310S ve Incoloy 800 Karşılaştırması: Fırın ve Fırın Uygulamaları için Isıya-Dirençli Alaşım Seçimi

giriiş

Fırın, fırın ve termal-işleme mühendisleri rutin olarak aynı maddi kararla karşı karşıyadır: Uygun maliyetli, ısıya{{2}dirençli bir paslanmaz çelik seçin veya sürekli yüksek sıcaklık dayanımı için üretilmiş nikel-demir{-krom alaşımına geçin.310S paslanmaz çelikve Incoloy 800 (800H ve 800HT varyantları dahil) bu karar için en sık karşılaştırılan iki adaydır. Her ikisi de yüksek sıcaklıkta oksidasyona karşı dirençlidir, her ikisi de kolaylıkla üretilebilir ve kaynak yapılabilir ve her ikisi de fırın kapılarında, muflalarda, radyant tüplerde ve ısıl-bağlantı elemanlarında rutin olarak bulunur.

Ancak karbürleme atmosferleri, sürekli mekanik yük veya uzun servis aralıkları devreye girdiğinde performansları keskin bir şekilde farklılık gösterir. Bu makale, iki alaşımı bileşim, sıcaklık kapasitesi, oksidasyon ve karbürizasyon direnci, sürünme-kopma mukavemeti, imalat gereksinimleri ve toplam sahip olma maliyeti açısından karşılaştırmaktadır; böylece mühendisler ve alıcılar, alaşımı uygulamayla eşleştirebilirler.

310S'yi Incoloy 800'den Metalürjik Olarak Ayıran Nedir?

Bileşim farkı, bu makalede tartışılan tüm aşağı akış performans farklılıklarının temel nedenidir. 310S, birincil alaşım elementi olarak kromu ve ikincil ostenit stabilizatörü olarak nikeli taşır; bu nedenle nikel alaşımı yerine paslanmaz çelik olarak sınıflandırılır. Incoloy 800 bu oranı tersine çevirir: nikel çoğunluk alaşım ilavesidir, krom ikincildir ve demir ana metal olmaktan ziyade dengeyi oluşturur. Daha yüksek nikel içeriği, 800-serisi alaşımlara karbon difüzyonuna karşı dirençlerini ve sıcaklıktaki dayanıklılıklarını veren şeydir - ancak nikel aynı zamanda daha pahalı hammadde girdisidir, bu nedenle Incoloy 800 serisi ürünler 310S'ye göre kalıcı bir maliyet primi taşır.

Kaynak: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 ve UNS N08810 değirmen spesifikasyonları (Incoloy 800H). Aralıklar nominal spesifikasyon sınırlarıdır; mevcut değirmen test raporuna göre doğrulayın.

Fırın servisi için diğer iki bileşim detayı önemlidir. Birincisi, 310S, standart kalite 310'un düşük-karbonlu bir çeşididir (%0,25'e kadar karbona izin verir); 310S'deki düşük karbon, kaynak sonrası hassaslaşmaya ve taneler arası korozyona karşı direnci artırır. İkincisi, Incoloy 800H'nin kendisi, temel Incoloy 800'ün kontrollü-karbon, kontrollü-tane-boyutlu bir çeşididir ve Incoloy 800HT, alüminyum-artı-titanyum aralığını daha da sıkılaştırır - her iki iyileştirme de özellikle fırın ve proses-ısıtıcı hizmeti için sürünme-kopma mukavemetini artırmak için mevcuttur; Bölüm 4'te tartışılmıştır.

Hangi Alaşım Daha Yüksek Sürekli Çalışma Sıcaklıklarına Dayanır?

310S, yüksek krom içeriği nedeniyle genellikle yaklaşık 2.000 derece F'ye (1.093 derece) kadar sürekli oksidasyon direnci ve benzer bir aralıkta aralıklı veya hafif döngüsel hizmet için derecelendirilir. Fırın ve fırın hizmetlerinde 310S için pratik sınırlayıcı oksit tortusu - değil, sigma-faz oluşumudur. 310-ailesi paslanmaz çelikler, kabaca 1.200 derece F ile 1.650 derece F (650-900 derece) arasında uzun süre maruz kaldıktan sonra oda sıcaklığındaki dayanıklılığı ve sünekliği azaltan kırılgan bir metaller arası sigma fazı oluşturabilir. Fırın kapakları ve brülör bileşenleri gibi bu sıcaklık bandında tekrar tekrar dolaşan ekipmanlar, sürekli olarak sıcaklık aralığının üst kısmında çalışan ekipmanlara göre bu etkiye daha fazla maruz kalır.

