Incoloy 800HT לעומת סגסוגת 600: יציבות מיקרו-מבנית ארוכת טווח-ב-800-900 מעלות

Incoloy 800HTוסגסוגת 600 הן סגסוגות ברזל-ניקל-כרום וגם סגסוגות ברזל-כרום- הנחשבות לעתים קרובות עבור רכיבי תנורים, מתקנים לטיפול בחום-וציוד תהליכי הפועל בטווח של 800-900 מעלות. למרות המראה הדומה שלהם בגליון נתונים, הם מזדקנים באופן שונה מאוד במשך אלפי שעות בטמפרטורה: האחת מיועדת-לצורך{10}}חוזק זחילה לטווח ארוך, והשנייה לעמידות בפני קורוזיה בשירות כימי וגרעיני בטמפרטורה-נמוכה יותר.

מדריך זה משווה את הכימיה שלהם, התנהגות משקעי קרביד, מבנה הגרגירים, חוזק השבר-זחילה ועמידות החמצון/התקרבות שלהם, כך שהמהנדסים יכולים לבחור את הסגסוגת שתחזיק בפועל לאורך מסע שירות רב-שנתי במקום להיכשל מוקדם משינוי מיקרו-מבנה בלתי צפוי.

מה הם Incoloy 800HT וסגסוגת 600, ולמה להשוות ביניהם ב-800-900 מעלות?

Incoloy 800HT (UNS N08811) היא סגסוגת ברזל-ניקל-כרום שתוכננה במיוחד עבור חוזק-טמפרטורות גבוהות ויציבות מבנית, בעוד סגסוגת 600 (UNS N06600) היא ניקל-הבדל מנועי-כרומיום{9}הבדל{9} ראשוני{9} בכוונת העיצוב שנעשית מכרעת ברגע ששתי הסגסוגות מוחזקים לתקופות ממושכות ב-800-900 מעלות.

שתי הסגסוגות חולקות בסיס של שלושה-אלמנטים דומה (ניקל, כרום, ברזל), ולכן לפעמים משווים אותן לאותו יישום בטמפרטורה גבוהה-. עם זאת, אסטרטגיית הסגסוגת שלהם משתנה בחדות. Incoloy 800HT מוסיף פחמן מבוקר בתוספת אלומיניום וטיטניום, ומציין גודל גרגר מבוקר גס יותר, במיוחד כדי למקסם את חוזק הפריצה-זחילה מעל 700 מעלות.

סגסוגת 600פותחה לעמידות מצוינת בפני כלורי-לפיצוח קורוזיה ופיצוח קאוסטי במחוללי קיטור גרעיניים ועיבוד כימי, עם חוזק מבני-מוגבה בטמפרטורה כשיקול משני. ב-800-900 מעלות, יעדי התכנון השונים הללו מייצרים התנהגות מיקרו-מבנית שונה למדי-.

טבלה 1 - טווחי הרכב כימיים מייצגים לפי מפרטי ASTM/ASME (B407/B163 עבור 800HT; B166/B168 עבור Alloy 600). ודא מול מפרטי הטחנה הנוכחיים לשימוש בתכנון.

אילו שינויים מיקרו-מבניים מתרחשים בשתי הסגסוגות במהלך-חשיפה לטמפרטורה גבוהה-לטווח ארוך?

שתי הסגסוגות עוברות משקעי קרביד, אבולוציה מסוימת בכימיה של גבול הגרגר ואובדן הדרגתי של משיכות -טמפרטורת החדר במהלך חשיפה-לטווח ארוך ב-800-900 מעלות, אבל הפחמן המבוקרים וגודל הגרגירים של Incoloy 800HT מתוכננים במיוחד כדי לגרום לשינויים אלה לפעול ללא שליטה,0 00 מבנה התבואה ותכולת הפחמן הנמוכה יותר הופכים את אותם שינויים לסביר יותר להפחית את המשיכות ללא יתרון חוזק מפצה.

בטמפרטורה גבוהה מתמשכת, כרום מתחבר עם פחמן ויוצרים קרבידים עשירים בכרום- (בעיקר M23C6), אשר נוטים להיווצר תחילה לאורך גבולות התבואה. ב-Incoloy 800HT, משקעי קרביד זה מתוכננים בכוונה: תכולת הפחמן הגבוהה יותר של הסגסוגת וגודל הגרגירים הגס המבוקרת (גודל גרגיר ASTM 5 או גס יותר) מקדמים רשת קרביד חצי-מתמשכת-שמצמידה את גבולות הגרגירים ומחליקה את {{6}הפרק 8}. בטמפרטורות אלו.

