310S v primerjavi z Incoloy 800: Izbira-zlitine, odporne na vročino, za uporabo v peči in peči

Uvod

Inženirji za peči, peči in termično-obdelavo se redno soočajo z isto odločitvijo o materialu: določite stroškovno{1}}učinkovito toplotno-nerjavno jeklo ali stopite na nikljevo-železo-kromovo zlitino, izdelano za vzdržljivo visoko-temperaturno trdnost.Nerjaveče jeklo 310Sin Incoloy 800 (vključno z različicama 800H in 800HT) sta najpogosteje primerjana kandidata za to odločitev. Oba sta odporna proti oksidaciji pri visoki temperaturi, oba sta zlahka izdelana in varjena ter oba se rutinsko pojavljata v vratih peči, dušilcih, sevalnih ceveh in napeljavah za toplotno-obdelavo.

Njihovo delovanje pa se močno razlikuje, ko pridejo na podobo naogljičene atmosfere, trajne mehanske obremenitve ali dolgi servisni intervali. Ta članek primerja obe zlitini glede na sestavo, temperaturno zmožnost, odpornost proti oksidaciji in naogljičenju, odpornost-na pretrganje, zahteve glede izdelave in skupne stroške lastništva, tako da lahko inženirji in kupci primerjajo zlitino z aplikacijo in ne obratno.

Po čem se 310S metalurško razlikuje od Incoloya 800?

Razlika v sestavi je temeljni vzrok za vse razlike v zmogljivosti na nižji stopnji, ki so obravnavane v tem članku. 310S vsebuje krom kot primarni legirni element in nikelj kot sekundarni avstenitni stabilizator, zato je razvrščen kot nerjavno jeklo in ne kot nikljeva zlitina. Incoloy 800 obrne to razmerje: nikelj je glavni legirni dodatek, krom je sekundarni, železo pa predstavlja ravnotežje in ne osnovna kovina. Višja vsebnost niklja je tisto, kar zlitinam serije 800- daje odpornost na difuzijo ogljika in ohranja trdnost pri temperaturi – vendar je nikelj tudi dražja vhodna surovina, zato imajo izdelki serije Incoloy 800 vztrajno višje stroške nad 310S.

Vir: ASTM A240/A480 (310S); Specifikacije mlina ASTM B407/B408/B409 in UNS N08810 (Incoloy 800H). Območja so nominalne specifikacijske meje; preverite glede na trenutno poročilo o preskusu mlina.

Dve drugi podrobnosti o sestavi sta pomembni za servisiranje peči. Prvič, 310S je nizko-ogljična različica standardnega razreda 310 (ki omogoča do 0,25 % ogljika); nižja vsebnost ogljika v 310S izboljša odpornost proti preobčutljivosti in interkristalni koroziji po varjenju. Drugič, Incoloy 800H je sam po sebi nadzorovana-ogljična, nadzorovana-velikost zrn-različica osnovnega Incoloyja 800, Incoloy 800HT pa dodatno zaostruje obseg aluminija-in-titana - obe izboljšavi obstajata posebej za dvig lezenje{16}}pretrgalna trdnost za storitve peči in procesnega-grelnika, ki je obravnavana v razdelku 4.

Katera zlitina prenese višje neprekinjene delovne temperature?

310S je običajno ocenjen za stalno odpornost proti oksidaciji do približno 2.000 stopinj F (1.093 stopinj) in za občasno ali blago ciklično delovanje v podobnem obsegu, zaradi visoke vsebnosti kroma. Praktični omejevalnik za 310S pri servisiranju peči in peči ni oksidna lestvica -, temveč tvorba sigma-faze. Po dolgotrajni izpostavljenosti med približno 1200 stopinj F in 1650 stopinj F (650–900 stopinj) lahko nerjavna jekla iz družine 310- tvorijo krhko intermetalno sigma fazo, ki zmanjša žilavost in duktilnost pri sobni temperaturi. Oprema, ki večkrat kroži skozi ta temperaturni pas, kot so vrata peči in komponente gorilnika, je bolj izpostavljena temu učinku kot oprema, ki neprekinjeno deluje na vrhu temperaturnega območja.

Incoloy 800Hin 800HT sta ocenjena za dolgoročno-delovanje do približno 2000 stopinj F (1093 stopinj), pri čemer so možna kratka-odstopanja nad tem na ceno pospešene izgube trdnosti in oksidacije. Ker so zlitine serije 800-raztopljene-pri najmanj 2100 stopinjah F (1149 stopinjah), da se proizvede bolj groba zrnata struktura-odporna proti lezenju, in ker njihova višja vsebnost niklja zavira isti mehanizem sigma-faze, ki vpliva na 310S, običajno ohranijo uporabno duktilnost in žilavost v širšem delu območja delovanja peči, vključno s ponavljajočimi se toplotnimi cikli.

Katera zlitina nudi boljšo odpornost proti oksidacijskim in naogljičenim atmosferam?