Incoloy 800Hve 800HT, yaklaşık 2.000 derece F'ye (1.093 derece) kadar-uzun vadeli hizmet için derecelendirilmiştir; bunun üzerinde kısa süreli sapmalar, daha hızlı güç kaybı ve oksidasyon pahasına mümkündür. 800-serisi alaşımlar, daha kaba, daha fazla sürünmeye karşı dirençli bir tane yapısı oluşturmak için minimum 2.100 derece F'de (1.149 derece) çözeltide-tavlanmış olduğundan ve daha yüksek nikel içerikleri 310S'yi etkileyen aynı sigma fazı mekanizmasını baskıladığından, tekrarlanan termal işlemler de dahil olmak üzere fırın çalışma aralığının daha geniş bir bölümünde kullanılabilir sünekliği ve tokluğu koruma eğilimindedirler. bisiklet sürmek.

Hangi Alaşım Oksitleyici ve Karbonlaştırıcı Atmosferlere Daha İyi Direnç Sağlar?

Her iki alaşımdaki oksidasyon direnci temel olarak yüksek sıcaklıkta koruyucu bir krom-oksit ölçeği oluşturan kromdan gelir. 310S aslında Incoloy 800H'den daha fazla krom taşır (yaklaşık %25'e karşılık yaklaşık %21), bu da 310S'nin hava fırınları, fırın kabukları ve brülör donanımı gibi temiz oksitleyici atmosferlerde güçlü ve ekonomik bir performans sergilemesinin bir nedenidir.

Karbürizasyon direnci farklı bir mekanizmadır ve iki alaşımın en keskin şekilde ayrıldığı nokta burasıdır. Karbon-zengin bir atmosferden metal yüzeye karbon transferi büyük ölçüde nikel içeriğine bağlıdır, çünkü nikelin karbon için çözünürlüğü çok düşüktür ve içeriye doğru difüzyonunu yavaşlatır. Karbonlama hidrokarbon-işleme hizmetindeki 800H borulara ilişkin saha verileri, düşük-nikel 310-ailesi paslanmaz çeliklerin ölçülebilir derecede daha hızlı karbürlendiği koşullarda, alaşımın yıllar süren maruziyetten sonra sünekliğini ve yapısal bütünlüğünü koruduğunu göstermektedir. Incoloy 800H'nin etilen piroliz tüpleri, hidrokarbon parçalama fırını bileşenleri ve tekrarlanan karbürleme döngülerine maruz kalan ısıl işlem sepetleri ve demirbaşları için gerekli malzeme olmasının başlıca nedeni budur.

Rafineri fırını ortamlarında yayınlanmış korozyon-hızı karşılaştırmaları boşluğu göstermektedir: Incoloy 800H/800HT alaşımları karşılaştırılabilir koşullar altında yaklaşık 0,15 mm/yıl (6,0 mpy) olarak ölçülürken, 310 ailesi paslanmaz çelik için yaklaşık 0,23 mm/yıl (8,9 mpy) ölçülmüştür. Daha düşük korozyon oranı, doğrudan daha uzun bileşen ömrüne ve inceleme veya değiştirme için daha az plansız kesintiye yol açar.

Yüksek Sıcaklıkta Sürünme ve Gerilim-Kopma Dayanımı Nasıl Karşılaştırılır?

Sürünme, metalin yüksek sıcaklıkta sürekli yük altında yavaş, zamana bağlı deformasyonudur ve gerilim-kopma mukavemeti, bir malzemenin belirli sayıda hizmet saatinden sonra kırılmadan önce ne kadar gerilim taşıyabileceğini tanımlar. Bu özellik, sıcakken yük altında olan herhangi bir fırın bileşeni (- iç basınç altında bir radyant tüp, refrakteri destekleyen bir askı veya bir piroliz fırınındaki bir bobin - için önemlidir; mufla astarı veya kalkan gibi önemli bir mekanik yük olmadan basitçe ısıya maruz kalan bileşenlerden farklıdır.

