Incoloy 800 vs 800H vs 800HT: Rozdiely v obsahu uhlíka, veľkosti zrna a pevnosti pri tečení

Úvod

Incoloy 800, 800H a 800HTpatria do rovnakej rodiny zliatin niklu{0}}železa{1}}chrómu vyvinutej spoločnosťou Special Metals Corporation začiatkom 50. rokov 20. storočia s cieľom zabezpečiť odolnosť voči teplu a korózii bez spoliehania sa na vysoký obsah niklu, vďaka ktorému bola zliatina INCONEL 600 v tom čase strategicky vzácnym materiálom. Všetky tri zdieľajú rovnaké nominálne rozsahy niklu, chrómu a železa. To, čo ich oddeľuje - a čomu musí zadávajúci inžinier alebo manažér obstarávania skutočne porozumieť -, je malý súbor kontrol zloženia a metalurgie: obsah uhlíka, obsah hliníka-plus-titánu a veľkosť zŕn dosiahnutá konečným žíhaním. Tieto ovládacie prvky spolu určujú, akú pevnosť v tečení a namáhaní{11}}dokáže materiál poskytnúť počas rokov nepretržitej prevádzky pri vysokých{12}}teplotách.

Tento článok porovnáva všetky tri druhy priamo s použitím obmedzujúcich chemických zložení a údajov o dlhodobej odolnosti proti pretrhnutiu-z dlhodobého hľadiska, ktoré zverejnila spoločnosť Special Metals Corporation vo svojich technických bulletinoch zliatiny INCOLOY 800 (SMC-046) a zliatiny INCOLOY 800H a 800HT (SMC-047), aby kupujúci mohol správnemu typu a životnosti zodpovedať správnej prevádzkovej teplote a životnosti.

Aký je zásadný rozdiel medzi zliatinou 800, 800H a 800HT?

Všetky tri zliatiny majú rovnaký podiel 30 – 35 % niklu / 19 – 23 % chrómu / 39,5 % min. železná základňa, ale 800H a 800HT sú metalurgicky vylepšené verzie 800 - vyrábané podľa prísnejších limitov uhlíka a hliníka-plus{10}}titánu a žíhané pri vysokej teplote{11}}rozpúšťadla, ktoré vytvára hrubšiu štruktúru zrna, špeciálne na zvýšenie tečenia a napätia-zvýšená odolnosť proti pretrhnutiu{14}}pre dlhodobú odolnosť proti pretrhnutiu{10}

Vlastná technická literatúra Special Metals je v tomto bode jednoznačná: základné prvky vo všetkých troch zliatinách sú rovnaké a fyzikálne a tepelné vlastnosti zliatin (hustota, tepelná rozťažnosť, elektrický odpor, modul pružnosti) sú v podstate totožné, pretože ich celkové rozsahy zloženia sa prekrývajú. Rozdiely, na ktorých záleží, sú metalurgické, nie chemické v širšom zmysle -, týkajú sa toho, ako prísne sú kontrolované tri špecifické parametre: obsah uhlíka, obsah hliníka-plus-titánu a konečná veľkosť zrna.

Z tohto dôvodu je zliatina 800 vo všeobecnosti -silnejšou voľbou pre krátkodobé-zaťaženie pri izbovej teplote alebo miernej teplote, zatiaľ čo zliatiny 800H a 800HT sú správnou voľbou vždy, keď komponent musí odolávať časovo -závislej deformácii (tečeniu) počas rokov nepretržitého vystavenia nad približne 1 000 stupňov F (540 stupňov ).

Ako sa obsah uhlíka líši medzi tromi stupňami a prečo je to dôležité?

Alloy 800 umožňuje uhlík až do 0,10% bez špecifikovaného minima; zliatina 800H vyžaduje 0,05–0,10 % uhlíka; a zliatina 800HT sťahuje ešte viac na 0,06 – 0,10 % uhlíka - postupne sa zužuje a zvyšuje poschodie, ktoré je jedinou najväčšou pákou pre pevnosť pri tečení- v tejto rodine zliatin.

