310S lwn Incoloy 800:-Pemilihan Aloi Tahan Panas untuk Aplikasi Relau dan Kiln

pengenalan

Jurutera pemprosesan relau, tanur dan terma-secara rutin menghadapi keputusan bahan yang sama: tentukan kos-keluli tahan karat tahan haba-kos efektif, atau naikkan kepada nikel-besi-aloi kromium yang dibina untuk kekuatan suhu tinggi-tahan.Keluli tahan karat 310Sdan Incoloy 800 (termasuk varian 800H dan 800HT) ialah dua calon yang paling kerap dibandingkan untuk keputusan ini. Kedua-duanya menentang pengoksidaan pada suhu tinggi, kedua-duanya mudah dibuat dan dikimpal, dan kedua-duanya muncul secara rutin dalam pintu relau, peredam, tiub berseri dan lekapan rawatan haba-.

Prestasi mereka menyimpang secara mendadak, walau bagaimanapun, sebaik sahaja suasana pengkarburan, beban mekanikal yang berterusan, atau selang servis yang panjang memasuki gambar. Artikel ini membandingkan dua aloi merentas komposisi, keupayaan suhu, rintangan pengoksidaan dan pengkarbonan,{1}}kekuatan pecah rayapan, keperluan fabrikasi dan jumlah kos pemilikan, supaya jurutera dan pembeli boleh memadankan aloi dengan aplikasi dan bukannya sebaliknya.

Apa yang Membezakan 310S daripada Incoloy 800 Secara Metalurgi?

Perbezaan komposisi ialah punca setiap perbezaan prestasi hiliran yang dibincangkan dalam artikel ini. 310S membawa kromium sebagai unsur pengaloian utamanya dan nikel sebagai penstabil austenit sekunder, itulah sebabnya ia diklasifikasikan sebagai keluli tahan karat dan bukannya aloi nikel. Incoloy 800 menyongsangkan nisbah itu: nikel ialah penambahan pengaloian majoriti, kromium adalah sekunder, dan besi membentuk keseimbangan dan bukannya logam asas. Kandungan nikel yang lebih tinggi inilah yang memberikan aloi siri 800-ketahanan mereka terhadap penyebaran karbon dan kekuatan tertahannya pada suhu - tetapi nikel juga merupakan input bahan mentah yang lebih mahal, itulah sebabnya produk siri Incoloy 800 membawa premium kos yang berterusan melebihi 310S.

Sumber: ASTM A240/A480 (310S); Spesifikasi kilang ASTM B407/B408/B409 dan UNS N08810 (Incoloy 800H). Julat ialah had spesifikasi nominal; mengesahkan terhadap laporan ujian kilang semasa.

Dua butiran komposisi lain penting untuk perkhidmatan relau. Pertama, 310S ialah varian karbon-rendah bagi gred 310 standard (yang membenarkan sehingga 0.25% karbon); karbon yang lebih rendah dalam 310S meningkatkan ketahanan terhadap pemekaan dan kakisan antara butiran selepas kimpalan. Kedua, Incoloy 800H itu sendiri ialah varian saiz-karbon, terkawal-butiran-terkawal bagi asas Incoloy 800 dan Incoloy 800HT mengetatkan lagi aluminium-tambah-julat titanium - kedua-dua penambahbaikan1} secara khusus kepada{1}kekuatan rupna1} proses-perkhidmatan pemanas, yang dibincangkan dalam Bahagian 4.

Aloi Mana Yang Menahan Suhu Operasi Berterusan yang Lebih Tinggi?

