310S vs Incoloy 800: karščiui{2}}atsparių lydinių pasirinkimas krosnims ir krosnims

Įvadas

Krosnių, krosnių ir šiluminio{0}}apdirbimo inžinieriai reguliariai susiduria su tuo pačiu sprendimu dėl medžiagų: nurodykite ekonomišką-šilumai-atsparų nerūdijantį plieną arba pereikite prie nikelio-geležies-chromo lydinio, sukurto taip, kad būtų atsparus aukštai{5}}temperatūrai.310S nerūdijantis plienasir Incoloy 800 (įskaitant 800H ir 800HT variantus) yra du dažniausiai lyginami šio sprendimo kandidatai. Abu yra atsparūs oksidacijai aukštoje temperatūroje, abu yra lengvai pagaminami ir suvirinami, ir abu yra įprastai naudojami krosnių durelėse, mufeliuose, spinduliavimo vamzdeliuose ir termiškai -apdorojamuose įrenginiuose.

Tačiau jų veikimas smarkiai skiriasi, kai atsiranda angliavandenių atmosfera, nuolatinė mechaninė apkrova arba ilgi techninės priežiūros intervalai. Šiame straipsnyje palyginami du lydiniai pagal sudėtį, atsparumą temperatūrai, atsparumą oksidacijai ir karbiuracijai, atsparumą trūkimui, gamybos reikalavimus ir visas nuosavybės išlaidas, kad inžinieriai ir pirkėjai galėtų pritaikyti lydinį pagal paskirtį, o ne atvirkščiai.

Kuo metalurgiškai 310S skiriasi nuo Incoloy 800?

Sudėties skirtumai yra pagrindinė visų šiame straipsnyje aptartų našumo skirtumų priežastis. 310S kaip pagrindinis legiravimo elementas yra chromas, o antrinis austenito stabilizatorius – nikelis, todėl jis klasifikuojamas kaip nerūdijantis plienas, o ne kaip nikelio lydinys. „Incoloy 800“ apverčia šį santykį: nikelis yra daugiausiai legiruojančių priedų, chromas yra antrinis, o geležis sudaro pusiausvyrą, o ne yra pagrindinis metalas. Didesnis nikelio kiekis suteikia 800 -serijos lydiniams atsparumą anglies difuzijai ir išlaikomą stiprumą esant temperatūrai, tačiau nikelis taip pat yra brangesnė žaliava, todėl Incoloy 800 serijos gaminių kaina yra nuolat didesnė nei 310S.

Šaltinis: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 ir UNS N08810 malūno specifikacijos (Incoloy 800H). Diapazonas yra vardinės specifikacijos ribos; patikrinti pagal esamą gamyklos bandymo ataskaitą.

Krosnies aptarnavimui svarbios dar dvi sudėties detalės. Pirma, 310S yra mažai anglies išskiriantis standartinės 310 klasės variantas (kuris leidžia naudoti iki 0,25 % anglies); 310S mažesnis anglies kiekis pagerina atsparumą sensibilizacijai ir tarpkristalinei korozijai po suvirinimo. Antra, „Incoloy 800H“ pats yra kontroliuojamas-anglies, kontroliuojamo-grūdelių-dydžio „Incoloy 800“ pagrindo variantas, o „Incoloy 800HT“ dar labiau sugriežtina aliuminio-plius-titano asortimentą, - tiek patobulinimai, tiek įtrūkimai yra skirti{1}stiprumui padidinti. proceso-šildytuvo paslauga, kuri aptariama 4 skyriuje.

Kuris lydinys atlaiko aukštesnę nuolatinio veikimo temperatūrą?