Bulletiny Special Metals uvádzajú, že už dlho sa uznáva, že zliatina 800 s vyšším{0}}uhlíkom má vyššie vlastnosti pri tečení a lámavosti ako nízkouhlíkový materiál rovnakého nominálneho zloženia, a preto sa spoločnosť začala taviť na rozsah 0,05 – 0,10 % - horná časť 0,10 % vlastného rozmedzia bola povolená pre štandardnú zliatinu {{7} ako jej vlastný maximálny stupeň} štandardnej zliatiny. Uhlík v tejto skupine zliatin sa vyzráža ako karbidy chrómu na hraniciach zŕn počas vystavenia vysokým-teplotám; kontrolované na správnej úrovni a veľkosti zŕn, tieto karbidy pripevňujú hranice zŕn a odolávajú posúvaniu hraníc, ktoré poháňa deformáciu tečenia.

Zdroj: Special Metals Corporation, technický bulletin INCOLOY zliatiny 800H & 800HT, publikácia č. SMC-047 (tabuľka 1).

Dôležitá nuansa pre kupujúcich: pretože uhlíkový strop zliatiny 800 (max. 0,10 %) sa úplne prekrýva s radmi 800H a 800HT, teplo obyčajnej zliatiny 800 môže už len chémiou spadnúť do uhlíkového okna 800H. Samotný obsah uhlíka nespĺňa požiadavky na ohrev 800H-, avšak - musí byť splnená a overená aj požiadavka na veľkosť zrna uvedená nižšie.

Prečo je veľkosť zrna dôležitá pre pevnosť pri tečení?

Zliatina 800 nemá žiadne špecifikované požiadavky na veľkosť zrna, zatiaľ čo 800H aj 800HT vyžadujú priemernú veľkosť zrna ASTM č . 5 alebo hrubšiu, dosiahnutú rozpúšťacím žíhaním pri 2 100 – 2 200 stupňoch F (1 150 – 1 200 stupňoch) -, čím sa výrazne zvyšuje odolnosť voči hrubšiemu namáhaniu a deformácii zrnitej štruktúry, čo znamená zvýšenú pevnosť odolnosť po-expozícii.

Veľkosť zŕn a odolnosť proti tečeniu sú v tomto zliatinovom systéme priamo spojené, pretože deformácia tečenia pri vysokej teplote je v podstate riadená kĺzaním pozdĺž hraníc zŕn. Štruktúra s hrubšou zrnitosťou má proporcionálne menšiu hraničnú plochu zrna- na jednotku objemu, čo znižuje dráhy dostupné pre tento hraničný posun a v kombinácii s karbidovým kolíkom zvyšuje napätie, ktoré môže komponent vydržať predtým, než sa neprijateľne deformuje alebo praskne počas danej konštrukčnej životnosti.

Bulletin Special Metals je špecifický o tom, ako sa to dosahuje vo výrobe: zliatiny 800H a 800HT sú žíhané v roztoku ako posledný výrobný krok pri 2 100 – 2 200 stupňoch F (1 150 – 1 200 stupňov ), pričom čas pri teplote sa upravuje podľa veľkosti sekcie a charakteristík pece, aby sa dosiahla minimálna priemerná veľkosť zrna ASTM č{10}

Bulletin tiež upozorňuje na bod klesajúcich výnosov a s tým spojený obchod{0} priamo: teplota a čas by sa mali kontrolovať, aby sa obmedzil nadmerný rast zŕn, pretože nad určitú hrubosť sa získa len malá dodatočná pevnosť pri tečení, zatiaľ čo veľmi hrubé zrno znižuje húževnatosť po vystavení vysokým-teplotám. Pre aplikácie, pri ktorých bude nasledovať viac ako približne 20 % tvarovania za studena alebo kde sa vyžaduje jemná povrchová úprava, rovnaký bulletin odporúča objednať materiál v jemnej{4}}zrnitosti, pričom sa zdôrazňuje, že hrubé{5}}spracovanie zrna je zámerným-obchodom-špecifickým pre službu, nie univerzálnou inováciou.

