310S vs Incoloy 800: žáru{2}}výběr odolných slitin pro pece a pece

Zavedení

Inženýři pro pece, pece a tepelné-zpracování běžně čelí stejnému rozhodnutí o materiálu: určit nákladově -efektivní tepelně-odolnou nerezovou ocel nebo přejít na nikl-železo-chromovou slitinu vyrobenou pro trvalou pevnost při vysokých-teplotách.Nerezová ocel 310Sa Incoloy 800 (včetně variant 800H a 800HT) jsou dva nejčastěji porovnávaní kandidáti pro toto rozhodnutí. Oba odolávají oxidaci při vysoké teplotě, oba se snadno vyrábějí a svařují a oba se běžně objevují ve dveřích pecí, muflích, sálavých trubkách a zařízeních pro tepelné-zpracování.

Jejich výkon se prudce rozchází, jakmile však do hry vstoupí nauhličovací atmosféry, trvalé mechanické zatížení nebo dlouhé servisní intervaly. Tento článek porovnává tyto dvě slitiny z hlediska složení, teplotní schopnosti, odolnosti proti oxidaci a nauhličování, pevnosti při tečení,-mezi pevnosti, výrobních požadavků a celkových nákladů na vlastnictví, takže inženýři a kupující mohou slitinu přizpůsobit dané aplikaci, nikoli naopak.

Co odlišuje 310S od Incoloy 800 metalurgicky?

Rozdíl ve složení je hlavní příčinou každého rozdílu ve výkonu, který je popsán v tomto článku. 310S obsahuje chrom jako primární legující prvek a nikl jako sekundární stabilizátor austenitu, proto je klasifikován jako nerezová ocel spíše než slitina niklu. Incoloy 800 převrací tento poměr: nikl je hlavní legující přísada, chrom je sekundární a železo tvoří rovnováhu spíše než základní kov. Vyšší obsah niklu dodává slitinám řady 800- jejich odolnost vůči difúzi uhlíku a jejich pevnost při teplotě – ale nikl je také dražší surovina, a proto jsou produkty řady Incoloy 800 trvale dražší než 310S.

Zdroj: ASTM A240/A480 (310S); Specifikace fréz ASTM B407/B408/B409 a UNS N08810 (Incoloy 800H). Rozsahy jsou nominální specifikační limity; ověřit podle aktuální zprávy o zkoušce mlýna.

Pro obsluhu pece jsou důležité dva další detaily složení. Za prvé, 310S je nízkouhlíková varianta standardní třídy 310 (která umožňuje až 0,25 % uhlíku); nižší uhlík v 310S zlepšuje odolnost proti senzibilizaci a mezikrystalové korozi po svařování. Za druhé, Incoloy 800H je sám o sobě řízenou -uhlíkovou, řízenou-zrnitostí- variantou základního Incoloy 800 a Incoloy 800HT dále zpevňuje hliníkovou-plus{14}}titanovou řadu -, obě zdokonalení existují specificky pro zvýšení pevnosti{16}tečení{10}zpracování{16}tečení{10} služba, o které pojednává oddíl 4.

Která slitina vydrží vyšší trvalé provozní teploty?

310S je běžně hodnocen pro trvalou odolnost proti oxidaci až do přibližně 2 000 stupňů F (1 093 stupňů) a pro přerušovaný nebo mírně cyklický provoz v podobném rozsahu, díky vysokému obsahu chrómu. Praktickým omezovačem pro 310S v provozu pece a pece není oxidové okují -, ale tvorba sigma-fáze. Po delší expozici mezi zhruba 1200 stupni F a 1650 stupni F (650–900 stupňů) mohou 310-nerezové oceli rodiny tvořit křehkou intermetalickou sigma fázi, která snižuje houževnatost a tažnost při pokojové teplotě. Zařízení, která opakovaně procházejí tímto teplotním pásmem, jako jsou dvířka pece a součásti hořáku, jsou tomuto efektu vystavena více než zařízení, která nepřetržitě pracují na vrcholu teplotního rozsahu.

Incoloy 800Ha 800HT jsou určeny pro dlouhodobou-službu až do teploty přibližně 2 000 stupňů F (1 093 stupňů) s krátkodobou -výchylkou, která je možná nad tuto hodnotu za cenu zrychlené ztráty pevnosti a oxidace. Vzhledem k tomu, že slitiny řady 800-jsou žíhány-rozpouštěcím žíháním při minimální teplotě 2 100 stupňů F (1 149 stupňů), aby se vytvořila hrubší struktura zrna, odolnější vůči tečení, a protože jejich vyšší obsah niklu potlačuje stejný sigma-fázový mechanismus, který má vliv na širší rozsah použitelnosti a houževnatosti pece 310S, mají tendenci zachovat si širší rozsah použitelnosti a houževnatosti 310S. včetně opakovaných tepelných cyklů.

