310S u odnosu na Incoloy 800: Odabir-legure otporne na toplinu za primjenu u pećima i pećima

Uvod

Inženjeri za peći, peći i termičku-procesu rutinski se suočavaju s istom odlukom o materijalu: odredite isplativ-nehrđajući čelik-otporan na toplinu ili prijeđite na leguru nikla-željeza-kroma napravljenu za dugotrajnu čvrstoću na visokim-temperaturama.310S nehrđajući čeliki Incoloy 800 (uključujući varijante 800H i 800HT) dva su najčešće uspoređivana kandidata za ovu odluku. Oba su otporna na oksidaciju na visokoj temperaturi, oba se lako proizvode i zavaruju i oba se rutinski pojavljuju u vratima peći, prigušnicama, radijacijskim cijevima i uređajima za toplinsku-tretman.

Njihova izvedba se, međutim, naglo razlikuje kada se pojave atmosfere naugljičavanja, trajno mehaničko opterećenje ili dugi servisni intervali. Ovaj članak uspoređuje dvije legure u pogledu sastava, temperaturne sposobnosti, otpornosti na oksidaciju i karburizaciju, čvrstoće-puzanja, zahtjeva izrade i ukupnog troška vlasništva, tako da inženjeri i kupci mogu uskladiti leguru s primjenom, a ne obrnuto.

Po čemu se 310S metalurški razlikuje od Incoloya 800?

Razlika u sastavu temeljni je uzrok svake razlike u performansama nizvodno o kojoj se raspravlja u ovom članku. 310S sadrži krom kao svoj primarni legirajući element i nikal kao sekundarni stabilizator austenita, zbog čega je klasificiran kao nehrđajući čelik, a ne kao legura nikla. Incoloy 800 preokreće taj omjer: nikal je glavni dodatak legure, krom je sekundarni, a željezo čini ravnotežu, a ne osnovni metal. Veći sadržaj nikla ono je što legurama serije 800- daje njihovu otpornost na difuziju ugljika i njihovu zadržanu čvrstoću na temperaturi - ali nikal je također skuplji ulaz sirovine, zbog čega proizvodi serije Incoloy 800 imaju stalnu premiju troškova u odnosu na 310S.

Izvor: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 i UNS N08810 specifikacije mlina (Incoloy 800H). Rasponi su nominalne specifikacijske granice; potvrdite prema trenutnom izvješću o ispitivanju mlina.

Dvije druge pojedinosti sastava važne su za servis peći. Prvo, 310S je nisko-ugljična varijanta standardnog stupnja 310 (koja dopušta do 0,25% ugljika); niži ugljik u 310S poboljšava otpornost na osjetljivost i interkristalnu koroziju nakon zavarivanja. Drugo, Incoloy 800H je sam po sebi kontrolirani-ugljik, kontrolirana-veličina-zrna-varijanta osnovnog Incoloya 800, a Incoloy 800HT dodatno sužava raspon aluminija-plus-titana - obje poboljšanja postoje posebno za povećanje puzanje-čvrstoća na pucanje za peć i proces-grijač, o čemu se govori u odjeljku 4.

Koja legura podnosi više kontinuirane radne temperature?

310S je obično ocijenjen za trajnu otpornost na oksidaciju do približno 2000 stupnjeva F (1093 stupnjeva ) i za povremenu ili blago cikličku upotrebu u sličnom rasponu, zahvaljujući visokom sadržaju kroma. Praktični limitator za 310S u peći i peći nije kamenac oksida - nego stvaranje sigma-faze. Nakon produljenog izlaganja između otprilike 1200 stupnjeva F i 1650 stupnjeva F (650–900 stupnjeva), nehrđajući čelici iz obitelji 310- mogu stvoriti krtu intermetalnu sigma fazu koja smanjuje žilavost i duktilnost na sobnoj temperaturi. Oprema koja više puta prolazi kroz ovaj temperaturni raspon, kao što su vrata peći i komponente plamenika, više je izložena ovom učinku od opreme koja neprekidno radi na vrhu temperaturnog raspona.

Incoloy 800Hi 800HT su ocijenjeni za dugotrajnu-uslugu do približno 2000 stupnjeva F (1093 stupnjeva ), uz kratka-odstupanja moguća iznad toga po cijenu ubrzanog gubitka čvrstoće i oksidacije. Budući da su legure serije 800-otopine-žarene na minimalno 2100 stupnjeva F (1149 stupnjeva ) kako bi se proizvela grublja zrnasta struktura-otpornija na puzanje, i budući da njihov viši sadržaj nikla potiskuje isti mehanizam sigma-faze koji utječe na 310S, one imaju tendenciju zadržati upotrebljivu duktilnost i žilavost u širem dijelu radnog raspona peći, uključujući ponovljene toplinske cikluse.

Koja legura nudi bolju otpornost na atmosfere oksidacije i naugljičenja?

