Incoloy 800H prieš 800HT: kada svarbus papildomas titanas?

Incoloy 800, 800H ir 800HT yra trys glaudžiai susiję nikelio-geležies-chromo lydiniai, skirti naudoti aukštoje-temperatūroje. Jų pagrindinė sudėtis yra tokia pati: maždaug 32% nikelio, 21% chromo ir 46% geležies, su nedideliais anglies, aliuminio ir titano kiekiais. Tačiau trys klasės turi skirtingus ASTM žymėjimus, skirtingus leistinus įtempius ASME kode ir skirtingus kainų taškus. Pagrindinis skirtumas yra anglies ir titano kiekio kontrolė{11}}ir šiame straipsnyje paaiškinama, kada šie skirtumai yra svarbūs.

Jei nurodote šiuos lydinius, tikriausiai paklausėte: "Ar 800HT verta daugiau nei 800H? Ar galiu naudoti 800H vietoj 800HT? Kas nutiks, jei 800H pakeisiu 800?" Šie klausimai kyla dėl naftos chemijos krosnių projektavimo, garų perkaitintuvo vamzdžių, terminio apdorojimo

Šiame straipsnyje pateikiamas galutinis duomenimis{0}}pagrįstas palyginimas. Išnagrinėsime sudėtinius skirtumus, paaiškinsime metalurginį titano vaidmenį atsparumui šliaužti, palyginsime mechanines savybes aukštesnėje temperatūroje ir pateiksime aiškias atrankos gaires su atvejų tyrimais.

Galutinė išvada:800HT turi didesnį kontroliuojamą titano kiekį (0,85–1,20 %, palyginti su . 0.15–0,60 % 800H) kartu su griežtesne anglies kontrole. Tai suteikia 800 HT 20–40 % didesnį atsparumą trūkimui esant aukštesnei nei 700 laipsnių temperatūrai. Jei naudojate žemesnę nei 700 laipsnių temperatūrą, 800H ir 800HT yra funkciškai lygiaverčiai. Ilgalaikis eksploatavimas didesnis nei 700 laipsnių, 800HT pateisina savo sąnaudas dėl ilgesnio valkšnumo ir plonesnių sienų.

„Incoloy 800“ šeima: trys klasės, vienas pagrindas

„Incoy 800“ 1940-aisiais sukūrė „Inco“ (dabar „Special Metals“) kaip „Inconel 600“ žemesnės{2}}nikelio alternatyvą, skirtą naudoti aukštoje temperatūroje. Lydinio geležies kiekis (apie 46%) padarė jį žymiai pigesnį nei Inconel, tuo pačiu užtikrinant gerą atsparumą oksidacijai ir vidutinį stiprumą aukštesnėje temperatūroje.

Iki septintojo dešimtmečio naftos chemijos paslaugų patirtis atskleidė, kad originalus Alloy 800 atsparumas šliaužimui buvo nenuoseklus dėl nekontroliuojamo anglies ir titano kiekio. Dėl to buvo sukurtas lydinys 800H (H=„didelis anglies kiekis“), kurio anglies kiekis reguliuojamas iki 0,05–0,10 %, kad būtų pagerintas atsparumas aukštoje -temperatūroje.

Aštuntajame dešimtmetyje buvo atlikta tolesnė optimizacijaLydinys 800HT(HT=„aukšta temperatūra“), kuris sujungė didelę 800H anglį su kontroliuojamu titanu (0,85–1,20 %) ir aliuminiu (0,15–0,60 %), kad būtų maksimaliai padidintas valkšnumo -plyšimo stiprumas dėl sukietėjimo krituliais. Šiandien rinkoje egzistuoja visos trys rūšys ir aptarnauja skirtingus aukštos temperatūros lydinių rinkos segmentus.

UNS numeriai ir ASTM specifikacijos

Galutinė išvada:Atkreipkite dėmesį į UNS numerius: N08800 (800), N08810 (800H) ir N08811 (800HT). ASME kode jų NĖRA keičiami{7}}kiekvienas turi skirtingas leistinas įtempių vertes. Visada nurodykite UNS numerį, o ne tik prekės pavadinimą.

Cheminė sudėtis

Galutinė išvada:Kritinis sudėties skirtumas yra titanas: 800HT reikia 0,85–1,20% Ti, o 800 ir 800H leidžia 0,15–0,60%. Kombinuotas Ti + Al 800HT yra 1,00–1,80%, palyginti su 0,30–1,20% 800H. Šis 2-3 kartus padidėjęs kritulių sudarančių elementų kiekis suteikia 800HT puikų valkšnumo stiprumą.

