310S срещу Incoloy 800: Избор на топлоустойчива-сплав за приложения в пещи и пещи

Въведение

Инженерите за пещ, пещ и термична-обработка рутинно се сблъскват с едно и също решение за материал: посочете ценово-ефективна топло-устойчива неръждаема стомана или преминете към сплав от никел-желязо-хром, създадена за устойчива устойчивост при високи-температури.310S неръждаема стоманаи Incoloy 800 (включително вариантите 800H и 800HT) са двата най-често сравнявани кандидата за това решение. И двете са устойчиви на окисление при висока температура, и двете се изработват и заваряват лесно и се появяват рутинно във вратите на пещите, муфелите, лъчистите тръби и приспособленията за топлинна -обработка.

Тяхната производителност се различава рязко обаче, след като атмосферата на карбуризиране, продължително механично натоварване или дълги сервизни интервали влязат в картината. Тази статия сравнява двете сплави по отношение на състава, температурната способност, устойчивостта на окисление и карбуризация, якостта на пълзене-разкъсване, производствените изисквания и общата цена на притежание, така че инженерите и купувачите да могат да съпоставят сплавта с приложението, а не обратното.

Какво отличава 310S от Incoloy 800 металургично?

Разликата в състава е основната причина за всяка разлика в производителността надолу по веригата, обсъдена в тази статия. 310S съдържа хром като основен легиращ елемент и никел като вторичен аустенитен стабилизатор, поради което се класифицира като неръждаема стомана, а не като никелова сплав. Incoloy 800 обръща това съотношение: никелът е основната легираща добавка, хромът е вторичен, а желязото съставлява баланса, а не основният метал. По-високото съдържание на никел е това, което дава на сплавите от серия 800- тяхната устойчивост на въглеродна дифузия и тяхната запазена якост при температура - но никелът също е по-скъпата вложена суровина, поради което продуктите от серия Incoloy 800 имат постоянна премия за разходите над 310S.

Източник: ASTM A240/A480 (310S); Спецификации на мелницата ASTM B407/B408/B409 и UNS N08810 (Incoloy 800H). Диапазоните са номинални спецификационни граници; проверете спрямо текущия доклад от теста на мелницата.

Две други подробности за състава са от значение за обслужването на пещта. Първо, 310S е ниско-въглероден вариант на стандартен клас 310 (който позволява до 0,25% въглерод); по-ниският въглерод в 310S подобрява устойчивостта на сенсибилизация и междукристална корозия след заваряване. Второ, Incoloy 800H сам по себе си е контролиран-въглерод, контролиран-размер на зърното-вариант на основния Incoloy 800, а Incoloy 800HT допълнително затяга гамата от алуминий-плюс-титан - и двете усъвършенствания съществуват специално за повишаване якост на пълзене-разрушаване за обслужване на пещта и-процесния нагревател, което се обсъжда в раздел 4.

Коя сплав издържа на по-високи продължителни работни температури?

310S обикновено се оценява за продължителна устойчивост на окисление до приблизително 2000 градуса F (1093 градуса) и за периодично или леко циклично обслужване в подобен диапазон, поради високото си съдържание на хром. Практическият ограничител за 310S при обслужване на пещи и пещи не е оксидната скала -, а образуването на сигма-фаза. След продължително излагане между приблизително 1200 градуса F и 1650 градуса F (650–900 градуса), неръждаемите стомани от семейство 310- могат да образуват крехка интерметална сигма фаза, която намалява издръжливостта и пластичността при стайна температура. Оборудване, което циклично преминава през този температурен диапазон многократно, като врати на пещта и компоненти на горелката, е по-изложено на този ефект от оборудване, което работи непрекъснато на върха на температурния диапазон.

Инколой 800Hи 800HT са предназначени за дългосрочна-работа до приблизително 2000 градуса F (1093 градуса), с възможни кратки-продължителни отклонения над тази на цената на ускорена загуба на якост и окисляване. Тъй като сплавите от серия 800-са разтвор-закалени при минимум 2100 градуса F (1149 градуса), за да се получи по-груба, по-устойчива на пълзене-зърнеста структура, и тъй като тяхното по-високо съдържание на никел потиска същия сигма-фазов механизъм, който засяга 310S, те са склонни да запазят използваемата пластичност и издръжливост в по-широка част от работния диапазон на пещта, включително чрез повтарящи се термични цикли.

Коя сплав предлага по-добра устойчивост на оксидиращи и карбуризиращи атмосфери?