Odpornost proti oksidaciji v obeh zlitinah izvira predvsem iz kroma, ki tvori zaščitno krom-oksidno lestvico pri visoki temperaturi. 310S dejansko nosi več kroma kot Incoloy 800H (približno 25 % v primerjavi s približno 21 %), kar je eden od razlogov, zakaj 310S ostaja močan in ekonomičen v čistih oksidacijskih atmosferah, kot so zračne peči, lupine peči in strojna oprema za gorilnik.

Odpornost na naogljičenje je drugačen mehanizem in tu se obe zlitini najbolj razlikujeta. Prenos ogljika na kovinsko površino iz -ogljikom bogate atmosfere je močno odvisen od vsebnosti niklja, ker je nikelj zelo slabo topen za ogljik in upočasnjuje njegovo difuzijo navznoter. Podatki s terena o ceveh 800H pri naogljičenju-predelave ogljikovodikov kažejo, da zlitina ohranja duktilnost in strukturno celovitost po letih izpostavljenosti, v pogojih, kjer se nerjavna jekla iz družine 310-nižkega-niklja naogličijo merljivo hitreje. To je glavni razlog, zakaj je Incoloy 800H prvotni material za cevi za pirolizo etilena, sestavne dele peči za krekiranje ogljikovodikov ter košare in vpenjala za toplotno obdelavo, ki so izpostavljeni ponavljajočim se ciklom naogljičenja.

Objavljene primerjave hitrosti-korozije v okoljih rafinerijskih peči ponazarjajo vrzel: zlitine Incoloy 800H/800HT so bile izmerjene pri približno 0,15 mm/leto (6,0 mpy) v primerjavi s približno 0,23 mm/leto (8,9 mpy) za nerjavno jeklo iz družine 310 pod primerljivimi pogoji. Nižja stopnja korozije neposredno pomeni daljšo življenjsko dobo komponent in manj nenačrtovanih izpadov zaradi pregledov ali zamenjav.

Kakšna je primerjava med lezenjem in napetostjo-pretrganje pri povišani temperaturi?

Lezenje je počasna, od časa-odvisna deformacija kovine pod dolgotrajno obremenitvijo pri visoki temperaturi, napetost-porušitvena trdnost pa opisuje, koliko obremenitev lahko prenese material, preden se po določenem številu delovnih ur zlomi. Ta lastnost je pomembna za katero koli komponento peči, ki je obremenjena, medtem ko je vroča - sevalna cev pod notranjim tlakom, obešalo, ki podpira ognjevzdržni material, ali tuljava v peči za pirolizo -, za razliko od komponent, ki so preprosto izpostavljene vročini brez znatnih mehanskih obremenitev, kot je obloga dušilca ​​ali ščit.

310S ponuja zmerno trdnost-zdrsljivosti, primerno za rahlo obremenjene komponente. Incoloy 800H in 800HT sta bila posebej razvita za podaljšanje življenjske dobe ob lezenju-pretrganja nad tisto, kar zagotavljajo standardna nerjavna jekla družine 800 ali 310-z nadzorovano vsebnostjo ogljika (0,05–0,10 %) in grobo{17}}žarjenjem v raztopini pri najmanj 2100 stopinjah F (1149 stopinjah). Incoloy 800HT dodatno zaostruje specifikacije za-aluminij in-titan za aplikacije, ki zahtevajo najdaljšo praktično življenjsko dobo pod dolgotrajnimi visokotemperaturnimi obremenitvami, kot so cevi za peč na etilenu in tuljave za pirolizo.

Vir: Sestavljeno iz podatkov o specifikacijah ASTM A240/B407/B409 in objavljenih študij visoko{3}}temperaturne-stopnje korozije in mehanskih-lastnosti za 310/310H in Incoloy 800H/800HT v rafinerijah in pečeh. Pred končno specifikacijo preverite dovoljene zasnove glede na trenutni del D oddelka II ASME ali veljavno izdajo kode.

Kakšna je razlika v stroških in kdaj je premija upravičena?

Nikelj je dosledno največje posamezno gonilo dodatnih cen zlitin za oba materiala, vendar ima Incoloy 800H/HT približno 50 odstotkov več niklja glede na težo kot 310S, nikelj pa se običajno trguje s precejšnjim večkratnikom kroma in železa, ki sestavljata večino vsebnosti zlitine 310S. Zaradi tega so zlitine serije 800-dražji nakup na-funt ali na-linearni čevelj, še preden pride do izdelave.

Okvir odločitve, ki izhaja iz zgornje tehnične primerjave, je preprost. Določite 310S, ko komponenta vidi čisto oksidacijsko atmosfero, majhno mehansko obremenitev ali brez nje in zmerno{2}}pričakovano življenjsko dobo - običajno ustrezajo lupine peči, vrata, ventilatorji in ne-obremenitve-ščiti. Navedite Incoloy 800H ali 800HT, ko je komponenta pod trajno obremenitvijo pri temperaturi, izpostavljena atmosferi za naogljičenje ali sulfidizacijo ali ko stroški nenačrtovane zaustavitve zaradi zamenjave pokvarjene komponente znatno presegajo premijo za materialne stroške - sevalne cevi, procesne-grelne komponente, tuljave za krekiranje etilena in-naprave za toplotno obdelavo z dolgi cikli naogljičenja so pogosti primeri.