Zdroj: Special Metals Corporation, technický bulletin INCOLOY zliatiny 800H & 800HT, publikácia č. SMC-047 (tabuľka 1 a časť Žíhanie – základná prax).

Špeciálne (jemnejšie alebo hrubšie) veľkosti zrnitosti-rozsahy - ASTM 1–5 pre plech a rúrku/rúru a ASTM 2–5 pre plech - je možné dohodnúť aj na konkrétnych objednávkach, takže kupujúci s nezvyčajnou kombináciou požiadaviek na tvarovanie a servis by mali veľkosť zrna špecifikovať explicitne v objednávke namiesto toho, aby predpokladali štandardný štandard ASTM} alebo 5.

Ako sa líšia hladiny hliníka-plus{1}}titánu medzi 800H a 800HT?

Zliatina 800 a 800H umožňujú kombináciu 0,30 – 1,20 % hliníka a titánu, ale zliatina 800HT obmedzuje tento kombinovaný rozsah na užší, vyšší 0,85 – 1,20 % - tretiu kontrolu, spolu s uhlíkom a veľkosťou zŕn, ktorú Special Metals používa na posunutie} pevnosti pri tečení 800H} nad medzu tečenia{{-

Bulletiny Special Metals to priamo popisujú ako premyslenú stratégiu: spoločnosť udržala obsah hliníka a titánu v hornej časti špecifikovaného sortimentu pre vlastnú výrobu 800H, konkrétne preto, že to spôsobilo vyššie tečenie a namáhanie{1}}pretrhnutia ako konkurenčný materiál 800H, ktorý spĺňal len minimálne požiadavky. Namiesto toho, aby tento postup horného-rozsahu ponechali ako interné preferencie, Special Metals ho formalizovali na zreteľný, obmedzený{5}}chemický stupeň - 800HT - s povinným 0,85 – 1,20 % Al+Ti na podlahe a strope, plus minimálny rozsah 0,06 – 0,10 % uhlíka a minimálnu teplotu roztoku 2 149°F (17} stupňov F (17}) vyššie.

Pretože chemické okienko 800HT je celé umiestnené v okienku 800H, akékoľvek teplo vyrobené podľa požiadaviek 800HT automaticky spĺňa aj požiadavky 800H -, a preto je materiál 800HT bežne dvojitý-certifikovaný podľa UNS N08811 a UNS N08810. Opak nie je pravdou: obyčajný materiál 800H nemôže byť certifikovaný ako 800HT, pokiaľ nezávisle nespĺňa prísnejšie požiadavky na uhlík, Al+Ti a veľkosť zrna{12}}.

Kompletné porovnanie zloženia: zliatina 800 vs 800H vs 800HT

Tieto tri triedy sa líšia iba uhlíkom, hliníkom, titánom a veľkosťou zŕn - každý ďalší obmedzujúci prvok zloženia (nikel, chróm, železo, mangán, síra, kremík, meď) je špecifikovaný identicky vo všetkých troch.

Zdroj: Special Metals Corporation, technický bulletin INCOLOY zliatiny 800H & 800HT, publikácia č. SMC-047, tabuľka 1 - Limitné chemické zloženie pre zliatiny INCOLOY 800, 800H a 800HT.

Ktorá zliatina má najvyššiu medzu tečenia-?

Zliatina 800HT poskytuje najvyššiu dlhodobú-pevnosť pri tečení-z troch tried, po ktorej nasleduje 800H; obyčajná zliatina 800 sa neodporúča spoločnosťou Special Metals pre aplikácie vyžadujúce optimálne vlastnosti pri tečení-, najmä pri teplotách nad 1500 stupňov F (816 stupňov).

