310S vs Incoloy 800: Hitaþolið-val á álfelgur fyrir ofna- og ofnanotkun

Inngangur

Verkfræðingar í ofnum, ofnum og varma-vinnslu standa jafnan frammi fyrir sömu efnisákvörðun: tilgreindu -hagkvæmt hita-þolið ryðfríu stáli, eða stígðu upp í nikkel-járn-krómblendi sem byggt er fyrir viðvarandi háan-hitastyrk.310S ryðfríu stáliog Incoloy 800 (þar á meðal 800H og 800HT afbrigðin) eru tveir sem oftast eru bornir saman umsækjendur um þessa ákvörðun. Báðir standast oxun við háan hita, báðir eru auðveldlega framleiddir og soðnir og báðir birtast reglulega í ofnahurðum, múffum, geislarörum og hita-meðhöndlunarbúnaði.

Afköst þeirra eru hins vegar mjög misjöfn þegar kolsýrandi andrúmsloft, viðvarandi vélrænt álag eða langt þjónustutímabil koma inn í myndina. Þessi grein ber saman málmblöndurnar tvær í samsetningu, hitastigsgetu, oxunar- og uppkolunarþol, skrið-brotstyrk, framleiðslukröfur og heildareignarkostnað, þannig að verkfræðingar og kaupendur geti passað málmblönduna við forritið frekar en öfugt.

Hvað aðgreinir 310S frá Incoloy 800 málmvinnslulega?

Samsetningarmunurinn er undirrót hvers kyns afköstunarmismuna sem fjallað er um í þessari grein. 310S ber króm sem aðal málmblöndunarefni og nikkel sem auka austenítstöðugleikaefni, þess vegna er það flokkað sem ryðfríu stáli frekar en nikkelblendi. Incoloy 800 snýr því hlutfalli við: nikkel er meirihluti málmblöndunnar, króm er aukaatriði og járn er jafnvægið frekar en að vera grunnmálmur. Hærra nikkelinnihald er það sem gefur 800-röð málmblöndur viðnám þeirra gegn kolefnisdreifingu og styrkleika þeirra við hitastig - en nikkel er líka dýrara hráefnisinntak, þess vegna bera vörur frá Incoloy 800 röð viðvarandi kostnaðarálag yfir 310S.

Heimild: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 og UNS N08810 mill forskriftir (Incoloy 800H). Svið eru nafnmörk forskrifta; sannreyna gegn núverandi prófunarskýrslu.

Tvær aðrar upplýsingar um samsetningu skipta máli fyrir ofnaþjónustu. Í fyrsta lagi er 310S lágt-kolefnisafbrigði af staðalgráðu 310 (sem leyfir allt að 0,25% kolefnis); lægra kolefnið í 310S bætir viðnám gegn næmingu og tæringu á milli korna eftir suðu. Í öðru lagi er Incoloy 800H sjálft stýrt-kolefni, stjórnað-kornstærð-afbrigði af grunni Incoloy 800, og Incoloy 800HT þéttir enn frekar ál-plus-títansvið - til að auka styrkleika{1} sérstaklega til að auka styrkleika{1} og vinnslu-hitunarþjónustu, sem fjallað er um í kafla 4.

Hvaða álfelgur þolir hærra stöðugt rekstrarhitastig?

310S er almennt metið fyrir stöðuga oxunarþol allt að um það bil 2.000 gráður F (1.093 gráður) og fyrir hlé eða væga hringrásarþjónustu á svipuðu sviði, vegna mikils króminnihalds. Hagnýti takmörkunin fyrir 310S í ofna- og ofnaþjónustu er ekki oxíðkvarðinn - heldur sigma-fasamyndun. Eftir langvarandi útsetningu á milli u.þ.b. 1.200 gráður F og 1.650 gráður F (650–900 gráður) getur 310-fjölskyldu ryðfríu stáli myndað brothættan millimálma sigma fasa sem dregur úr seigleika og sveigjanleika við stofuhita. Búnaður sem fer í gegnum þetta hitastig ítrekað, eins og ofnhurðir og brennarahlutar, verða fyrir þessum áhrifum meira en búnaður sem starfar stöðugt efst á hitastigi.

Incoloy 800Hog 800HT eru metnar fyrir langtímaþjónustu í allt að um það bil 2.000 gráður F (1.093 gráður), með stuttar-ferðir mögulegar umfram það á kostnað hraðari styrktaps og oxunar. Vegna þess að málmblöndur úr 800-röðinni eru lausnar-glöggaðar við að lágmarki 2.100 gráður F (1.149 gráður) til að framleiða grófari, skríðþolnari kornbyggingu-, og vegna þess að hærra nikkelinnihald þeirra bælir niður sama sigma-fasa kerfi sem hefur áhrif á 310 þol í okkur breiðari hluta rekstrarsviðs ofnsins, þar á meðal með endurteknum hitauppstreymi.

Hvaða álfelgur býður upp á betri viðnám gegn oxandi og kolvetnandi andrúmslofti?