Dėl didelio chromo kiekio 310S paprastai vertinamas kaip atsparus nepertraukiamai oksidacijai iki maždaug 2 000 laipsnių F (1 093 laipsnių) ir pertraukiamam arba šiek tiek cikliniam veikimui panašiame diapazone. Praktinis 310S ribotuvas krosnių ir krosnių eksploatacijoje yra ne oksido skalė -, o sigma-fazės susidarymas. Ilgai veikiant maždaug nuo 1 200 F iki 1 650 F (650–900 laipsnių), 310-šeimos nerūdijantis plienas gali sudaryti trapią intermetalinę sigmos fazę, kuri sumažina atsparumą kambario temperatūrai ir lankstumą. Įranga, kuri kartojasi per šią temperatūros juostą, pvz., krosnių durelės ir degiklio komponentai, yra labiau veikiama šio poveikio nei įranga, kuri nuolat veikia viršutiniame temperatūros diapazone.

Incoloy 800Hir 800HT yra skirti ilgalaikiam -tarnavimui iki maždaug 2 000 ° F (1 093 ° F), o trumpos- trukmės kelionės galimos ilgesnės už pagreitintą stiprumo praradimą ir oksidaciją. Kadangi 800 -serijos lydiniai yra tirpalo-atkaitinami mažiausiai 2 100 ° F (1 149 ° F) temperatūroje, kad būtų gauta šiurkštesnė, atsparesnė šliaužimui kietumas platesnėje krosnies veikimo diapazono dalyje, įskaitant pakartotinį terminį ciklą.

Kuris lydinys yra geriau atsparus oksiduojančiai ir angliavandenių atmosferai?

Atsparumas oksidacijai abiejuose lydiniuose pirmiausia atsiranda dėl chromo, kuris sudaro apsaugines chromo -oksido nuosėdas aukštoje temperatūroje. 310S iš tikrųjų perneša daugiau chromo nei Incoloy 800H (maždaug 25 %, palyginti su apytiksliai 21 %), o tai yra viena iš priežasčių, kodėl 310S išlieka stipri, ekonomiška atmosfera tokioje švaresnėje ir švelnesnėje atmosferoje. aparatūra.

Atsparumas karbiuracijai yra skirtingas mechanizmas, todėl du lydiniai labiausiai skiriasi. Anglies pernešimas į metalo paviršių iš atmosferos, kurioje gausu anglies, labai priklauso nuo nikelio kiekio, nes nikelis labai mažai tirpsta anglies ir sulėtina jo vidinę difuziją. Lauko duomenys apie 800H vamzdelius angliavandenilių-apdirbimo paslaugoje rodo, kad lydinys išlaiko lankstumą ir struktūrinį vientisumą po daugelio metų veikimo, kai žemesnės -nikelio 310-šeimos nerūdijantis plienas angliavandeniliai karbonizuojasi žymiai greičiau. Tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios „Incoloy 800H“ yra etileno pirolizės vamzdžių, angliavandenilių krekingo krosnies komponentų ir termiškai apdorojamų krepšelių bei tvirtinimo detalių, kuriose matomi pasikartojantys karbiuravimo ciklai, medžiaga.

Paskelbti korozijos -greičio palyginimai naftos perdirbimo krosnių aplinkoje iliustruoja skirtumą: „Incoloy 800H/800HT“ lydiniai buvo išmatuoti maždaug 0,15 mm per metus (6,0 mpy), palyginti su apytiksliai 0,23 mm per metus (8,9 mpy) esant 310 atsparaus plieno sąlygoms. Mažesnis korozijos greitis tiesiogiai reiškia ilgesnį komponentų tarnavimo laiką ir mažiau neplanuotų patikrinimų ar keitimo gedimų.

Kaip šliaužimo ir streso{0}}plyšimo stiprumas lyginamas aukštesnėje temperatūroje?

Valkšnumas yra lėta, nuo laiko{0}}priklausanti metalo deformacija esant nuolatinei apkrovai esant aukštai temperatūrai, o įtempių-plyšimo stiprumas apibūdina, kokį įtempį gali išlaikyti medžiaga, kol ji suskils po tam tikro eksploatavimo valandų skaičiaus. Ši savybė svarbi bet kokiam krosnies komponentui, kuris yra apkraunamas, kol karštas - spinduliavimo vamzdis, veikiamas vidinio slėgio, pakabos, laikančios ugniai atsparios medžiagos, arba spiralės pirolizės krosnyje -, nes ji skiriasi nuo komponentų, kuriuos tiesiog veikia šiluma be didelės mechaninės apkrovos, pvz., duslintuvo įdėklas ar skydas.