Otpornost na oksidaciju u obje legure prvenstveno dolazi od kroma, koji stvara zaštitnu krom-oksidnu ljusku na visokoj temperaturi. 310S zapravo nosi više kroma nego Incoloy 800H (otprilike 25% naspram otprilike 21%), što je jedan od razloga zašto 310S ostaje snažan, ekonomičan u čistim oksidacijskim atmosferama kao što su zračne peći, školjke peći i hardver plamenika.

Otpornost na karburizaciju je drugačiji mehanizam i tu se dvije legure najoštrije razlikuju. Prijenos ugljika na metalnu površinu iz atmosfere -bogate ugljikom uvelike ovisi o sadržaju nikla, jer nikal ima vrlo nisku topljivost za ugljik i usporava njegovu difuziju prema unutra. Terenski podaci o 800H cijevima u uslugama prerade-ugljikohidrata pokazuju da je legura zadržala duktilnost i strukturni integritet nakon godina izlaganja, u uvjetima u kojima se nehrđajući čelici iz obitelji 310-nikla-nikla mjerljivo brže naugljičuju. Ovo je primarni razlog zbog kojeg je Incoloy 800H glavni materijal za cijevi za pirolizu etilena, komponente peći za krekiranje ugljikovodika i košare za toplinsku obradu i učvršćenja koja prolaze ponovljene cikluse naugljičavanja.

Objavljene usporedbe -stope korozije u okruženjima rafinerijskih peći ilustriraju jaz: legure Incoloy 800H/800HT izmjerene su na približno 0,15 mm/godišnje (6,0 mpy), u odnosu na približno 0,23 mm/godišnje (8,9 mpy) za nehrđajući čelik iz porodice 310 pod usporedivim uvjetima. Niža stopa korozije izravno se prevodi u duži vijek trajanja komponenti i manje neplaniranih ispada radi pregleda ili zamjene.

Kako se uspoređuju otpornost na puzanje i čvrstoća-na kidanje pri povišenoj temperaturi?

Puzanje je spora, vremenski-ovisna deformacija metala pod trajnim opterećenjem na visokoj temperaturi, a naprezanje-čvrstoća loma opisuje koliko naprezanja materijal može podnijeti prije nego što pukne nakon određenog broja radnih sati. Ovo svojstvo je važno za bilo koju komponentu peći koja je pod opterećenjem dok je vruća - radijacijska cijev pod unutarnjim tlakom, vješalica koja nosi vatrostalni materijal ili zavojnica u peći za pirolizu - za razliku od komponenti koje su jednostavno izložene toplini bez značajnog mehaničkog opterećenja, kao što je obloga prigušnice ili štit.

310S nudi umjerenu otpornost na-puzanje, odgovarajuću za malo opterećene komponente. Incoloy 800H i 800HT posebno su razvijeni za produljenje vijeka puzanja-pucanja iznad onoga što pružaju standardni nehrđajući čelici iz obitelji 800 ili 310-, putem kontroliranog sadržaja ugljika (0,05–0,10%) i grubog{17}}žarenja u otopini na minimalno 2100 stupnjeva F (1149 stupnjeva ). Incoloy 800HT još više pooštrava specifikacije za aluminij-i-titan, za primjene koje zahtijevaju najdulji praktični radni vijek pod stalnim visokotemperaturnim stresom, kao što su cijevi za peći za etilen i zavojnice za pirolizu.

Izvor: Sastavljeno iz podataka specifikacije ASTM A240/B407/B409 i objavljenih studija visoko-temperaturne korozije-i mehaničkih-svojstava za 310/310H i Incoloy 800H/800HT u rafinerijama i uslugama peći. Provjerite dopuštene dizajne u odnosu na trenutni ASME odjeljak II dio D ili primjenjivo izdanje koda prije konačne specifikacije.

Koja je razlika u cijeni i kada je premija opravdana?

Nikal je dosljedno najveći pojedinačni pokretač nadoplate za legure za oba materijala, ali Incoloy 800H/HT nosi otprilike 50 posto više nikla po težini od 310S, a niklom se obično trguje po značajnoj višestrukoj cijeni od kroma i željeza koji čine većinu sadržaja legure 310S. To čini legure serije 800-skupljom kupnjom na bazi po-funti ili po-linearnoj stopi, prije nego što se proizvodnja uopće uzme u obzir.

Okvir za odlučivanje koji proizlazi iz gornje tehničke usporedbe je jednostavan. Navedite 310S kada komponenta vidi čistu oksidirajuću atmosferu, malo mehaničko opterećenje ili bez njega i umjeren{2}}očekivani životni vijek - školjke peći, vrata, ventilatori i štitnici koji ne-nose-opterećenje uobičajeni su. Navedite Incoloy 800H ili 800HT kada je komponenta pod trajnim temperaturnim opterećenjem, izložena atmosferi za naugljičavanje ili sulfidizaciju ili kada trošak neplaniranog prekida rada radi zamjene pokvarene komponente znatno premašuje premiju troškova materijala - cijevi za zračenje, komponente-grijača procesa, zavojnice za krekiranje etilena i uređaji za-toplinsku obradu s dugi ciklusi naugljičavanja uobičajeni su.

