310S vs Incoloy 800: izbor legure otporne na toplinu-za primjenu u pećima i pećima

Uvod

Inženjeri za peći, peći i termičku{0}}preradu se rutinski suočavaju s istom odlukom o materijalu: navedite troškovno-efikasan nehrđajući čelik-otporan na toplinu ili pređite na legure nikla-gvožđa{4}}kroma napravljene za trajnu čvrstoću-temperatura.310S nerđajući čeliki Incoloy 800 (uključujući varijante 800H i 800HT) su dva najčešće uspoređivana kandidata za ovu odluku. Oba su otporna na oksidaciju na visokim temperaturama, obje se lako proizvode i zavaruju, a oba se rutinski pojavljuju u vratima peći, prigušivačima, cijevima za zračenje i uređajima za toplinsku{4}}opremu.

Njihove performanse naglo se razlikuju, međutim, kada se pojave ugljične atmosfere, trajno mehaničko opterećenje ili dugi servisni intervali. Ovaj članak uspoređuje dvije legure po sastavu, temperaturnoj sposobnosti, otpornosti na oksidaciju i karburizaciju, čvrstoći na lomljenje{1}}puzanja, zahtjevima za proizvodnju i ukupnim troškovima vlasništva, tako da inženjeri i kupci mogu uskladiti leguru s primjenom, a ne obrnuto.

Šta metalurški razlikuje 310S od Incoloy 800?

Razlika u sastavu je osnovni uzrok svake daljnje razlike u performansama o kojoj se govori u ovom članku. 310S sadrži hrom kao svoj primarni legirajući element i nikl kao sekundarni stabilizator austenita, zbog čega je klasifikovan kao nehrđajući čelik, a ne kao legura nikla. Incoloy 800 invertuje taj omjer: nikl je većina legirajućih dodataka, hrom je sekundarni, a željezo čini balans, a ne osnovni metal. Veći sadržaj nikla je ono što legurama serije 800- daje njihovu otpornost na difuziju ugljika i njihovu zadržanu čvrstoću na temperaturi - ali nikal je također skuplji ulazni materijal, zbog čega proizvodi serije Incoloy 800 nose trajnu premiju troškova u odnosu na 310S.

Izvor: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 i UNS N08810 specifikacije mlina (Incoloy 800H). Opsezi su nazivne specifikacijske granice; provjeriti u odnosu na trenutni izvještaj o ispitivanju mlina.

Dva druga detalja sastava bitna su za servis peći. Prvo, 310S je nisko-varijanta standardnog razreda 310 (koji dozvoljava do 0,25% ugljika); niži ugljenik u 310S poboljšava otpornost na senzibilizaciju i međugranularnu koroziju nakon zavarivanja. Drugo, Incoloy 800H je sama po sebi kontrolirana-ugljična, kontrolirana -veličina zrna-varijanta baze Incoloy 800, a Incoloy 800HT dodatno zateže aluminij-plus-domet titana {{15}specifičan za podizanje{15}} na nivo {refinementsep6} snaga za servis peći i procesnih{17}}grijača, o čemu se govori u Odjeljku 4.

Koja legura izdržava više stalne radne temperature?

310S je uobičajeno ocijenjen za kontinuiranu otpornost na oksidaciju do približno 2.000 stepeni F (1.093 stepena) i za povremene ili blago ciklične usluge u sličnom opsegu, zbog visokog sadržaja hroma. Praktični limitator za 310S u radu peći i peći nije oksidna skala - već formiranje sigma-faze. Nakon dužeg izlaganja između otprilike 1.200 stepeni F i 1.650 stepeni F (650–900 stepeni), nerđajući čelici 310-familije mogu formirati lomljivu intermetalnu sigma fazu koja smanjuje žilavost i duktilnost na sobnoj temperaturi. Oprema koja stalno prolazi kroz ovaj temperaturni opseg, kao što su vrata peći i komponente gorionika, više je izložena ovom efektu od opreme koja kontinuirano radi na vrhu temperaturnog raspona.

Incoloy 800Hi 800HT su ocijenjeni za dugotrajnu-službu do približno 2,000 stepeni F (1,093 stepena), sa kratkotrajnim-odstupanjima mogućim iznad toga po cijenu ubrzanog gubitka čvrstoće i oksidacije. Zato što su legure serije 800-otopina-žarena na minimalnoj temperaturi od 2.100 stepeni F (1.149 stepeni) kako bi se proizvela grublja,{15}otpornija struktura zrna na puzanje, i zato što njihov veći sadržaj nikla potiskuje isti mehanizam sigma-fazne faze koji utiče na sposobnost reduktivnosti i na nas 3 u širem dijelu radnog raspona peći, uključujući kroz ponovljene termičke cikluse.