310S pasižymi vidutiniu atsparumu šliaužti{1}}, tinkamas mažai apkrautiems komponentams. „Incoloy 800H“ ir 800HT buvo specialiai sukurti siekiant pailginti valkšnumo -plyšimo trukmę ilgiau, nei užtikrina standartinis 800 arba 310-šeimos nerūdijantis plienas dėl kontroliuojamo anglies kiekio (0,05–0,10 %) ir stambaus grūdėtumo tirpalo atkaitinimo ne mažiau kaip 1, 10 F 2 laipsniu. Be to, „Incoloy 800HT“ dar labiau sugriežtina aliuminio-ir-titano specifikacijas, kad būtų galima naudoti ilgiausią praktinį tarnavimo laiką esant nuolatiniam aukštos temperatūros įtempimui, pvz., etileno krosnies vamzdžiams ir pirolizės ritėms.

Šaltinis: sudaryta iš ASTM A240/B407/B409 specifikacijos duomenų ir paskelbti 310/310H ir Incoloy 800H/800HT aukštos -temperatūros korozijos-greičio ir mechaninių{5} savybių tyrimai naftos perdirbimo gamyklose ir krosnyse. Prieš nustatydami galutinę specifikaciją, patikrinkite dizaino leistinus reikalavimus pagal dabartinę ASME II skyriaus D dalį arba taikomą kodo leidimą.

Koks yra išlaidų skirtumas ir kada priemoka yra pagrįsta?

Nikelis nuolat yra didžiausias lydinio priemokų kainų veiksnys abiem medžiagoms, tačiau Incoloy 800H/HT pagal svorį turi maždaug 50 procentų daugiau nikelio nei 310S, o nikelis paprastai prekiauja daugybe chromo ir geležies, kurie sudaro didžiąją dalį 310S lydinio. Dėl to 800 -serijos lydiniai yra brangesnis pirkinys už -svarą arba už-tiesinę pėdą, net nesvarstant jų pagaminimo.

Iš aukščiau pateikto techninio palyginimo išplaukianti sprendimų sistema yra nesudėtinga. Nurodykite 310S, kai komponentas mato švarią oksiduojančią atmosferą, nedidelę mechaninę apkrovą arba jos nėra, ir vidutinė eksploatavimo -tarnavimo trukmė - krosnies korpusai, durys, ventiliatoriai ir ne-apkrova{5}}nešantys skydai yra įprasti. Nurodykite Incoloy 800H arba 800HT, kai komponentas yra nuolat apkraunamas esant temperatūrai, veikiamas karbonizuojančios arba sulfiduojančios atmosferos arba kai neplanuoto išjungimo, siekiant pakeisti sugedusį komponentą, kaina gerokai viršija medžiagų sąnaudas, - spinduliavimo vamzdžiai, proceso{10}}šildytuvo komponentai, etileno trūkinėjimo ritės ir šilumokaičiai. ciklai yra įprasti.

Kuo skiriasi gamybos, suvirinimo ir terminio apdorojimo reikalavimai?

310S yra tirpalas, atkaitintas 1 900–2 100 laipsnių F (1 030–1 150 laipsnių) diapazone, po kurio greitai atšaldoma, todėl karbidai vėl patenka į tirpalą ir padidina atsparumą korozijai. Jei 310-šeimos įrangos eksploatavimas buvo ilgesnis nei 1200 laipsnių F (650 laipsnių) ir susiformavo sigmos fazė, plastiškumą paprastai galima atkurti naudojant tą patį tirpalo{16}}atkaitinimo ciklą; pakartotinis atkaitinimas po maždaug kas 1000 eksploatavimo valandų aukštesnėje nei 1200 laipsnių F temperatūroje yra dažniausiai minimas įrangos, kuriai būdingas sigmos susidarymas, priežiūros intervalas.