310S, hafif yüklü bileşenler için yeterli olan orta düzeyde sürünme-kopma mukavemeti sunar. Incoloy 800H ve 800HT, kontrollü karbon içeriği (%0,05–0,10) ve minimum 2.100 derece F'de (1.149 derece) kaba-tanecikli çözelti tavlaması yoluyla, sürünme-kırılma ömrünü standart 800 veya 310{10}}ailesi paslanmaz çeliklerin sağladığının ötesine uzatmak için özel olarak geliştirildi. Incoloy 800HT, etilen fırın boruları ve piroliz bobinleri gibi sürekli yüksek sıcaklık gerilimi altında en uzun pratik hizmet ömrünü gerektiren uygulamalar için alüminyum-ve-titanyum özelliklerini daha da sıkılaştırır.

Kaynak: ASTM A240/B407/B409 spesifikasyon verilerinden derlenmiş ve rafineri ve fırın hizmetlerinde 310/310H ve Incoloy 800H/800HT için yayınlanmış yüksek-sıcaklık korozyonu-oranı ve mekanik-özellik çalışmaları. Nihai spesifikasyondan önce, mevcut ASME Bölüm II Kısım D'ye veya ilgili kod basımına göre tasarım izinlerini doğrulayın.

Maliyet Farkı Nedir ve Prim Ne Zaman Haklı?

Nikel, her iki malzeme için de sürekli olarak alaşım ek ücreti fiyatlandırmasının en büyük tek etkenidir, ancak Incoloy 800H/HT, ağırlıkça 310S'den yaklaşık yüzde 50 daha fazla nikel taşır ve nikel, genellikle 310S'in alaşım içeriğinin çoğunu oluşturan krom ve demirin önemli bir katında işlem görür. Bu, 800-serisi alaşımları, fabrikasyon bile düşünülmeden önce,-pound başına veya-doğrusal ayak başına bazda daha pahalı satın alma haline getirir.

Yukarıdaki teknik karşılaştırmadan çıkan karar çerçevesi basittir. Bileşen temiz bir oksitleyici atmosfer, hafif veya hiç mekanik yük görmediğinde ve ortalama servis-ömrü beklentisi - fırın kabukları, kapılar, fanlar ve-yük-olmayan kalkanlar yaygın olarak görülen uyumlardan olduğunda 310S'yi belirtin. Bileşen sıcaklıkta sürekli yük altında olduğunda, karbonlama veya sülfitleme atmosferine maruz kaldığında veya arızalı bir bileşeni değiştirmek için planlanmamış bir kapatmanın maliyeti, malzeme maliyet primini önemli ölçüde aştığında Incoloy 800H veya 800HT'yi belirtin - radyant tüpler, proses-ısıtıcı bileşenler, etilen parçalama bobinleri ve uzun karbürleme döngülerine sahip ısıl işlem fikstürleri yaygın olarak tercih edilir.

İmalat, Kaynak ve Isıl İşlem Gereksinimleri Nasıl Farklılaşır?

310S, 1.900–2.100 derece F (1.030–1.150 derece) aralığında solüsyonda-tavlanır ve ardından karbürleri tekrar solüsyona sokan ve korozyon direncini en üst düzeye çıkaran hızlı soğutmaya tabi tutulur. 310-aile ekipmanı 1.200 derece F (650 derece) üzerinde uzun süreli hizmet görmüşse ve sigma aşaması oluşmuşsa, süneklik genellikle aynı çözelti tavlama döngüsüyle geri kazanılabilir; 1.200 derece F'nin üzerinde kabaca her 1.000 saatlik servisten sonra yeniden tavlama, sigma oluşumuna yatkın ekipmanlar için yaygın olarak belirtilen bir bakım aralığıdır.