Esant aukštai temperatūrai (virš 600 laipsnių), metalai lėtai deformuojasi veikiami įtempimo{1}}reiškinys, vadinamas „šliaužimu“. „Creep“ yra krosnies vamzdžių, garų perkaitintuvų ir reformatoriaus vamzdynų eksploatavimo laiką-ribojantis gedimo režimas. Norint sustiprinti nuo šliaužimo, reikia:

• Kieto tirpalo stiprinimas:Metalinėje grotelėje ištirpę legiravimo elementai trukdo dislokaciniam judėjimui. 800 serijos lydiniuose šį efektą suteikia chromas ir nikelis.

• Grūdinimas krituliais:Grūdeliuose susidaro smulkios antrosios fazės dalelės, kurios blokuoja dislokacijos judėjimą ir grūdelių ribos slinkimą. 800HT titanas ir aliuminis jungiasi su nikeliu, kad susidarytų gama-pirminės (Ni₃(Al,Ti)) nuosėdos, kurios yra itin veiksmingos 600–900 laipsnių temperatūroje.

Lydinys 800HT yra skirtas maksimaliai padidinti kietėjimą kritulių metu. Didesnis titano kiekis užtikrina, kad tirpalo atkaitinimo ir vėlesnio aptarnavimo aukštesnėje temperatūroje metu matricoje susidarys smulki gama-pirminių nuosėdų dispersija. Šios nuosėdos yra pusiau koherentiškos su austenito gardelėmis, o tai reiškia, kad jos stipriai trukdo dislokacijos judėjimui, nesukeldamos trapumo. Rezultatas: žymiai didesnis valkšnumo{5}plyšimo stiprumas nei 800 H.

800H lydinys visų pirma priklauso nuo kietojo tirpalo stiprinimo (anglies tirpale) ir karbido nusodinimo grūdelių ribose. Jame yra šiek tiek gama-priminimo dėl mažesnio Ti+Al kiekio, bet jo nepakanka, kad būtų pasiektas visas kritulių-kietėjimo efektas. Aptarnavimui žemesnėje nei 700 laipsnių temperatūroje to pakanka. Virš 700 laipsnių skirtumas tampa kritinis.

Mechaninės savybės kambaryje ir aukštoje temperatūroje

Kambario temperatūros savybės

Aukštos{0}}temperatūrinis atsparumas tempimui

4 lentelė. Aukštos temperatūros{1}}tempimo stiprumo palyginimas (tipinės vertės)

Galutinė išvada:Kambario temperatūroje 800H ir 800HT turi iš esmės identiškas tempimo savybes. Kai temperatūra pakyla virš 700 laipsnių, 800HT stiprumo pranašumas smarkiai išauga-iki 30 % didesnis tempiamasis stiprumas esant 900–1000 laipsnių. Tai yra kritulių{10}}kietėjimo efektas.

Šliaužimo{0}}Plyšimo stiprumas

Aukštos{0}}temperatūrinės konstrukcijos atveju svarbiausia yra valkšnumo-plyšimo stiprumas. ASME katilo ir slėginio indo kodo II skyriaus D dalyje pateikiami leistini įtempiai, pagrįsti valkšnumo duomenimis. Šioje lentelėje parodytas plyšimo laikas esant įvairiems įtempių lygiams ir temperatūroms -duomenys, kurie lemia projektinį eksploatavimo laiką.

5 lentelė: šliaužimas-Plyšimo duomenų palyginimas - 800H ir 800HT

ASME kodo leidžiami įtempiai

ASME katilo ir slėginio indo kodo II skyriaus D dalyje pateikiamos didžiausios leistinos įtempių vertės kiekvienam lydiniui esant įvairioms temperatūroms. Šios vertės gaunamos iš mažiausio tempimo stiprio, takumo stiprumo ir šliaužimo{1}}duomenų su atitinkamais saugos faktoriais. Leistinas įtempis nustato mažiausią sienelės storį, reikalingą komponentams, kurių sudėtyje yra slėgio.