Která slitina nabízí lepší odolnost vůči oxidačnímu a karburačnímu prostředí?

Odolnost vůči oxidaci v obou slitinách pochází primárně z chrómu, který tvoří ochrannou vrstvu-oxidu chrómu při vysoké teplotě. 310S ve skutečnosti nese více chrómu než Incoloy 800H (zhruba 25 % oproti zhruba 21 %), což je jeden z důvodů, proč 310S zůstává silným, ekonomickým hráčem ve vzduchových hardwarových pecích, v kovářských oxidačních atmosférách, jako jsou např.

Odolnost proti nauhličování je odlišný mechanismus a zde se obě slitiny rozcházejí nejvýrazněji. Přenos uhlíku na kovový povrch z atmosféry bohaté na uhlík- silně závisí na obsahu niklu, protože nikl má velmi nízkou rozpustnost pro uhlík a zpomaluje jeho difúzi dovnitř. Terénní údaje o trubkách 800H při nauhličování uhlovodíků-ukazují, že slitina si po letech vystavení zachovává tažnost a strukturální integritu v podmínkách, kdy nerezové oceli z rodiny-niklu 310-nauhličují měřitelně rychleji. To je hlavní důvod, proč je Incoloy 800H zavedeným materiálem pro etylenové pyrolýzní trubky, součásti pecí na krakování uhlovodíků a koše a přípravky pro tepelné zpracování, které procházejí opakovanými cykly nauhličování.

Publikovaná srovnání koroze-v prostředí rafinérských pecí ilustrují mezeru: Slitiny Incoloy 800H/800HT byly naměřeny při přibližně 0,15 mm/rok (6,0 mpy), oproti přibližně 0,23 mm/rok (8,9 mpy) u nerezové oceli řady 310 za srovnatelných podmínek. Nižší rychlost koroze se přímo promítá do delší životnosti součástí a menšího počtu neplánovaných výpadků kvůli kontrole nebo výměně.

Jak se tečení a stres-porovnávají s pevností při přetržení při zvýšené teplotě?

Tečení je pomalá, na čase{0}}závislá deformace kovu při trvalém zatížení při vysoké teplotě a mezní-mez pevnosti popisuje, jak velké napětí může materiál nést, než dojde k prasknutí po daném počtu provozních hodin. Tato vlastnost je důležitá pro jakoukoli součást pece, která je za tepla zatížena - sálavou trubkou pod vnitřním tlakem, závěsem podporující žáruvzdorný materiál nebo spirálou v pyrolýzní peci -, na rozdíl od součástí, které jsou jednoduše vystaveny teplu bez významného mechanického zatížení, jako je vložka mufle nebo štít.

310S nabízí střední pevnost při tečení-, která je dostatečná pro lehce zatížené součásti. Incoloy 800H a 800HT byly speciálně vyvinuty k prodloužení životnosti při tečení nad rámec standardních nerezových ocelí řady 800 nebo 310{10}}, a to prostřednictvím řízeného obsahu uhlíku (0,05–0,10 %) a hrubozrnného rozpouštěcího žíhání při minimálním stupni F99 (14100). Incoloy 800HT navíc zpřísňuje hliníkovou-a{19}}titanovou specifikaci pro aplikace vyžadující nejdelší praktickou životnost při trvalém vysokoteplotním namáhání, jako jsou trubky etylenových pecí a pyrolýzní cívky.

Zdroj: Kompilováno z dat specifikace ASTM A240/B407/B409 a publikovaných studií vysoko-vysokoteplotní koroze-a mechanických{5}}vlastností pro 310/310H a Incoloy 800H/800HT v provozu rafinérií a pecí. Před konečnou specifikací ověřte přípustné konstrukční prvky podle aktuální části D ASME sekce II nebo příslušného vydání kódu.

Jaký je rozdíl v ceně a kdy je prémie oprávněná?

Nikl je trvale největším jediným hnacím motorem cen slitinových přirážek pro oba materiály, ale Incoloy 800H/HT nese zhruba o 50 procent více niklu než 310S a nikl se obvykle obchoduje s významným násobkem chrómu a železa, které tvoří většinu obsahu slitiny 310S. Díky tomu jsou slitiny řady 800 -dražší na nákup na-libru nebo-lineární stopu, ještě než se vůbec uvažuje o výrobě.

Rozhodovací rámec, který vyplývá z výše uvedeného technického srovnání, je přímočarý. Určete 310S, když součást zaznamená čistou oxidační atmosféru, lehké nebo žádné mechanické zatížení a střední očekávanou životnost- - pláště pecí, dvířka, ventilátory a ne-zatížené-štíty jsou běžné. Specifikujte Incoloy 800H nebo 800HT, když je součást trvale zatížena teplotou, je vystavena nauhličovací nebo sulfidizační atmosféře nebo když náklady na neplánované odstavení z důvodu výměny vadné součásti podstatně překračují cenu materiálu prémiové - sálavé trubice, procesní-součástky ohřívačů, upínače etylenu s dlouhými cykly pro praskání etylénu} běžné karburátory{1}.