Kako se razlikuju zahtjevi za izradu, zavarivanje i toplinsku obradu?

310S je otopina-žarena u rasponu od 1900–2100 stupnjeva F (1030–1150 stupnjeva ) nakon čega slijedi brzo hlađenje, koje vraća karbide natrag u otopinu i maksimalno povećava otpornost na koroziju. Ako je obiteljska oprema 310-produžila rad iznad 1200 stupnjeva F (650 stupnjeva ) i formirala se sigma faza, duktilnost se općenito može vratiti s istim-ciklusom žarenja otopine; ponovno žarenje nakon otprilike svakih 1000 sati rada iznad 1200 stupnjeva F često je navođen interval održavanja za opremu sklonu stvaranju sigma.

Incoloy 800H i 800HT zahtijevaju žarenje u otopini na najmanje 2100 stupnjeva F (1149 stupnjeva) - primjetno više od žarenja koje se koristi za 310S - posebno za proizvodnju grublje zrnate strukture (obično ASTM veličina zrna br. . 5 ili grublje) koja poboljšava vijek-puzanja. Obje legure mogu se zavarivati ​​standardnim plinskim volframovim lukom i procesom zaštićenog metalnog luka s odgovarajućim ili gotovo -odgovarajućim dodatnim metalom, i obje su konvencionalno hladno-formirane, iako legure serije 800 mogu pokazati karakterističnu teksturu površine ("narančina kora") nakon teškog hladnog oblikovanja zbog svoje grublje veličine zrna.

Koju biste leguru trebali navesti za uobičajene komponente peći i peći?

Izvor: Opće smjernice za odabir temeljene na dokumentiranim svojstvima legure i uobičajenoj industrijskoj praksi peći/peći. Odabir-specifične komponente treba uzeti u obzir stvarnu kemiju atmosfere, nazivni tlak, frekvenciju toplinskih ciklusa i primjenjivi kod dizajna.

Često postavljana pitanja

P: Mogu li se 310S i Incoloy 800H koristiti naizmjenično u istoj peći?

O: Ne općenito. Imaju različite stope toplinskog širenja i različito ponašanje pri puzanju, tako da njihovo miješanje u jednom zavarenom sklopu pod opterećenjem može stvoriti diferencijalno naprezanje. Tamo gdje se obje legure pojavljuju u istoj peći, obično se koriste u zasebnim, neovisno poduprtim komponentama - na primjer, 310S školjka s Incoloy 800H unutarnjim cijevima.

P: Je li Incoloy 800 isto što i Incoloy 800H ili 800HT?

O: Ne. Standardni Incoloy 800 (UNS N08800) dopušta širi raspon ugljika i nema grubo{3}}zrno, visoko-temperaturno žarenje u otopini koje daje 800H (UNS N08810) i 800HT (UNS N08811) njihovu superiornu čvrstoću puzanja-na pucanje. U trenutnim specifikacijama peći i-grijača, 800H i 800HT uvelike su zamijenili standardni 800.

P: Zahtijeva li 310S toplinsku obradu nakon -zavarivanja?

O: Nije za otpornost na koroziju u većini primjena peći, budući da je 310S nisko-ugljični stupanj s dobrom otpornošću na osjetljivost -povezanu sa zavarivanjem. Ako će oprema imati produženu uslugu u sigma-fazi-raspona oblikovanja, periodično žarenje otopinom - a ne smanjenje naprezanja - je odgovarajući korektivni tretman, a ne rutinski zahtjev nakon-zavarivanja.

P: Koje je praktično ograničenje temperature za kontinuiranu uslugu 310S?

O: Otprilike 2000 stupnjeva F (1093 stupnja) za kontinuiranu oksidacijsku uslugu, s upozorenjem da je oprema koja stalno prolazi kroz raspon od 1200–1650 stupnjeva F (650–900 stupnjeva) izložena sigma-faznoj krtosti tijekom vremena i treba je procijeniti za povremene ponovno-žarenje.

P: Zašto je sadržaj nikla toliko važan za otpornost na karburizaciju?

O: Ugljik ima vrlo nisku topljivost u niklu i difundira u njega sporije nego u željezo ili krom. Budući da Incoloy 800H sadrži otprilike 30–35% nikla naspram otprilike 19–22% za 310S, ugljik sporije prodire u njegovu površinu pod identičnim uvjetima naugljičavanja, što je glavni razlog zašto 800H nadmašuje nehrđajuće čelike iz obitelji 310 u atmosferama peći za naugljičavanje.