Устойчивостта на окисление и в двете сплави идва основно от хрома, който образува защитна хром-оксидна скала при висока температура. 310S всъщност носи повече хром от Incoloy 800H (приблизително 25% срещу приблизително 21%), което е една от причините 310S да остане силно, икономично представяне в чисти окислителни атмосфери, като въздушни пещи, корпуси на пещи и хардуер за горелки.

Устойчивостта на карбуризация е различен механизъм и това е мястото, където двете сплави се различават най-рязко. Преносът на въглерод в металната повърхност от богата на въглерод -атмосфера зависи силно от съдържанието на никел, тъй като никелът има много ниска разтворимост за въглерод и забавя дифузията му навътре. Полевите данни за тръби 800H при услуга за преработка на въглеводород-вуглеводороди показват, че сплавта запазва пластичност и структурна цялост след години на излагане, в условия, при които неръждаемите стомани от семейството на никел 310-с по-ниско-никел се въглеродизират измеримо по-бързо. Това е основната причина Incoloy 800H да е основен материал за етиленови пиролизни тръби, компоненти на пещи за крекинг на въглеводороди и кошове за термична обработка и приспособления, които преминават през повтарящи се цикли на карбуризиране.

Публикуваните сравнения на скоростта на-корозия в среда на рафинерийни пещи илюстрират разликата: сплавите Incoloy 800H/800HT са измерени при приблизително 0,15 mm/година (6,0 mpy), срещу приблизително 0,23 mm/година (8,9 mpy) за неръждаема стомана от семейство 310 при сравними условия. По-ниската степен на корозия се превръща директно в по-дълъг живот на компонентите и по-малко непланирани прекъсвания за проверка или подмяна.

Как се сравняват якостта на пълзене и на{0}}разрушаване при повишена температура?

Пълзенето е бавна,-зависима от времето деформация на метала при продължително натоварване при висока температура, а якостта-на скъсване при напрежение описва колко напрежение може да понесе даден материал, преди да се счупи след определен брой работни часове. Това свойство има значение за всеки компонент на пещта, който е под натоварване, докато е горещ - лъчиста тръба под вътрешно налягане, закачалка, поддържаща огнеупорен материал, или намотка в пиролизна пещ -, за разлика от компонентите, които просто са изложени на топлина без значително механично натоварване, като муфелна облицовка или щит.

310S предлага умерена якост на пълзене-на скъсване, подходяща за леко натоварени компоненти. Incoloy 800H и 800HT са специално разработени, за да удължат живота при пълзене-разкъсване отвъд това, което осигуряват стандартните неръждаеми стомани от семейство 800 или 310-, чрез контролирано съдържание на въглерод (0,05–0,10%) и едро{17}}отгряване в разтвор на едри зърна при минимум 2100 градуса F (1149 градуса). Incoloy 800HT допълнително затяга спецификациите за алуминий-и-титан за приложения, изискващи най-дълъг практичен експлоатационен живот при продължителен високотемпературен стрес, като тръби за етиленови пещи и пиролизни бобини.

Източник: Съставено от данни от спецификациите на ASTM A240/B407/B409 и публикувани проучвания за високо-температурна корозия-и механични-свойства за 310/310H и Incoloy 800H/800HT в рафинерия и обслужване на пещи. Проверете допустимите стойности на дизайна спрямо текущия раздел II на ASME, част D или приложимото издание на кода преди окончателната спецификация.

Каква е разликата в цената и кога премията е оправдана?

Никелът постоянно е най-големият двигател на надценката на сплавта и за двата материала, но Incoloy 800H/HT носи приблизително 50 процента повече никел спрямо теглото от 310S, а никелът обикновено се търгува със значително множество от хром и желязо, които съставляват по-голямата част от съдържанието на сплавта на 310S. Това прави сплавите от серия 800-по-скъпата покупка на база на-фунт или на-линеен фут, преди дори да се обмисли производството.

Рамката за вземане на решения, която следва от техническото сравнение по-горе, е проста. Посочете 310S, когато компонентът вижда чиста окислителна атмосфера, леко или никакво механично натоварване и умерен{2}}очакван експлоатационен живот - черупките на пещта, вратите, вентилаторите и не-товар-носещите щитове са обичайни. Посочете Incoloy 800H или 800HT, когато компонентът е под продължително натоварване при температура, изложен на карбуризираща или сулфидизираща атмосфера, или когато цената на непланирано спиране за подмяна на повреден компонент значително надвишава премията за материални разходи - лъчисти тръби, компоненти-нагреватели, намотки за крекинг на етилен и приспособления за термична-обработка с дългите цикли на карбуризиране са често срещани случаи.