Special Metals jasne uvádza, že zliatina 800H a 800HT má výrazne vyššiu pevnosť pri tečení a medzí pevnosti ako zliatina 800 a že zliatina 800 sa bežne nepoužíva tam, kde sa vyžadujú optimálne vlastnosti pri tečení- - 800H alebo 800HT. Toto hodnotenie platí špecificky pre dlhotrvajúce-trvanie, zvýšenú-teplotu zaťaženia; pri izbovej teplote a pri krátkodobom{10}}exponovaní môže zliatina 800 skutočne vykazovať vyššiu pevnosť v ťahu ako 800H alebo 800HT, pretože hrubozrnné{14}}zrno, vysoké{15}}teplotné-podmienky žíhania 800H/800HT vymieňajú určitú krátkodobú{19} odolnosť proti tečeniu za dlhodobú{19}{}

Nižšie uvedená tabuľka reprodukuje reprezentatívne hodnoty pevnosti v pretrhnutí 10 000-, 30 000-, 50 000- a 100 000 hodín pre zliatiny 800H a 800HT od spoločnosti Special Metals, pretože sa s nimi zaobchádza ako s jedným typom zrnitosti od výrobcu – angl. cieľ; Prísnejšia chémia uhlíka a Al+Ti 800HT zvyšuje jeho pozíciu v tomto rozsahu namáhania a odráža sa samostatne v prípustnom konštrukčnom namáhaní ASME (diskutované v ďalšej časti).

Zdroj: Special Metals Corporation, technický bulletin INCOLOY zliatiny 800H & 800HT, publikácia č. SMC-047, tabuľka 7 - Reprezentatívne hodnoty pevnosti v pretrhnutí pre zliatiny INCOLOY 800H/800HT.

Prečítajte si prakticky: pevnosť v pretrhnutí prudko klesá so zvyšujúcou sa teplotou a predlžujúcou sa životnosťou, čo je presne to, čo mechanizmus pretrhnutia-tečenia predpovedá. Komponent navrhnutý na životnosť 100 000-hodín (približne 11,4{15}}roka) pri teplote 1 600 stupňov F (870 stupňov ) dokáže uniesť iba približne 2,5 ksi (17 MPa) - oproti 3,5 ksi pri rovnakej konštrukčnej teplote počas životnosti 10,07}0{101}0 To je dôvod, prečo je prispôsobenie správnej triedy a správnej hodnoty konštrukčného napätia skutočnej prevádzkovej teplote ústredným bodom pre bezpečný dizajn zariadenia v súlade s predpismi v tejto rodine zliatiny a prečo jednoduché odčítanie jediného čísla „maximálnej teploty“ z údajového listu nie je primeraným návrhovým základom pre službu s obmedzením tečenia.

Ako sa porovnáva dizajn prípadu kódu ASME?

Alloy 800HT (ASME Code Case 1987) nesie vyššie maximálne prípustné konštrukčné namáhanie ako zliatina 800H (ASME Code Case 1325) v rozsahu 1 100 – 1 650 stupňov F, čo je priamy, kódom -rozpoznaný dôsledok prísnejšej chémie 800HT 80HT a dokonca aj tam, kde je pre mnohých kupujúcich praktický dôvod, prečo je chémia 80HT a Al+T 800H by inak spĺňala minimálne požiadavky.

Podľa ASME Kódexu kotlov a tlakových nádob sú konštrukčné napätia zliatiny 800 pre sekciu I a sekciu VIII, konštrukciu divízie 1 uvedené priamo v sekcii II, časť D a pokrývajú prevádzku až do 1 500 stupňov F (816 stupňov). Konštrukčné namáhania Alloy 800H sú tiež uvedené v sekcii II, časť D a sú ďalej riešené kódom prípadu 1325 (do 1500 stupňov F/816 stupňov) a kódovým prípadom 1983 pre sekciu VIII, divízia 1, prevádzka až do 1800 stupňov F (982 stupňov).