Kako se razlikujejo zahteve glede izdelave, varjenja in toplotne obdelave?

310S je raztopina-žarjena v območju 1900–2100 stopinj F (1030–1150 stopinj), čemur sledi hitro ohlajanje, kar karbide vrne v raztopino in poveča odpornost proti koroziji. Če je družinska oprema 310-dlje delovala nad 1200 stopinj F (650 stopinj) in se je oblikovala sigma faza, je mogoče duktilnost na splošno obnoviti z enakim ciklom žarjenja raztopine-; ponovno žarjenje po približno vsakih 1000 urah delovanja nad 1200 stopinj F je pogosto naveden vzdrževalni interval za opremo, ki je nagnjena k nastanku sigme.

Incoloy 800H in 800HT zahtevata žarjenje v raztopini pri najmanj 2100 stopinjah F (1149 stopinjah) -, kar je opazno višje od žarjenja, ki se uporablja za 310S -, posebej za proizvodnjo bolj grobe zrnate strukture (običajno velikosti zrn ASTM št. 5 ali grobejše), ki izboljša življenjsko dobo-pretrganja. Obe zlitini je mogoče variti s standardnim plinskim volframovim oblokom in procesom zaščitenega kovinskega obloka z ujemajočim se ali skoraj -ujemajočim se dodajnim materialom in obe sta običajno hladno-oblikovani, čeprav lahko zlitine serije 800 pokažejo značilno površinsko teksturo (»pomarančna lupina«) po težkem hladnem oblikovanju zaradi njihove grobejše velikosti zrn.

Katero zlitino bi morali določiti za običajne komponente peči in peči?

Vir: Splošna navodila za izbiro, ki temeljijo na dokumentiranih lastnostih zlitin in običajni praksi v industrijskih pečeh/pečeh. Pri izbiri-posebne komponente je treba upoštevati dejansko kemijo atmosfere, nazivni tlak, frekvenco toplotnega cikla in veljavno konstrukcijsko kodo.

Pogosto zastavljena vprašanja

V: Ali se lahko 310S in Incoloy 800H uporabljata izmenično v isti peči?

O: Na splošno ne. Imajo različne stopnje toplotnega raztezanja in različno obnašanje pri lezenju, zato lahko njihovo mešanje v enem samem varjenem sestavu pod obremenitvijo povzroči diferencialno napetost. Kadar se obe zlitini pojavita v isti peči, se običajno uporabljata v ločenih, neodvisno podprtih komponentah - na primer lupina 310S z notranjo cevjo Incoloy 800H.

V: Ali je Incoloy 800 enak Incoloy 800H ali 800HT?

O: Ne. Standardni Incoloy 800 (UNS N08800) omogoča širši razpon ogljika in ne vsebuje grobo{3}}zrnatega žarjenja pri visoki-temperaturi, ki daje 800H (UNS N08810) in 800HT (UNS N08811) njuno vrhunsko odpornost-na zlom. V trenutnih specifikacijah peči in procesnih{11}}grelnikov sta 800H in 800HT v veliki meri nadomestila standard 800.

V: Ali 310S zahteva -toplotno obdelavo po varjenju?

O: Ni za odpornost proti koroziji v večini aplikacij v pečeh, saj je 310S nizko-razred ogljika z dobro odpornostjo na preobčutljivost-povezano z varjenjem. Če bo oprema deležna podaljšane uporabe v sigma-faznem-območju oblikovanja, je periodično žarjenje v raztopini - in ne razbremenitev - ustrezna korekcijska obdelava, ne pa rutinska zahteva po-varjenju.

V: Kakšna je praktična mejna temperatura za neprekinjeno storitev 310S?

O: Približno 2.000 stopinj F (1.093 stopinj) za neprekinjeno oksidacijo, z opozorilom, da je oprema, ki ciklično kroži skozi območje 1.200–1.650 stopinj F (650–900 stopinj), skozi čas izpostavljena krhkosti v sigma-fazi in jo je treba oceniti za občasne ponovno-žarjenje.

V: Zakaj je vsebnost niklja tako pomembna za odpornost na karburizacijo?

O: Ogljik je zelo slabo topen v niklju in vanj difundira počasneje kot v železo ali krom. Ker Incoloy 800H nosi približno 30–35 % niklja v primerjavi s približno 19–22 % pri 310S, ogljik prodira na njegovo površino počasneje pod enakimi pogoji naogljičenja, kar je glavni razlog, da 800H prekaša nerjavna jekla iz družine 310 v atmosferah peči za naogljičenje.