Jak se liší požadavky na výrobu, svařování a tepelné zpracování?

310S je rozpouštěcí-žíhání v rozsahu 1 900–2 100 stupňů F (1 030–1 150 stupňů) s následným rychlým ochlazením, které vrací karbidy zpět do roztoku a maximalizuje odolnost proti korozi. Pokud 310-rodinné vybavení zažilo prodloužený provoz nad 1200 stupňů F (650 stupňů) a vytvořila se fáze sigma, lze tažnost obecně obnovit stejným cyklem žíhání-roztoku; opětovné žíhání po zhruba každých 1 000 hodinách provozu nad 1 200 stupňů F je běžně uváděný interval údržby pro zařízení náchylná k tvorbě sigma.

Incoloy 800H a 800HT vyžadují rozpouštěcí žíhání na minimálně 2 100 stupňů F (1 149 stupňů) - znatelně vyšší než žíhání používané pro 310S - specificky pro vytvoření hrubší struktury zrna (typicky ASTM o velikosti zrna No. 5 nebo hrubší), která zlepšuje životnost{10}. Obě slitiny jsou svařitelné standardním plynovým wolframovým obloukem a ochranným kovovým obloukem se shodným nebo téměř shodným přídavným kovem a obě jsou konvenčně tvářené za studena, ačkoli slitiny řady 800 mohou po těžkém tváření za studena vykazovat charakteristickou povrchovou strukturu („pomerančovou kůru“) díky své hrubší zrnitosti.

Jakou slitinu byste měli specifikovat pro běžné součásti pecí a pecí?

Zdroj: Obecný návod pro výběr založený na dokumentovaných vlastnostech slitiny a běžné průmyslové praxi pecí/pecí. Konkrétní-výběr součástí by měl zohledňovat chemii skutečné atmosféry, jmenovitý tlak, frekvenci tepelných cyklů a příslušný konstrukční kód.

Často kladené otázky

Otázka: Lze 310S a Incoloy 800H používat zaměnitelně ve stejné peci?

A: Obecně ne. Mají různé rychlosti tepelné roztažnosti a různé chování při tečení, takže jejich smícháním v jedné svařované sestavě pod zatížením může vzniknout rozdílné napětí. Pokud se obě slitiny objevují ve stejné peci, obvykle se používají v samostatných, nezávisle podporovaných součástech -, například v plášti 310S s vnitřním potrubím Incoloy 800H.

Otázka: Je Incoloy 800 stejný jako Incoloy 800H nebo 800HT?

Odpověď: Ne. Standardní Incoloy 800 (UNS N08800) umožňuje širší rozsah uhlíku a nenese hrubozrnné -zrno, vysoko{4}}rozpouštěcí žíhání, které dává 800H (UNS N08810) a 800HT (UNS N08811) jejich vynikající tečení{9}. V současných specifikacích pecí a procesních{11}}ohřívačů 800H a 800HT z velké části nahradily standardní 800.

Otázka: Vyžaduje 310S tepelné zpracování po-svaření?

Odpověď: Ne pro odolnost proti korozi ve většině aplikací pecí, protože 310S je nízkouhlíkový -třída s dobrou odolností vůči senzibilizaci související se svařováním-. Pokud bude mít zařízení rozšířenou službu v sigma-fázovém{5}}rozsahu tváření, je vhodnou nápravou, nikoli rutinním po-požadavkem po svařování, pravidelné rozpouštěcí žíhání -, nikoli uvolnění napětí -.

Otázka: Jaký je praktický teplotní limit pro nepřetržitý provoz 310S?

Odpověď: Přibližně 2 000 stupňů F (1 093 stupňů) pro nepřetržitý oxidační provoz, s výhradou, že zařízení, které opakovaně prochází rozsahem 1 200–1 650 stupňů F (650–900 stupňů), je v průběhu času vystaveno sigma-fázovému zkřehnutí a mělo by být pravidelně vyhodnocováno11} znovu žíhání.

Otázka: Proč je obsah niklu tak důležitý pro odolnost proti nauhličování?

Odpověď: Uhlík má velmi nízkou rozpustnost v niklu a difunduje do něj pomaleji než do železa nebo chrómu. Protože Incoloy 800H nese zhruba 30–35 % niklu oproti zhruba 19–22 % u 310S, uhlík proniká jeho povrchem pomaleji za stejných podmínek nauhličování, což je hlavní důvod, proč 800H překonává nerezové oceli řady 310 v atmosférách nauhličovacích pecí.