310S biasanya dinilai untuk rintangan pengoksidaan berterusan sehingga kira-kira 2,000 darjah F (1,093 darjah ) dan untuk perkhidmatan terputus-putus atau sedikit kitaran kepada julat yang serupa, disebabkan kandungan kromiumnya yang tinggi. Pengehad praktikal untuk 310S dalam perkhidmatan relau dan tanur bukanlah skala oksida - ia adalah sigma-pembentukan fasa. Selepas pendedahan berpanjangan antara kira-kira 1,200 darjah F dan 1,650 darjah F (650–900 darjah ), 310-keluli tahan karat keluarga boleh membentuk fasa sigma antara logam rapuh yang mengurangkan keliatan dan kemuluran suhu bilik. Peralatan yang berputar melalui jalur suhu ini berulang kali, seperti pintu relau dan komponen penunu, lebih terdedah kepada kesan ini daripada peralatan yang beroperasi secara berterusan di bahagian atas julat suhu.

Incoloy 800Hdan 800HT dinilai untuk-perkhidmatan jangka panjang sehingga lebih kurang 2,000 darjah F (1,093 darjah ), dengan-tempoh lawatan yang singkat mungkin melebihi kos kehilangan kekuatan dan pengoksidaan yang dipercepatkan. Oleh kerana aloi siri 800-adalah larutan-anil pada sekurang-kurangnya 2,100 darjah F (1,149 darjah ) untuk menghasilkan struktur bijian yang lebih kasar, lebih tahan rayap-dan kerana kandungan nikelnya yang lebih tinggi menindas mekanisme fasa sigma yang sama yang menjejaskan ketangguhan dan kebolehgunaan merentas 310S. julat pengendalian relau, termasuk melalui kitaran haba berulang.

Aloi yang manakah Menawarkan Rintangan yang Lebih Baik terhadap Atmosfera Pengoksidaan dan Karburisasi?

Rintangan pengoksidaan dalam kedua-dua aloi datang terutamanya daripada kromium, yang membentuk skala kromium-oksida pelindung pada suhu tinggi. 310S sebenarnya membawa lebih banyak kromium daripada Incoloy 800H (kira-kira 25% berbanding kira-kira 21%), yang merupakan salah satu sebab 310S kekal sebagai pengoksidasi udara yang kuat, berprestasi ekonomi dalam suasana pengoksidaan udara yang bersih. perkakasan.

Rintangan pengkarbonan adalah mekanisme yang berbeza, dan di sinilah kedua-dua aloi bercapah paling ketara. Pemindahan karbon ke dalam permukaan logam daripada suasana yang kaya-karbon sangat bergantung pada kandungan nikel, kerana nikel mempunyai keterlarutan yang sangat rendah untuk karbon dan memperlahankan resapan ke dalam. Data medan pada tiub 800H dalam perkhidmatan pemprosesan hidrokarbon-karburkan menunjukkan aloi yang mengekalkan kemuluran dan integriti struktur selepas pendedahan bertahun-tahun, dalam keadaan di mana keluli tahan karat keluarga -nikel 310-yang lebih rendah mekarburkan dengan lebih pantas. Inilah sebab utama Incoloy 800H ialah bahan penyandang untuk tiub pirolisis etilena, komponen relau retak hidrokarbon dan bakul dan lekapan rawatan haba yang melihat kitaran pengkarbonan berulang.

Perbandingan kadar kakisan-yang diterbitkan dalam persekitaran relau penapisan menggambarkan jurang: Aloi Incoloy 800H/800HT telah diukur pada kira-kira 0.15 mm/tahun (6.0 mpy), berbanding kira-kira 0.23 mm/tahun (8.9 mpy) untuk keadaan keluli tahan karat 310 yang kurang serasi. Kadar kakisan yang lebih rendah diterjemahkan terus kepada hayat komponen yang lebih lama dan lebih sedikit gangguan yang tidak dirancang untuk pemeriksaan atau penggantian.

Bagaimanakah Rayapan dan Tekanan-Kekuatan Pecah Berbanding pada Suhu Tinggi?