Koja legura nudi bolju otpornost na oksidirajuće i karburizirajuće atmosfere?

Otpornost na oksidaciju u obje legure dolazi prvenstveno od hroma, koji formira zaštitnu ljusku hroma-oksida na visokoj temperaturi. 310S zapravo nosi više hroma od Incoloy 800H (otprilike 25% naspram otprilike 21%), što je jedan od razloga zašto 310S ostaje tako jaka, ekonomična oksidirajuća atmosfera kao što je kinooksidantna atmosfera. školjke i hardver gorionika.

Otpor na karburizaciju je drugačiji mehanizam i tu se dvije legure najoštrije razlikuju. Prijenos ugljika u metalnu površinu iz atmosfere bogate ugljikom-u velikoj mjeri ovisi o sadržaju nikla, jer nikl ima vrlo nisku rastvorljivost ugljika i usporava njegovu unutrašnju difuziju. Terenski podaci o cijevima 800H u servisu prerade ugljovodonika{4}} pokazuju da legura zadržava duktilnost i strukturni integritet nakon godina izlaganja, u uslovima u kojima se nerđajući čelik iz porodice nižih -nikl 310-familije nerđajućeg čelika karburizira mjerljivo brže. Ovo je primarni razlog zašto je Incoloy 800H osnovni materijal za cijevi za pirolizu etilena, komponente peći za krekiranje ugljovodonika i korpe za termičku obradu i pribor koji se ponavljaju ciklusima karburizacije.

Objavljena poređenja{0}}brzine korozije u okruženjima rafinerijskih peći ilustruju jaz: legure Incoloy 800H/800HT izmjerene su na približno 0,15 mm/godišnje (6,0 milja na godinu), u odnosu na približno 0,23 mm/godišnje (8,9 milja na dan) za 310 kompatibilne nepropusne čelike. Niža stopa korozije direktno se prevodi u duži vijek trajanja komponenti i manje neplaniranih prekida radi pregleda ili zamjene.

Kako se upoređuju snaga puzanja i naprezanja{0}}rubne snage na povišenoj temperaturi?

Puzanje je spora, vremenski{0}}zavisna deformacija metala pod stalnim opterećenjem na visokoj temperaturi, a naprezanje{1}}snaga na kidanje opisuje koliko naprezanja materijal može podnijeti prije nego što se slomi nakon određenog broja radnih sati. Ovo svojstvo je važno za bilo koju komponentu peći koja je pod opterećenjem dok je vruća - radijaciona cijev pod unutrašnjim pritiskom, vješalica koja podržava 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 ili štit.

310S nudi umjerenu otpornost{1}}puzanja, adekvatnu za slabo opterećene komponente. Incoloy 800H i 800HT su posebno razvijeni da produže vijek trajanja puzanja-puzanja iznad onoga što obezbjeđuju standardni nerđajući čelici porodice 800 ili 310-, kroz kontrolirani sadržaj ugljika (0,05–0,10%) i grubo-žarenje u otopini grubog zrna (2, 100 stepen F2, 104 stepen). Incoloy 800HT dodatno zaoštrava specifikacije aluminijuma-i-titanijuma povrh toga, za aplikacije koje zahtevaju najduži praktičan radni vek pod stalnim visokim temperaturnim stresom, kao što su cevi za peći od etilena i zavojnice za pirolizu.

Izvor: Sastavljeno iz ASTM A240/B407/B409 specifikacijskih podataka i objavljene studije visoke -temperaturne korozije{4}}stope i mehaničkih-svojstava za 310/310H i Incoloy 800H/800HT u rafinerijama i servisu peći. Pre konačne specifikacije proverite dozvoljeni dizajn u odnosu na trenutni ASME Section II Dio D ili primenljivo izdanje koda.

Koja je razlika u cijeni i kada je premija opravdana?

Nikl je konstantno najveći pojedinačni pokretač cijena legura za oba materijala, ali Incoloy 800H/HT nosi otprilike 50 posto više nikla po težini od 310S, a nikl se obično trguje u značajnoj mjeri u odnosu na hrom i željezo koji čine većinu sadržaja legure 310S. Ovo čini legure serije 800- skupljom kupovinom na bazi po-poundi ili po-linearnoj stopi, prije nego što se proizvodnja uopće uzme u obzir.

