tekstūra ("apelsīna miza").

Kurš sakausējums būtu jānorāda parastajām krāsns un krāsns sastāvdaļām?

Avots: vispārīgi atlases norādījumi, kas balstīti uz dokumentētām sakausējuma īpašībām un parasto rūpniecisko krāšņu/krāsns praksi. Komponentu-specifiskajai atlasei ir jāņem vērā faktiskā atmosfēras ķīmija, spiediena novērtējums, termiskā cikla biežums un piemērojamais konstrukcijas kods.

Bieži uzdotie jautājumi

J: Vai 310S un Incoloy 800H var lietot aizvietojami vienā krāsnī?

A: Vispār ne. Tiem ir atšķirīgs termiskās izplešanās ātrums un atšķirīga šļūdes izturēšanās, tāpēc to sajaukšana vienā metinātā komplektā zem slodzes var radīt atšķirīgu spriegumu. Ja abi sakausējumi parādās vienā krāsnī, tos parasti izmanto atsevišķos, neatkarīgi atbalstītos komponentos -, piemēram, 310S apvalkā ar Incoloy 800H iekšējo cauruli.

J: Vai Incoloy 800 ir tas pats, kas Incoloy 800H vai 800HT?

A: Nē. Standarta Incoloy 800 (UNS N08800) nodrošina plašāku oglekļa diapazonu un neiztur rupju-graudu, augstas-temperatūras šķīduma atkvēlināšanu, kas nodrošina 800H (UNS N08810) un 800HT (UNS N08811) izcilu šļūdes izturību{{9}. Pašreizējās krāsns un procesa{11}}sildītāju specifikācijās 800H un 800HT lielā mērā ir aizstājuši standarta 800.

J: Vai 310S ir nepieciešama pēc-metināšanas termiskā apstrāde?

A: Nav paredzēts izturībai pret koroziju lielākajā daļā krāšņu lietojumu, jo 310S ir zema-oglekļa pakāpe ar labu izturību pret metināšanas{2}}sensibilizāciju. Ja iekārta redzēs paplašinātu servisu sigma-fāzes-veidošanas diapazonā, periodiska šķīduma atkausēšana -, nevis spriedzes mazināšana - ir piemērota korektīva apstrāde, nevis rutīnas pēc-metināšanas prasība.

J: Kāds ir praktiskais temperatūras ierobežojums nepārtrauktam 310S pakalpojumam?

A. Aptuveni 2000 grādi F (1093 grādi) nepārtrauktai oksidēšanas darbībai, ievērojot piesardzību, ka iekārta, kas atkārtoti pārvietojas 1200–1650 °F (650–900 grādi) diapazonā, tiek pakļauta sigma{10}}fāzes trauslumam laika gaitā, un tas ir periodiski jānovērtē.{1}

J: Kāpēc niķeļa saturam ir tik liela nozīme karburizācijas izturībai?

A: Ogleklim ir ļoti zema šķīdība niķelī un izkliedējas tajā lēnāk nekā dzelzi vai hromu. Tā kā Incoloy 800H satur aptuveni 30–35% niķeļa, salīdzinot ar aptuveni 19–22% 310S, ogleklis identiskos karburēšanas apstākļos iekļūst tās virsmā lēnāk, un tas ir galvenais iemesls, kāpēc 800H pārspēj 310. ģimenes nerūsējošos tēraudus karburēšanas krāsns atmosfērā.