Как се различават изискванията за производство, заваряване и термична обработка?

310S е разтвор-закален в диапазона от 1900–2100 градуса F (1030–1150 градуса), последван от бързо охлаждане, което връща карбидите обратно в разтвор и увеличава максимално устойчивостта на корозия. Ако семейното оборудване 310- е използвало продължителна експлоатация над 1200 градуса F (650 градуса) и се е образувала сигма фаза, пластичността обикновено може да бъде възстановена със същия-цикъл на отгряване на разтвора; повторно отгряване след приблизително всеки 1000 часа работа над 1200 градуса F е често цитиран интервал за поддръжка за оборудване, склонно към образуване на сигма.

Incoloy 800H и 800HT изискват отгряване в разтвор при минимум 2100 градуса F (1149 градуса) - значително по-високо от отгряването, използвано за 310S - специално за получаване на по-груба зърнеста структура (обикновено ASTM размер на зърното No. 5 или по-груба), която подобрява-живота на разкъсване при пълзене. И двете сплави могат да се заваряват чрез стандартни процеси с газова волфрамова дъга и екранирана метална дъга със съвпадащ или почти -съвпадащ допълнителен метал и двете са конвенционално студено-формовани, въпреки че сплавите от серия 800 могат да показват характерна повърхностна текстура („портокалова кора“) след тежко студено формоване поради по-едрия си размер на зърната.

Коя сплав трябва да посочите за обикновени компоненти на пещи и пещи?

Източник: Общи насоки за избор въз основа на документирани свойства на сплавта и обичайна промишлена практика в пещи/пещи. Изборът на-специфичен компонент трябва да отчита действителната химия на атмосферата, номинално налягане, честота на термични цикли и приложим проектен код.

Често задавани въпроси

Въпрос: Могат ли 310S и Incoloy 800H да се използват взаимозаменяемо в една и съща пещ?

О: Като цяло не. Те имат различни скорости на топлинно разширение и различно поведение при пълзене, така че смесването им в един заварен възел под товар може да създаде диференциално напрежение. Когато и двете сплави се появяват в една и съща пещ, те обикновено се използват в отделни, независимо поддържани компоненти - например обвивка 310S с вътрешни тръби от Incoloy 800H.

Въпрос: Incoloy 800 същото ли е като Incoloy 800H или 800HT?

A: Не. Стандартният Incoloy 800 (UNS N08800) позволява по-широк диапазон на въглерод и не носи грубо{3}}зърнесто, високо-температурно отгряване с разтвор, което дава на 800H (UNS N08810) и 800HT (UNS N08811) тяхната превъзходна якост на пълзене-разкъсване. В настоящите спецификации на{11}}нагреватели за пещи и процеси 800H и 800HT до голяма степен замениха стандарт 800.

В: 310S изисква ли термична обработка след-заваряване?

О: Не е за устойчивост на корозия в повечето приложения на пещи, тъй като 310S е ниско-въглероден клас с добра устойчивост на сенсибилизация,-свързана със заваряване. Ако оборудването ще има разширено обслужване в сигма-фаза-диапазон на формоване, периодично отгряване с разтвор - не облекчаване на напрежението - е подходящото коригиращо лечение, а не рутинно изискване след-заваряване.

Въпрос: Каква е практическата температурна граница за непрекъснато обслужване на 310S?

О: Приблизително 2000 градуса F (1093 градуса) за непрекъснато окисляване, с предупреждението, че оборудването, преминаващо през диапазона 1200–1650 градуса F (650–900 градуса) многократно, е изложено на сигма{10}}фазова крехкост с течение на времето и трябва да бъде оценено за периодично повторно{11}}отгряване.

Въпрос: Защо съдържанието на никел има толкова голямо значение за устойчивостта на карбуризация?

О: Въглеродът има много ниска разтворимост в никел и дифундира в него по-бавно, отколкото в желязото или хрома. Тъй като Incoloy 800H съдържа приблизително 30–35% никел срещу приблизително 19–22% за 310S, въглеродът прониква в повърхността му по-бавно при еднакви условия на карбуризиране, което е основната причина 800H да превъзхожда неръждаемите стомани от семейство 310 в атмосфера на карбуризираща пещ.