6 lentelė: ASME II skyriaus D dalis Leistini įtempiai - 800H vs 800HT

Galutinė išvada:Virš 700 laipsnių ASME leidžia 19–46 % didesnį įtempimą 800HT lyginant su 800H. Vamzdžiui arba vamzdžiui, esant vidiniam slėgiui, leistinas įtempis yra atvirkščiai proporcingas reikiamam sienelės storiui. 40 % didesnis leistinas įtempis reiškia 40 % plonesnes sienas, 40 % mažiau medžiagų ir 40 % mažesnes medžiagų sąnaudas,{11}}kurias dažnai viršija priemoką, mokamą už 800 HT ir 800 H.

Atsparumas oksidacijai ir anglies susidarymui

Visose trijose „Incoloy 800“ klasėse yra vienodas chromo kiekis (19–23%), o tai lemia jų atsparumą oksidacijai. Apsauginė chromo oksido (Cr₂O3) skalė, kuri susidaro ant paviršiaus, yra identiška 800, 800H ir 800HT. Todėl atsparumas oksidacijai NĖRA skiriamasis veiksnys.

Galutinė išvada:NESIRINKITE 800HT virš 800H dėl atsparumo oksidacijai ar karbiuracijai-jie yra lygiaverčiai. Vienintelė priežastis nurodyti 800HT yra dėl didesnio valkšnumo{5}}plyšimo stiprumo esant aukštesnei nei 700 laipsnių temperatūrai.

Suvirinimas ir gamyba

Išlaidų analizė

800H ar 800HT?

Pramonės atvejų analizė

Atvejo analizė: 1: garų metano reformatorius - 800HT įgalina plonesnio vamzdelio dizainą

2024 m. vietinė vandenilio gamykla Artimuosiuose Rytuose nurodė garo metano reformatoriaus vamzdžius, veikiančius 920 laipsnių išėjimo temperatūroje ir 25 barų projektinį slėgį. Pradiniam dizainui naudojant Incoloy 800H reikėjo 15,2 mm sienelės storio, kad atitiktų 100 000 valandų valkšnumo reikalavimą. Perėjus prie „Incoloy 800HT“ reikiamas sienelės storis sumažėjo iki 11,8 mm (22 % sumažinimas), todėl:

- Medžiagos svorio sumažinimas: 22 %

- Medžiagų sąnaudų sumažinimas: ~12 % (atsižvelgiant į HT priemoką)

- Mažesnis šiluminis įtempis dėl plonesnės sienelės (greitesnis šilumos perdavimas, mažesnis temperatūros gradientas)

- Pailginta valkšnumo trukmė: apskaičiuota 130 000 valandų, palyginti su mažiausiai . 100 000 valandų

Pagrindinė pamoka: esant aukštesnei nei 900 laipsnių temperatūrai, 800HT didesnis leistinas įtempis leidžia sumažinti sienelės storį, kuris daugiau nei kompensuoja medžiagos kainą.

Atvejo tyrimas: 2: Etileno krekingo krosnis - 800HT prailgina vamzdžio tarnavimo laiką cikliškai

Pietryčių Azijoje esantis etileno krekingo įrenginys po 85 000 eksploatavimo valandų patyrė priešlaikinius spinduliavimo ritės vamzdžių gedimus. Originalūs vamzdeliai buvo nurodyti kaip Incoloy 800H. Gedimų analizė atskleidė išoriniame paviršiuje prasidėjusį šliaužimo įtrūkimą, pagreitintą dėl ciklinio terminio įtempio, atsirandančio atliekant kokso šalinimo operacijas kas 30–40 dienų. Per 2025 m. pasikeitimą gamykla pakeitė spinduliavimo ritinius į Incoloy 800HT.

Po 50 000 darbo valandų su naujais 800HT vamzdžiais:

- Šliaužimo įtrūkimų neaptikta

- Likusio gyvenimo įvertinimas: papildomos mažiausiai 80 000 valandų

- Kokso šalinimo ciklas pailgintas iki 45 dienų (sumažintas terminis ciklas)

Pagrindinė pamoka: naudojant ciklišką aukštą{0}}temperatūrą, 800HT gama-pagrindinės nuosėdos užtikrina geresnį atsparumą šliaužimo-nuovargiui nei 800H.