Incoloy 800H ir 800HT tirpalo atkaitinimas turi būti bent 2 100 laipsnių F (1 149 laipsniai ) - pastebimai aukštesne nei atkaitinimas, naudojamas 310S -, specialiai tam, kad būtų sukurta stambesnė grūdėtumo struktūra (paprastai ASTM grūdelių dydis Nr. Abu lydiniai yra suvirinami naudojant standartinį dujinį volframo lanką ir ekranuoto metalo lanko procesus su atitinkančiu arba beveik atitinkančiu užpildu. Abu lydiniai paprastai formuojami šaltai, nors 800 serijos lydiniai gali turėti būdingą paviršiaus tekstūrą („apelsinų žievelę“) po stipraus šaltojo formavimo dėl stambesnių grūdelių.

Kurį lydinį turėtumėte nurodyti įprastiems krosnių ir krosnių komponentams?

Šaltinis: Bendrosios atrankos gairės, pagrįstos dokumentais pagrįstomis lydinio savybėmis ir įprasta pramoninių krosnių/krosnių praktika. Pasirinkus konkretų komponentą,{1}}turėtų būti atsižvelgta į faktinę atmosferos chemiją, slėgio įvertinimą, terminio ciklo dažnį ir taikomą konstrukcijos kodą.

Dažnai užduodami klausimai

Kl.: Ar 310S ir Incoloy 800H gali būti naudojami pakaitomis toje pačioje krosnyje?

A: Ne paprastai. Jie turi skirtingą šiluminio plėtimosi greitį ir skirtingą valkšnumo elgesį, todėl sumaišius juos į vieną suvirintą agregatą veikiant apkrovai, gali susidaryti skirtingas įtempis. Kai abu lydiniai yra toje pačioje krosnyje, jie paprastai naudojami kaip atskiri, nepriklausomai palaikomi komponentai -, pvz., 310S korpusas su vidiniais Incoloy 800H vamzdeliais.

Kl.: Ar Incoloy 800 yra tas pats, kas Incoloy 800H arba 800HT?

A: Ne. Standartinis Incoloy 800 (UNS N08800) leidžia naudoti platesnį anglies diapazoną ir neatlieka stambiagrūdžių -grūdžių, aukštos{4} temperatūros tirpalo atkaitinimo, dėl kurio 800H (UNS N08810) ir 800HT (UNS N08811) suteikia puikų šliaužimo stiprumą{{9}. Pagal dabartines krosnies ir proceso{11}}šildytuvo specifikacijas 800H ir 800HT iš esmės pakeitė standartinį 800.

Kl.: ar 310S reikia po-suvirinimo terminio apdorojimo?

A: Netinka atsparumui korozijai daugelyje krosnių, nes 310S yra mažai anglies dioksido išskirianti medžiaga, gerai atspari suvirinimo -jautrinimui. Jei įranga bus toliau naudojama sigma-fazės-formavimo diapazone, periodinis tirpalo atkaitinimas -, o ne įtempių mažinimas - yra tinkamas korekcinis gydymas, o ne įprastas po{8}}suvirinimo reikalavimas.

Kl .: kokia yra praktinė nuolatinės 310S paslaugos temperatūros riba?

A: apytiksliai 2 000 laipsnių F (1 093 laipsniai ) nuolatinio oksidavimo eksploatavimo metu, laikantis įspėjimo, kad įranga, pakartotinai judanti 1 200–1 650 laipsnių F (650–900 laipsnių) diapazone, yra veikiama sigma{10}}fazės trapumo, todėl laikui bėgant ją reikia{1} iš naujo įvertinti.

Kl .: Kodėl nikelio kiekis yra toks svarbus atsparumui anglies susidarymui?

A: Anglis labai mažai tirpsta nikelyje ir difunduoja į jį lėčiau nei į geležį ar chromą. Kadangi Incoloy 800H turi apytiksliai 30–35 % nikelio, o 310S – apytiksliai 19–22 %, anglis lėčiau prasiskverbia į jo paviršių identiškomis karbonizavimo sąlygomis, o tai yra pagrindinė priežastis, kodėl 800H pralenkia 310 šeimos nerūdijantį plieną karbonizavimo krosnies atmosferoje.