Okvir odlučivanja koji slijedi iz gornjeg tehničkog poređenja je jednostavan. Navedite 310S kada komponenta vidi čistu oksidirajuću atmosferu, lagano ili nikakvo mehaničko opterećenje i umjereno radno-očekivani vijek trajanja - školjke peći, vrata, ventilatori i -nenosivi- štitovi su uobičajeni. Navedite Incoloy 800H ili 800HT kada je komponenta pod stalnim opterećenjem na temperaturi, izložena atmosferi ugljenika ili sulfidiranja, ili kada cijena neplaniranog zaustavljanja radi zamjene neispravne komponente značajno premašuje premiju cijene materijala - zračeće cijevi, proces-komponente za grijanje i etil-kreking} uređaji sa dugim ciklusima karburizacije su uobičajeni.

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

310S je rastvor-žaren u rasponu od 1,900-2,100 stepeni F (1,030-1,150 stepeni) nakon čega slijedi brzo hlađenje, koje vraća karbide u otopinu i maksimizira otpornost na koroziju. Ako je 310-porodična oprema imala produženi rad iznad 1200 stepeni F (650 stepeni ) i formirala se sigma faza, duktilnost se generalno može vratiti istim rješenjem-ciklusom žarenja; ponovno žarenje nakon otprilike svakih 1.000 sati rada iznad 1.200 stepeni F je uobičajeni interval održavanja za opremu sklonu stvaranju sigme.

Incoloy 800H i 800HT zahtijevaju žarenje otopine na minimalno 2.100 stepeni F (1.149 stepeni ) - znatno višoj od žarenja korišćenog za 310S - posebno za proizvodnju grublje strukture zrna (obično ASTM veličina zrna No. 5 koja poboljšava životni vek 1,0}} Obje legure su zavarljive standardnim procesima sa lukom od volframa i zaštićenog metala sa odgovarajućim ili skoro{12}}podudarnim metalom za punjenje, a obje su konvencionalno hladno-formirane, iako legure serije 800 mogu pokazati karakterističnu površinsku teksturu ("narandžinu koru") nakon velike veličine zrna hladnog oblikovanja.

Koju leguru treba navesti za uobičajene komponente peći i peći?

Izvor: Opće smjernice za odabir na osnovu dokumentiranih svojstava legure i uobičajene industrijske peći/peći. Odabir{1}}specifične komponente treba uzeti u obzir stvarnu hemiju atmosfere, nazivni pritisak, frekvenciju termičkog ciklusa i primjenjivi kod dizajna.

Često postavljana pitanja

P: Da li se 310S i Incoloy 800H mogu koristiti naizmenično u istoj peći?

O: Ne općenito. Imaju različite stope termičkog 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 odvojenim, neovisno podržanim komponentama -, na primjer, školjka 310S sa unutrašnjim cijevima Incoloy 800H.

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

O: Ne. Standardni Incoloy 800 (UNS N08800) dozvoljava širi raspon ugljika i ne nosi grubo-zrnasto, visoko-žarenje u otopini koje daje 800H (UNS N08810) i 800HT (UNS N08811{9}) njihovu superiornu snagu puzanja. U trenutnim specifikacijama peći i procesnih{11}}grijača, 800H i 800HT su u velikoj mjeri zamijenili standardni 800.

P: Da li 310S zahtijeva termičku obradu nakon-zavarivanja?

O: Nije za otpornost na koroziju u većini primjena peći, budući da je 310S niske-ugljične klase sa dobrom otpornošću na osjetljivost{2}}vezanu za zavarivanje. Ako oprema ima produženi servis u opsegu sigma-faze-formiranja, periodično žarenje otopinom - ne ublažavanje naprezanja - je odgovarajući korektivni tretman, a ne rutinski zahtjev nakon-zavarivanja.

P: Koja je praktična temperaturna granica za kontinuirani 310S servis?

O: Otprilike 2.000 stepeni F (1.093 stepena) za kontinuiranu oksidaciju, uz upozorenje da je oprema koja stalno prolazi kroz opseg od 1.200–1.650 stepeni F (650–900 stepeni) izložena sigma-fazi i ponovnom krtosti{101}procjeni tokom{1} vremenskog perioda.

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

O: Ugljik ima vrlo nisku rastvorljivost u niklu i difundira u njega sporije nego u gvožđe ili hrom. Budući da Incoloy 800H nosi otprilike 30-35% nikla u odnosu na otprilike 19-22% za 310S, ugljik sporije prodire u njegovu površinu pod identičnim uvjetima karburizacije, što je glavni razlog zašto 800H nadmašuje nehrđajuće čelike iz porodice 310 u atmosferi peći za naugljičenje.