Oxunarþol í báðum málmblöndunum kemur fyrst og fremst frá krómi, sem myndar verndandi króm-oxíðhleif við háan hita. 310S ber í raun meira króm en Incoloy 800H (u.þ.b. 25% á móti u.þ.b. 21%), sem er ein ástæða þess að 310S framkvæmir sterka, hagkvæma oxandi andrúmsloft í svo sem hreinum, hagkvæmum oxandi andrúmslofti. ofnskeljar og brennarabúnað.

Carburization viðnám er öðruvísi vélbúnaður, og það er þar sem tvær málmblöndur víkja mest. Kolefnisflutningur inn í málmyfirborðið frá kolefnisríku andrúmslofti er mjög háð nikkelinnihaldi, vegna þess að nikkel hefur mjög litla leysni fyrir kolefni og hægir á dreifingu þess inn á við. Vettvangsgögn um 800H slöngur í kolvetnisvinnslu-vinnslu sýna að málmblöndunni heldur sveigjanleika og burðarvirki eftir margra ára váhrif, við aðstæður þar sem ryðfríu stáli úr lægri -nikkel 310-fjölskyldunni karburast mælanlega hraðar. Þetta er aðalástæðan fyrir því að Incoloy 800H er núverandi efnið fyrir etýlen pyrolysis rör, íhluti fyrir kolvetnissprunguofn og hitameðhöndlunarkörfur og innréttingar sem sjá endurteknar kolvetnislotur.

Birtur tæringarhraðasamanburður í umhverfi olíuhreinsunarstöðva sýnir bilið: Incoloy 800H/800HT málmblöndur hafa verið mældar á u.þ.b. 0,15 mm/ári (6,0 mpy), á móti u.þ.b. 0,23 mm/ári (8,9 mpy) fyrir 310-fjölskyldu ryðfríu stáli. Lægri tæringartíðni þýðir beint í lengri endingu íhluta og færri ófyrirséð bilun fyrir skoðun eða skipti.

Hvernig bera skrið og streita-rofstyrk saman við hækkuðu hitastig?

Skrið er hæg-tímaháð aflögun málms við viðvarandi álag við háan hita og álags-rofstyrkur lýsir hversu mikið álag efni getur borið áður en það brotnar eftir tiltekinn fjölda þjónustustunda. Þessi eiginleiki skiptir máli fyrir alla ofnaíhluti sem er undir álagi á meðan hann er heitur - geislunarrör undir innri þrýstingi, snagi sem styður eldföst efni eða spólu í hitabrennsluofni -, ólíkt íhlutum sem eru einfaldlega útsettir fyrir hita án verulegs vélræns álags, eins og hlífðarhlíf eða hlífðarhlíf.

310S býður upp á hóflegan skrið-rofstyrk, fullnægjandi fyrir lítið hlaðna íhluti. Incoloy 800H og 800HT voru sérstaklega þróuð til að lengja skrið-líftímann umfram það sem staðlað 800 eða 310-fjölskyldu ryðfríu stáli veitir, með stýrðu kolefnisinnihaldi (0,05–0,10%) og grófri-kornlausnglæðingu, að lágmarki 104 gráður F, (104 gráður F, 1). Incoloy 800HT herðir ál-og-títanforskriftina enn frekar í viðbót, fyrir forrit sem krefjast lengsta hagnýta endingartíma við viðvarandi háhitaálag, eins og etýlen ofnrör og pyrolysis spólur.

Heimild: Tekið saman úr ASTM A240/B407/B409 forskriftargögnum og birt háan-tæringarhraða-hitastigs og vélrænni-eiginleikarannsóknum fyrir 310/310H og Incoloy 800H/800HT í súráls- og ofnaþjónustu. Staðfestu leyfilegt hönnun miðað við núverandi ASME kafla II hluta D eða viðeigandi kóðaútgáfu áður en endanleg forskrift.

Hver er kostnaðarmunurinn og hvenær er iðgjaldið réttlætanlegt?

Nikkel er stöðugt stærsti einstaki drifkrafturinn fyrir verðlagningu álfelgurs fyrir bæði efnin, en Incoloy 800H/HT ber um það bil 50 prósent meira nikkel miðað við þyngd en 310S, og nikkel verslast venjulega á verulegu margfeldi af krómi og járni sem mynda megnið af 310S málmblönduinnihaldi. Þetta gerir 800-röð málmblöndur að dýrari kaupum miðað við -pund eða á -línulegan feta grunn, áður en tilbúningur er jafnvel talinn.

Ákvörðunarramminn sem leiðir af tæknilegum samanburði hér að ofan er einfaldur. Tilgreindu 310S þegar íhluturinn sér hreint oxandi andrúmsloft, létt eða ekkert vélrænt álag og miðlungs -lífsvæntingar - ofnaskeljar, hurðir, viftur og ó-hleðslu-hlífar eru algengar. Tilgreindu Incoloy 800H eða 800HT þegar íhluturinn er undir viðvarandi álagi við hitastig, útsettur fyrir kolefnis- eða súlfíðandi andrúmslofti, eða þegar kostnaður við ófyrirhugaða stöðvun til að skipta um bilaðan íhlut fer verulega yfir efniskostnaðarálag - geislunarrör, vinnslu-hitasprunguíhlutir{1} og hitasprungu{1} innréttingar með langa kolefnishringrás eru algengar passa.