Rayapan ialah ubah bentuk logam-bergantung kepada masa yang perlahan di bawah beban berterusan pada suhu tinggi dan tegasan-kekuatan pecah menerangkan berapa banyak tekanan yang boleh dibawa oleh bahan sebelum ia patah selepas beberapa jam perkhidmatan. Sifat ini penting untuk mana-mana komponen relau yang berada di bawah beban semasa panas - tiub berseri di bawah tekanan dalaman, penyangkut yang menyokong refraktori atau gegelung dalam relau pirolisis - yang berbeza daripada komponen yang hanya terdedah kepada haba tanpa beban mekanikal yang ketara, seperti pelapik meredam atau perisai.

310S menawarkan kekuatan pecah rayapan sederhana-, memadai untuk komponen yang dimuatkan dengan ringan. Incoloy 800H dan 800HT telah dibangunkan secara khusus untuk memanjangkan-hayat pecah rayapan melebihi apa yang disediakan oleh keluli tahan karat keluarga 800 atau 310-keluarga, melalui kandungan karbon terkawal (0.05–0.10%) dan anil larutan bijirin-kasar pada minimum 2,100 darjah F (1,000). Incoloy 800HT mengetatkan lagi spesifikasi aluminium-dan-titanium selain daripada itu, untuk aplikasi yang menuntut hayat perkhidmatan praktikal terpanjang di bawah tekanan suhu tinggi yang berterusan, seperti tiub relau etilena dan gegelung pirolisis.

Sumber: Disusun daripada data spesifikasi ASTM A240/B407/B409 dan menerbitkan-kadar kakisan suhu-tinggi dan{5}}kajian sifat untuk 310/310H dan Incoloy 800H/800HT dalam perkhidmatan penapisan dan relau. Sahkan reka bentuk yang dibenarkan terhadap ASME Bahagian II Bahagian D semasa atau edisi kod yang berkenaan sebelum spesifikasi akhir.

Apakah Perbezaan Kos, dan Bilakah Premium Diwajarkan?

Nikel secara konsisten merupakan pemacu tunggal terbesar bagi harga surcaj aloi untuk kedua-dua bahan, tetapi Incoloy 800H/HT membawa kira-kira 50 peratus lebih berat nikel daripada 310S, dan nikel lazimnya berdagang pada gandaan ketara kromium dan besi yang membentuk sebahagian besar kandungan aloi 310S. Ini menjadikan aloi siri 800-pembelian yang lebih mahal pada setiap-paun atau setiap-dasar linear-kaki, sebelum fabrikasi dipertimbangkan.

Rangka kerja keputusan yang mengikuti daripada perbandingan teknikal di atas adalah mudah. Tentukan 310S apabila komponen melihat suasana pengoksidaan yang bersih, ringan atau tiada beban mekanikal, dan perkhidmatan sederhana-jangkaan hayat - cengkerang relau, pintu, kipas dan perisai tanpa-beban-adalah padanan biasa. Nyatakan Incoloy 800H atau 800HT apabila komponen berada di bawah beban yang berterusan pada suhu, terdedah kepada suasana pengkarburan atau sulfida, atau apabila kos penutupan yang tidak dirancang untuk menggantikan komponen yang gagal dengan ketara melebihi kos bahan premium - tiub sinaran, proses-komponen pemanas{1},1} perekah haba{1} panjang{1} kitaran carburizing adalah sesuai biasa.

Bagaimanakah Keperluan Fabrikasi, Kimpalan dan Rawatan Haba Berbeza?

310S ialah larutan-anil dalam julat 1,900–2,100 darjah F (1,030–1,150 darjah ) diikuti dengan penyejukan pantas, yang meletakkan semula karbida ke dalam larutan dan memaksimumkan rintangan kakisan. Jika 310-peralatan keluarga telah menyaksikan perkhidmatan lanjutan melebihi 1,200 darjah F (650 darjah ) dan fasa sigma telah terbentuk, kemuluran secara amnya boleh dipulihkan dengan penyelesaian yang sama-kitaran annea; penyepuhlindapan semula selepas kira-kira setiap 1,000 jam perkhidmatan melebihi 1,200 darjah F ialah selang penyelenggaraan yang biasa disebut untuk peralatan yang terdedah kepada pembentukan sigma.