Maximálne prípustné namáhanie zliatiny 800HT, na ktoré sa vzťahuje Code Case 1987, je výslovne vyššie ako 800H v rozsahu 1 100 – 1 650 stupňov F a materiál certifikovaný ako 800HT automaticky spĺňa všetky požiadavky 800H -, a preto je 800HT bežne duálne zosilnený N11NS{10} N08810 na certifikátoch mlyna.

• Zliatina 800 (N08800) - Sekcia I / Sekcia VIII, Div. 1 & 2 návrhové napätia podľa ASME II Časť D; prevádzka do 1 500 stupňov F (816 stupňov).
• Alloy 800H (N08810) - ASME Code Case 1325 (do 1 500 stupňov F/816 stupňov ) a Code Case 1983 pre sekciu VIII, Div{8}} službu do 1 800 stupňov F (982 stupňov ).
• Alloy 800HT (N08811) - ASME Code Case 1987 (najnovšia revízia); vyššie dovolené napätia ako 800H od 1 100 do 1 650 stupňov F; pokryté aj na 1 800 stupňov F (982 stupňov) prostredníctvom hodnôt Code Case 1983.

Poznámka o obstarávaní, ktorú stojí za to úprimne označiť: historické záznamy ukazujú, že tieto prípustné napätia sa predtým posunuli a môžu sa pohnúť znova. Podľa vlastného účtu Special Metals, keď ASME Metals Property Council opätovne analyzovala súhrnné údaje o tečení 800H{2}}z 87 tavieb a 1052 údajových bodov od viacerých výrobcov - vrátane materiálu slabšieho ako vlastné tavby Special Metals - prípustné konštrukčné namáhanie 800H pre 00–110 stupňov bolo revidované smerom nadol o 00 – 10 stupňov F10,50 (593–816 stupňov). Práve táto epizóda je dôvodom, prečo 800HT existuje ako samostatná, prísnejšia-chemická trieda: umožnila spoločnosti Special Metals naďalej ponúkať vyššie konštrukčné namáhania, ktoré môže podporovať jej vlastný materiál, podložené vlastnými údajmi, nezávisle od združenej revízie 800H.

Kedy by ste mali špecifikovať zliatinu 800 vs 800H vs 800HT?

Špecifikujte obyčajnú zliatinu 800 pre všeobecnú koróziu- a teplu{2}}odolnú prevádzku pod približne 1 500 stupňov F (816 stupňov), kde tečenie nie je rozhodujúcou konštrukčnou podmienkou; špecifikujte 800H ako základnú triedu všade tam, kde pevnosť pri tečení-určuje konštrukčnú životnosť nad týmto rozsahom; a špecifikujte 800HT tam, kde aplikácia odôvodňuje vyššie prípustné konštrukčné namáhanie a dvojitú certifikáciu UNS - zvyčajne najvyššiu{10}}teplotu, najdlhšiu{11}}konštrukčnú-tlakovú životnosť{13}}komponentov.

Koše, podnosy a príslušenstvo pece zo zliatiny 800 -; výmenníky tepla a potrubia v médiách s-kyselinou dusičnou alebo chloridom-, kde je odolnosť proti koróznemu praskaniu-napätím dôležitejšia ako životnosť; opláštenie-elektrického vykurovacieho telesa.

Zliatina 800H - parné/uhľovodíkové reformovacie rúrky katalyzátora, konvekčné rúrky, pigtaily a výstupné potrubia; etylénové krakovacie a konvekčné rúrky; sálavé trubice, mufle a retorty v peciach na tepelné spracovanie-; parný-generátor a hadičky prehrievača.