Hvernig eru kröfur um framleiðslu, suðu og hitameðferð mismunandi?

310S er lausn-glöðuð á bilinu 1.900–2.100 gráður F (1.030–1.150 gráður) fylgt eftir með hraðri kælingu, sem setur karbíð aftur í lausn og hámarkar tæringarþol. Ef 310-fjölskyldubúnaður hefur séð lengri þjónustu yfir 1.200 gráðu F (650 gráður) og sigma fasi hefur myndast, er almennt hægt að endurheimta sveigjanleika með sömu lausninni-glæðingarlotu; endurglæðing eftir u.þ.b. 1.000 klukkustunda þjónustu yfir 1.200 gráðu F er algengt viðhaldstímabil fyrir búnað sem er viðkvæmt fyrir sigmamyndun.

Incoloy 800H og 800HT krefjast lausnarglæðingar við að lágmarki 2.100 gráður F (1.149 gráður) - áberandi hærra en glæðingin sem notuð er fyrir 310S - sérstaklega til að framleiða grófari kornabyggingu (venjulega ASTM kornastærð Engin{{9}{1} sem bætir líftíma kreppunnar. Báðar málmblöndurnar eru soðanlegar með hefðbundnum gaswolframboga- og hlífðarmálmbogaferlum með samsvarandi eða næstum{12}}samsvörun fyllimálmi, og báðar eru venjulega kaldar-myndaðar, þó að 800-röð málmblöndur geti sýnt einkennandi yfirborðsáferð ("appelsínuhúð") eftir mikla kuldamyndun vegna kornstærðar þeirra.

Hvaða málmblöndu ættir þú að tilgreina fyrir algenga ofna- og ofnaíhluti?

Heimild: Almennar leiðbeiningar um val byggðar á skjalfestum eiginleikum álfelgurs og algengum aðferðum við iðnaðarofna/ofna. Íhluta-sérstakt val ætti að taka mið af raunverulegri efnafræði andrúmslofts, þrýstingsmat, tíðni hitauppstreymis og viðeigandi hönnunarkóða.

Algengar spurningar

Sp.: Er hægt að nota 310S og Incoloy 800H til skiptis í sama ofni?

A: Ekki almennt. Þeir hafa mismunandi hitastækkunarhraða og mismunandi skriðhegðun, þannig að blanda þeim í einni soðinni samsetningu undir álagi getur skapað mismunaálag. Þar sem báðar málmblöndurnar birtast í sama ofninum eru þær venjulega notaðar í aðskilda, óháða studda íhluti - til dæmis, 310S skel með Incoloy 800H innri slöngu.

Sp.: Er Incoloy 800 það sama og Incoloy 800H eða 800HT?

Svar: Nei. Standard Incoloy 800 (UNS N08800) leyfir breiðari kolefnissvið og ber ekki gróft-korn, há-hitalausnarglæðingu sem gefur 800H (UNS N08810) og 800HT (UNS N08811) betri skriðstyrk{9}}. Í núverandi forskriftum fyrir ofna og vinnslu-hitara hafa 800H og 800HT að mestu komið í stað staðlaðs 800.

Sp.: Þarf 310S eftir-suðuhitameðferð?

Svar: Ekki fyrir tæringarþol í flestum ofnum, þar sem 310S er lágt-kolefnisgæði með góða viðnám gegn suðu-tengdri næmingu. Ef búnaður mun sjá aukna þjónustu í sigma-fasa-myndunarsviðinu er reglubundin lausnarglæðing - ekki streitulosun - viðeigandi úrbótameðferð, ekki venjubundin eftir-suðukrafa.

Sp.: Hver eru hagnýt hitastigsmörk fyrir samfellda 310S þjónustu?

A: Um það bil 2.000 gráður F (1.093 gráður) fyrir samfellda oxunarþjónustu, með þeim fyrirvara að búnaður sem hjólar í gegnum 1.200–1.650 gráður F (650–900 gráður) endurtekið verður fyrir sigma-fasa mögnun með tímanum og ætti að vera endurmetinn{1} í tímabundnum tíma.

Sp.: Hvers vegna skiptir nikkelinnihald svo miklu máli fyrir uppkolunarviðnám?

Svar: Kolefni er mjög lítið leysanlegt í nikkel og dreifist hægar inn í það en í járn eða króm. Vegna þess að Incoloy 800H ber u.þ.b. 30–35% nikkel á móti u.þ.b. 19–22% fyrir 310S, kemst kolefni hægar inn í yfirborð þess við sömu kolefnisaðstæður, sem er aðalástæðan fyrir því að 800H er betri en 310-fjölskyldu ryðfríu stáli í kolefnisofni.