Incoloy 800H ve 800HT, özellikle sürünme kopma ömrünü artıran daha kaba bir tane yapısı (tipik olarak ASTM tane boyutu No. 5 veya daha kaba) üretmek için 310S - için kullanılan tavlamadan belirgin şekilde daha yüksek bir minimum 2.100 F (1.149 derece) - sıcaklıkta bir çözelti tavlaması gerektirir. Her iki alaşım da standart gaz tungsten arkı ve eşleşen veya yakın eşleşen dolgu metali ile korumalı metal ark işlemleriyle kaynaklanabilir ve her ikisi de geleneksel olarak soğuk-oluşturulur, ancak 800 serisi alaşımlar, daha iri tane boyutları nedeniyle ağır soğuk şekillendirme sonrasında karakteristik bir yüzey dokusu ("portakal kabuğu") sergileyebilir.

Yaygın Fırın ve Fırın Bileşenleri İçin Hangi Alaşımı Belirtmelisiniz?

Kaynak: Belgelenmiş alaşım özelliklerine ve yaygın endüstriyel fırın/fırın uygulamalarına dayanan genel seçim kılavuzu. Bileşene özel-seçim, gerçek atmosfer kimyasını, basınç değerini, termal çevrim sıklığını ve geçerli tasarım kodunu hesaba katmalıdır.

Sıkça Sorulan Sorular

S: 310S ve Incoloy 800H aynı fırında birbirinin yerine kullanılabilir mi?

C: Genelde değil. Farklı termal genleşme oranlarına ve farklı sürünme davranışlarına sahiptirler, dolayısıyla bunları yük altında tek bir kaynaklı düzenekte karıştırmak farklı gerilim yaratabilir. Her iki alaşımın da aynı fırında göründüğü durumlarda, bunlar genellikle ayrı, bağımsız olarak desteklenen bileşenlerde ({2}}, örneğin Incoloy 800H dahili boruya sahip bir 310S kabukta kullanılır.

S: Incoloy 800, Incoloy 800H veya 800HT ile aynı mıdır?

C: Hayır. Standart Incoloy 800 (UNS N08800) daha geniş bir karbon aralığına izin verir ve 800H (UNS N08810) ve 800HT'ye (UNS N08811) üstün sürünme-kırılma mukavemetini veren kaba-tanecikli, yüksek-sıcaklıktaki çözelti tavını taşımaz. Mevcut fırın ve proses ısıtıcısı spesifikasyonlarında, 800H ve 800HT büyük ölçüde standart 800'ün yerini almıştır.

S: 310S kaynak-sonrası ısıl işlem gerektirir mi?

C: 310S, kaynakla ilgili hassasiyete karşı iyi dirence sahip düşük-karbonlu bir kalite olduğundan, çoğu fırın uygulamasında korozyon direnci için değildir. Ekipman, sigma-aşama-oluşturma aralığında uzatılmış hizmet görecekse, periyodik bir çözelti tavlaması - gerilim giderme - değil, rutin bir kaynak- sonrası gereklilik değil, uygun düzeltici işlemdir.

S: Sürekli 310S hizmeti için pratik sıcaklık sınırı nedir?

C: Sürekli oksitleme hizmeti için yaklaşık 2.000 derece F (1.093 derece), ancak 1.200–1.650 derece F (650–900 derece) aralığında döngü yapan ekipmanın zaman içinde tekrar tekrar sigma-fazı gevrekleşmesine maruz kaldığı ve periyodik yeniden{11}}tavlama için değerlendirilmesi gerektiği uyarısında bulunulur.

S: Karbürizasyon direnci açısından nikel içeriği neden bu kadar önemli?

C: Karbonun nikel içinde çözünürlüğü çok düşüktür ve demir veya kroma göre daha yavaş difüze olur. Incoloy 800H, 310S için yaklaşık %19-22'ye karşılık kabaca %30-35 nikel taşıdığından, karbon, aynı karbürleme koşulları altında yüzeyine daha yavaş nüfuz eder; bu, 800H'nin, karbürleme fırını atmosferlerinde 310 ailesi paslanmaz çeliklerden daha iyi performans göstermesinin ana nedenidir.