Alloy 800HT - rovnaké creepové-aplikácie ako 800H, špecifikované namiesto 800H, keď konštrukčný výpočet vyžaduje vyššie prípustné namáhanie Code Case 1987, alebo keď kupujúci požaduje dvojitú certifikáciu N08810/N08811 pre flexibilitu v rámci viacerých projektových špecifikácií.

V praxi väčšina závodov dnes vyrába zliatinový materiál 800H vzhľadom na chémiu a veľkosť zrna dostatočne tesná na to, aby sa kvalifikovali aj ako 800HT, a duálne-certifikuje ho na obe čísla UNS v správe o skúške mlyna -, takže kupujúci by si mali vždy skontrolovať skutočný výsledok MTR chémie a veľkosti zrna-porovnať výsledky s vyššie uvedenou tabuľkou 1 namiesto toho, aby automaticky predpokladali nominálnu úroveň 800H{8} carries{8}. konštrukčné napätia.

Často kladené otázky

Q: Je Incoloy 800HT jednoducho vyššou triedou 800H?

A: Nie je to presne samostatná rodina zliatin - 800Zloženie HT je obmedzenou podskupinou zliatin 800H, pričom vždy spadá do limitov 800H. Rozdiel je v tom, že 800HT vyžaduje užší uhlík (0,06 – 0,10 % vs zdôrazňuje podľa Code Case 1987.

Q: Môže byť zliatina 800H nahradená 800HT v projekte, ktorý špecifikuje 800HT?

A: Nie, nie automaticky. Materiál Alloy 800HT vždy spĺňa požiadavky 800H, takže môže mať dvojitú{3}}certifikáciu, ale naopak nie je zaručené, - bežný materiál 800H sa kvalifikuje ako 800HT iba vtedy, ak jeho skutočné chemické zloženie a veľkosť zrna nezávisle spĺňajú prísnejšie limity 800HT. Musí sa skontrolovať protokol o skúške mlyna.

Q: Robí hrubšia zrnitosť 800H a 800HT celkovo slabšími?

A: Nie -, ide o úmyselný obchod-v opačnom smere, ako zvyčajne znamená „slabší“. Hrubšie zrno (ASTM č Kompromisom-je znížená húževnatosť po vystavení vysokým-teplotám a nižšia krátkodobá-pevnosť pri izbovej-teplote v porovnaní s jemnozrnnou zliatinou 800, nie je to celková slabosť.

Q: Aká je maximálna prevádzková teplota pre každý stupeň?

A: Podľa ASME sekcie I a sekcie VIII, divízia 1, je povolená zliatina 800 do 1500 stupňov F (816 stupňov). Alloy 800H je tiež uvedená na 1 500 stupňov F (816 stupňov) podľa Code Case 1325, pričom Sekcia VIII, služba divízie 1 je rozšírená na 1 800 stupňov F (982 stupňov) podľa Code Case 1983. Alloy 800HT's Code Case 1987, 650 stupňov F, 100 stupňov pokrývajú to isté 800H, pri vyšších povolených hodnotách, so službou 1 800 stupňov F (982 stupňov), ktorá je tiež riešená prostredníctvom Code Case 1983.

Q: Prečo majú všetky tri zliatiny v podstate rovnakú odolnosť proti korózii?

A: Pretože nikel, chróm a železo -, prvky, ktoré riadia odolnosť proti oxidácii, nauhličeniu a odolnosť proti chloridovému namáhaniu-koróznemu praskaniu -, sú špecifikované identicky vo všetkých troch triedach. Rozdiely v zložení medzi 800, 800H a 800HT sú obmedzené na uhlík, hliník a titán, ktoré ovplyvňujú skôr mechanické vlastnosti a vlastnosti pri tečení ako všeobecné korózne správanie.

Súvisiace články

Zliatina INCONEL 600 vs. Zliatina INCOLOY 800 pre komponenty pece

SMR a zliatiny niklu: Výber zliatiny 800H/617/690 pre reaktor-triedy servisu

Konečný sprievodca Inconel 625