בסגסוגת 600, שלא תוכננה עם מחשבה על מנגנון חיזוק זה, אותו משקעי קרביד מייצר לעתים קרובות יותר סרט גבול גרגר רציף ללא תועלת חיזוק תואמת, אשר יכול לרוקן באופן מקומי את הכרום (רגישות) ולהפחית הן עמידות בפני קורוזיה והן משיכות זחילה.

מה ההבדל בין משקעי קרביד בין Incoloy 800HT לבין Alloy 600?

Incoloy 800HT נועד לייצר מבנה קרביד גבול-בגרגר מבוקר, לא רציף המשפר את חוזק הזחילה, בעוד שתכולת הפחמן הנמוכה והפחות מבוקרת של Alloy 600 גורמת לו להיות נוטה יותר לסרט קרביד רציף המקדם פיצוח בין-גרגירי בחשיפה תרמית-לטווח ארוך ומתח.

טבלה 2 - התנהגות משקעים השוואתית של קרביד וכוונת עיצוב עבור Incoloy 800HT ו- Alloy 600 בטמפרטורה מוגברת.

לאיזו סגסוגת יש עמידות טובה יותר לשלב סיגמא ולשלבים בין מתכתיים מפורקים אחרים?

אף אחד מהסגסוגות אינו נוטה להיווצרות פאזות סיגמה בהשוואה לסגסוגות-על נושאות-כרום, מוליבדן- גבוהות יותר, אך עיצוב הסגסוגת של Incoloy 800HT והיסטוריית השירות הארוכה בטווח של 800-900 מעלות מעניקים לו עמידות-מתועדת טובה יותר בפני חשיפה בין-מתכתית{6} לכל-שנת חשיפה מתכתית{0}. רקורד קצר יותר במיוחד בטווח טמפרטורות זה.

שלב סיגמא ואינטרמטאליים מתפוררים קשורים נוצרים בקלות רבה ביותר בסגסוגות עם כרום גבוה בשילוב עם תכולת מוליבדן, טונגסטן או ניוביום בטמפרטורות ביניים (בערך 600-900 מעלות). גם ל-Incoloy 800HT וגם ל- Alloy 600 יש תכולת כרום צנועה ותכולת מוליבדן -עד- זניחה בהשוואה לסגסוגות כגון 625 או פלדות אל-חלד על-אוסטניטיות, מה שמגביל את הסיכון לשלב הסיגמא בשתיהן. עם זאת, ל-Incoloy 800HT יש עשרות שנים של שימוש מתועד בצינורות תנורי אתילן פירוליזה, סלסלות זרזים וגופי טיפול{10}}בחום במיוחד ב-800-1100 מעלות, מה שנותן למטלורגים גוף גדול הרבה יותר של-טווח ארוך של נתוני ההזדקנות המיקרו-מבניים שמאשרים את יציבותו המיקרו-מבנית. מצויין בדרך כלל עבור שירות מתחת ל-650 מעלות.

כיצד גודל גרגר ואופי גבול גרגר משפיעים על יציבות-לטווח ארוך?

גודל הגרגר הגס שצוין של Incoloy 800HT משפר ישירות את חיי השבר בזחילה על ידי הקטנת שטח גבול התבואה הכולל הזמין להחלקת גבול התבואה, בעוד שמבנה הגרגירים של Alloy 600 עדין יותר,-מהחוצץ - טוב לעמידות -ועמידות{6} בטמפרטורה ועמידות בפני קריעה{6} בחדר ב-800-900 מעלות.

עיוות זחילה בטמפרטורה גבוהה ומתח נמוך-עד-מתון נשלט על ידי החלקה של גבול התבואה ודיפוזיה לאורך גבולות התבואה. למבנה גרגר גס יותר יש פחות שטח גבול גרגר ליחידת נפח באופן יחסי, מה שמאט ישירות את מנגנון העיוות הזה ומאריך את זמן הקרע. מפרט הטחנה של Incoloy 800HT דורש גודל גרגר גס מבוקר במיוחד כדי לנצל את הקשר הזה. Alloy 600, המיוצרת בעיקר עבור יישומי קורוזיה שבהם גודל גרגירים עדינים משפר את העמידות בפני קורוזיה בין-גרגירית וסדקים בטמפרטורות נמוכות יותר, מסופקת בדרך כלל עם מבנה גרגירים עדין יותר שאינו יעיל מבחינה מתכתית עבור שירות זחילה מתמשך בטמפרטורה-גבוהה.

לאיזו סגסוגת יש עוצמת זחילה טובה יותר-ב-800-900 מעלות?

Incoloy 800HT מספק חוזק זחילה- גבוה משמעותית מאשר Alloy 600 ב-800–900 מעלות, וזו הסיבה העיקרית לכך שהוא - ולא Alloy 600 - הוא הסגסוגת הסטנדרטית שצוינה עבור רכיבים מבניים-ארוכים בטווח טמפרטורות זה.