Atvejo analizė: 3: garų perkaitintuvas - 800H pasirodė tinkamas esant vidutinei temperatūrai

600 MW anglimis kūrenamoje -elektrinėje Indijoje buvo nurodytos garo perkaitintuvų išleidimo angos, veikiančios 540 laipsnių garo temperatūroje, o maksimali metalo temperatūra – 580 laipsnių. Originalus dizainas buvo skirtas 800H ir 800HT. Analizė parodė:

- Esant 580 laipsnių kampui, ASME leistinas įtempis 800H=92 MPa, 800HT=97 MPa (tik 5 % skirtumas)

- Projektinis eksploatavimo trukmės reikalavimas: 200 000 valandų (esant tokiai temperatūrai, abu lengvai patenkinami)

- Šliaužimas nėra valdymo gedimo režimas; Oksidacija ir erozija kelia susirūpinimą

Gamykla pasirinko Incoloy 800H, sutaupydama 12 % medžiagų sąnaudų, viršijančių 800 HT, nepažeidžiant eksploatavimo trukmės. Po 15 eksploatavimo metų antraštės ir toliau naudojamos be jokių su šliaužimu susijusių problemų.

Pagrindinė pamoka: esant žemesnei nei 650 laipsnių temperatūrai, 800H ir 800HT yra funkciškai lygiaverčiai. 800HT priemoka neteikia jokios naudos.

Atvejo analizė: 4: pakeitimas -natūra -, atitinkantis pradinę specifikaciją

2023 m. vykdant techninės priežiūros projektą JAV naftos perdirbimo gamykloje reikėjo pakeisti Incoloy 800H krosnies vamzdžio sekciją, kuri po 180 000 eksploatavimo valandų atsirado nedidelis nuotėkis. Pirkimo komanda svarstė galimybę pakeisti 800HT, kad „patobulintų“ pakeitimą, tačiau inžinerinė analizė nustatė dvi problemas:

1. Likę originalūs 800H vamzdžiai ir toliau šliaužtų kitu greičiu nei naujasis 800HT vamzdis, todėl pereinamojoje suvirinimo siūlėje gali susidaryti įtempių koncentracija.

2. ASME kodas{1}}būtina dokumentacija ir tikrinimo režimas abiejose klasėse šiek tiek skiriasi.

Vykdant projektą buvo atliktas tikslus{0}}natūrinis pakeitimas naudojant Incoloy 800H, užtikrinant metalurginį ir mechaninį suderinamumą su esama sistema.

Pagrindinė pamoka: taisydami ir keisdami, visada suderinkite originalią medžiagos klasę, nebent pakeitimas pateisintų išsamų inžinerinį pakartotinį įvertinimą.

Produkto formos ir specifikacijos

Dažnos specifikacijos klaidos, kurių reikia vengti

1. Nurodykite "Incoloy 800" be H arba HT žymėjimo

Pasekmė: gali būti gautas lydinys 800 (UNS N08800), kurio anglis ir valkšnumo stiprumas mažesnis nei 800H/800HT

Teisingas požiūris: visada nurodykite pagal UNS numerį: N08810 800H, N08811 800HT

2. 800H pakeitimas 800HT be inžinerinės peržiūros

Pasekmė: esant aukštesnei nei 750 laipsnių temperatūrai, 800H valkšnumo tarnavimo laikas bus 20–40 % mažesnis nei numatyta

Teisingas požiūris: niekada nekeiskite 800H 800HT, neperskaičiavę sienelės storio ir valkšnumo trukmės

3. Naudojant 800HT, kur pakanka 800H

Pasekmė: iššvaistoma 10–15 % materialinio biudžeto, o esant vidutinei temperatūrai, našumas nepagerėja

Teisingas požiūris: rezervuokite 800HT, jei naudojate aukštesnes nei 750 laipsnių arba su ilgesnio projektavimo eksploatavimo reikalavimais

4. Netikrinamas grūdelių dydis

Pasekmė: smulkūs grūdeliai (ASTM 6-8) sumažina valkšnumo stiprumą 15-30%, palyginti su stambiagrūdžiais grūdeliais (ASTM 3-5)

Teisingas požiūris: nurodykite 5 arba stambesnį grūdelių dydį; stambesnis yra geriau šliaužti

5. Atsižvelgdami į tirpalo atkaitinimo temperatūros skirtumą

Pasekmė: 800HT reikia mažiausiai 1175 laipsnių; 800H reikia tik 1150 laipsnių. Nepakankamai atkaitinta medžiaga neišvys visiško valkšnumo stiprumo

Teisingas požiūris: kiekvienai klasei nurodykite tinkamą atkaitinimo temperatūrą

Santrauka