טבלה 3 - השוואה איכותית של התאמת עיצוב קרע זחילה-. ערכי מתח מותרים בפועל הם טמפרטורה-, זמן- וקוד-מהדורה-ספציפית; עיין ב-ASME סעיף II חלק D הנוכחי או בקוד העיצוב הרלוונטי לערכים מספריים.

כיצד משתווים התנגדות חמצון וקרבוריזציה בטמפרטורות אלו?

תכולת הכרום הגבוהה יותר של Incoloy 800HT מעניקה לו עמידות מצוינת לחמצון ב-800-900 מעלות באוויר ובאטמוספרות מחמצנות קלות, בעוד שתכולת הניקל הגבוהה בהרבה של Alloy 600 מעניקה לו יתרון בהפחתת אטמוספירות חזקות או בהפחתת אטמוספרות שבהן מסיסות פחמן ודיפוזיות נמוכה יותר במטריצת ניקל-גבוהה.

טבלה 4 - השוואת התנגדות ספציפית לסביבה- בין Incoloy 800HT לבין Alloy 600.

איזו סגסוגת עמידה טוב יותר באבק מתכת בטמפרטורה גבוהה?

סגסוגת 600 מציעה בדרך כלל עמידות טובה יותר לאבק מתכת מאשר Incoloy 800HT בסביבות גז-עשירות בפחמן, נמוכות-בחמצן, מכיוון שתכולת הניקל הגבוהה משמעותית שלו מדכאת בצורה יעילה יותר את רווית העל בפחמן שמתחילה התקפת אבק מתכת.

אבק מתכת הוא צורה קטסטרופלית של קרבוריזציה המתרחשת באטמוספרות גז רווי פחמן- בערך בין 400-800 מעלות, כאשר פני הסגסוגת מתפרקים לאבק של חלקיקי מתכת עדינים ופחמן. לניקל יש מסיסות ודיפוזיה של פחמן נמוכות בהרבה מאשר ברזל, ולכן סגסוגות עם תכולת ניקל גבוהה יותר בדרך כלל מתנגדות להתחלת אבק מתכת טוב יותר מסגסוגות עשירות בברזל עם תכולת כרום דומה.

מכיוון ש-Alloy 600 נושא יותר מכפול מתכולת הניקל של Incoloy 800HT, הוא בדרך כלל מתפקד טוב יותר בסביבות תהליכים עשירות בגז-, גז סינון ושאר-פעילות-פחמן, שבהן אבק מתכת הוא האיום הדומיננטי, למרות ש-Incoloy 800HT נותרה הבחירה החזקה יותר לאווירת חמצון של מבנים טהורים.

מה מראים-מחקרי הזדקנות ארוכי טווח על אובדן גמישות?

שתי הסגסוגות מאבדות מעט משיכות של-טמפרטורת החדר לאחר אלפי שעות ב-800-900 מעלות עקב משקעי קרביד בגבול התבואה, אך מורפולוגיית הקרביד המבוקרת של Incoloy 800HT גורמת בדרך כלל לאובדן משיכות צפוי והדרגתי יותר מאשר סגסוגת 600, שיכולה להראות סרטים חדים יותר{5}. מתמשך.

אובדן הגמישות במהלך -הזדקנות ארוכת טווח מונע בעיקר על ידי המעבר מקרבידים מבודדים ובלתי רציפים של גרגרים- לרשת קרביד רציפה, המספקת נתיב קל להתפשטות הסדקים הבין-גרעיניים ברגע שהחומר מתקרר ונטען בטמפרטורת החדר (לדוגמה, במהלך כיבוי או השבתה תרמית). עיצוב הסגסוגת של Incoloy 800HT - כולל תוספות האלומיניום והטיטניום שלו, שיוצרות גם משקעים תוך גרגיריים עדינים - עוזרים לאזן את היווצרות הגבול של קרביד-תבואה כנגד חיזוק המטריצה ​​הכוללת, ומייצר התנהגות הזדקנות-סלחנית יותר. מכיוון שמשקעי הקרביד של Alloy 600 אינם מאוזנים באופן דומה לפי התכנון, חשיפה מתמשכת ב-800-900 מעלות יכולה לייצר רשת קרביד רציפה יותר{12}}וירידה חדה יותר בהתאמה במשיכות טמפרטורת החדר-במסעות שירות ארוכים.

איזו סגסוגת יש לבחור עבור יישומים ספציפיים בטמפרטורה גבוהה-?

Incoloy 800HT צריכה להיות בחירת ברירת המחדל עבור רכיבים מבניים-לאורך זמן הפועלים ברציפות ב-800-900 מעלות באווירה מחמצנת, בעוד Alloy 600 נותרה הבחירה הטובה יותר כאשר ההתנגדות לקרבור או לאבק מתכת הם מצב הכשל הדומיננטי, או כאשר הרכיב דורש עמידות מצוינת בפני טמפרטורה נמוכה יותר של קורוזיה של כלוריד-.

צינורות תנור פירוליזה של אתילן, סלסלות תומכות זרז ומתלי צינורות קורנים: חוזק זחילה של Incoloy 800HT - ועמידות חמצון הם הדרישות השולטות.

מתקנים לטיפול בחום-, מגבונים ורטורטים הפועלים ברציפות מעל 800 מעלות: יציבות ממדית של Incoloy 800HT - לטווח ארוך- תחת עומס היא קריטית.

גז סינת, רפורמר מימן ורכיבי תהליך עשירים אחרים ב-פעילות-פחמן מתחת ל-800 מעלות בקירוב: סגסוגת 600 - אבק מתכת ועמידות בפני קרבוריזציה הן הדרישות השולטות.

רכיבים שעוברים במחזוריות בין שירות-בטמפרטורה גבוהה לבין חשיפה מימית או כלורי-בטמפרטורה נמוכה יותר: ייתכן שיהיה צורך בסגסוגת 600 - בשילוב של טמפרטורה- גבוהה ועמידות בפני SCC כלוריד, אם כי כיום, סגסוגת 690 מועדפת לעתים קרובות עבור עיצובים חדשים הדורשים את שניהם.

יישומי סביבה- מעורבת: עיין בהרכב הגז הספציפי בתהליך, רמת המתח וחיי התכנון הנדרשים, שכן בחירת סגסוגת ב-800-900 מעלות צריכה תמיד להיות מאומתת מול מצב הכשל השולט, לא לטמפרטורה בלבד.

שאלות נפוצות

Alloy 600 יכולה לשרוד חשיפה לטווח קצר ב-900 מעלות, אבל עבור שירות רציף, נושא עומס על פני אלפי שעות, Incoloy 800HT היא הבחירה הטובה יותר מכיוון שגודל הגרגירים המבוקרת שלו וחיזוק הקרביד/גמא-הראשי מספקים חוזק זחילה גבוה יותר בטמפרטורה זו{{6}.

מדוע Incoloy 800HT מציין גודל גרגר גס כאשר גרגרים עדינים יותר משפרים בדרך כלל את החוזק?

גרגרים עדינים משפרים את החוזק בטמפרטורת החדר ובטמפרטורה נמוכה על ידי התנגדות לתנועת נקע, אך בטמפרטורה גבוהה הם מגדילים את שטח גבול התבואה הכולל הזמין להחלקת גבול התבואה, שהוא מנגנון עיוות הזחילה הדומיננטי מעל פי 0.5 בערך מנקודת ההיתוך של הסגסוגת; מבנה גרגר גס יותר מפחית את האפקט הזה ומשפר את חיי השבר-.

האם Alloy 600 עמיד יותר בפני קורוזיה מאשר Incoloy 800HT באופן כללי?

סגסוגת 600 מציעה בדרך כלל עמידות טובה יותר בפני פיצוח קורוזיה של כלוריד ואבק מתכת בשל תכולת הניקל הגבוהה שלה, בעוד ש-Incoloy 800HT מציע עמידות טובה יותר לחמצון בסביבות אוויר חם וגזי בעירה בשל תכולת הכרום הגבוהה יותר שלה, כך שהתשובה תלויה בסביבה הקורוזיבית הספציפית במקום שסגסוגת אחת עמידה יותר בפני קורוזיה.

האם חשיפה לטווח ארוך-ב-800-900 מעלות הופכת את אחת הסגסוגות לא בטוחות לשימוש לאחר מכן בטמפרטורת החדר?

שתי הסגסוגות שומרות על גמישות-טמפרטורת החדר לאחר חשיפה ארוכת טווח לטמפרטורה גבוהה-לטווח ארוך, אם כי יש לצפות להפחתה מסוימת ולהביא בחשבון בתכנון; יש לבדוק רכיבים שהוסרו משירות-לטווח ארוך בטמפרטורה-גבוהה, וכאשר הדבר נדרש על פי הקוד הרלוונטי, להעריך את המשך ההתאמה לשירות לפני שימוש חוזר.

איזו סגסוגת נמצאת בשימוש נרחב יותר עבור צינורות תנורים לפיצוח אתילן?

Incoloy 800HT ועמיתיו היצוקים (כגון HP-סגסוגות שעברו שינוי) נפוצים הרבה יותר עבור צינורות תנורי אתילן פירוליזה מאשר Alloy 600, מכיוון שהצינורות הם רכיבי לחץ נושאי עומס- הפועלים ברציפות בטמפרטורות שבהן חוזק השבר- בזחילה שולט בחוזק הפריצה בתכנון.