Incoloy 800H dan 800HT memerlukan anil larutan pada sekurang-kurangnya 2,100 darjah F (1,149 darjah ) - nyata lebih tinggi daripada anil yang digunakan untuk 310S - khusus untuk menghasilkan struktur butiran yang lebih kasar (biasanya saiz butiran ASTM Tiada. 5 atau serpihan kasar) yang bertambah baik. Kedua-dua aloi boleh dikimpal dengan arka tungsten gas standard dan proses arka logam terlindung dengan logam pengisi padan atau hampir{12}}padan, dan kedua-duanya berbentuk sejuk secara konvensional-, walaupun aloi 800 siri boleh memaparkan tekstur permukaan yang berciri ("kulit oren") selepas terbentuk sejuk berat disebabkan saiz butirannya yang lebih kasar.

Aloi Yang Harus Anda Tentukan untuk Komponen Relau dan Kiln Biasa?

Sumber: Panduan pemilihan umum berdasarkan sifat aloi yang didokumenkan dan amalan relau/tanur industri biasa. Pemilihan khusus komponen-harus mengambil kira kimia atmosfera sebenar, penilaian tekanan, kekerapan kitaran haba dan kod reka bentuk yang berkenaan.

Soalan Lazim

S: Bolehkah 310S dan Incoloy 800H digunakan secara bergantian dalam relau yang sama?

J: Tidak secara amnya. Mereka mempunyai kadar pengembangan haba yang berbeza dan tingkah laku rayapan yang berbeza, jadi mencampurkannya dalam satu pemasangan dikimpal di bawah beban boleh menghasilkan tegasan pembezaan. Apabila kedua-dua aloi muncul dalam relau yang sama, ia biasanya digunakan dalam komponen berasingan yang disokong secara bebas - sebagai contoh, cangkerang 310S dengan tiub dalaman Incoloy 800H.

S: Adakah Incoloy 800 sama dengan Incoloy 800H atau 800HT?

J: Tidak. Standard Incoloy 800 (UNS N08800) membenarkan julat karbon yang lebih luas dan tidak membawa butiran-butiran, suhu tinggi-anil larutan tinggi yang memberikan 800H (UNS N08810) dan 800HT (UNS N08811) kekuatan rayapan unggul{{9} mereka. Dalam spesifikasi relau dan proses{11}}pemanas semasa, 800H dan 800HT telah banyak menggantikan standard 800.

S: Adakah 310S memerlukan-rawatan haba kimpalan?

J: Bukan untuk rintangan kakisan dalam kebanyakan aplikasi relau, kerana 310S ialah-gred karbon rendah dengan rintangan yang baik terhadap-pemekaan yang berkaitan dengan kimpalan. Jika peralatan akan melihat perkhidmatan lanjutan dalam julat pembentukan-fasa-sigma, anneal penyelesaian berkala - bukan pelega tekanan - ialah rawatan pembetulan yang sesuai, bukan keperluan kimpalan pos rutin-.

S: Apakah had suhu praktikal untuk perkhidmatan 310S berterusan?

A: Kira-kira 2,000 darjah F (1,093 darjah ) untuk perkhidmatan pengoksidaan berterusan, dengan kaveat bahawa peralatan berbasikal melalui julat 1,200–1,650 darjah F (650–900 darjah ) berulang kali terdedah kepada sigma-pemekaan fasa dari semasa ke semasa dan harus dinilai untuk{{11} rendaman semula berkala

S: Mengapa kandungan nikel sangat penting untuk rintangan pengkarburan?

J: Karbon mempunyai keterlarutan yang sangat rendah dalam nikel dan meresap ke dalamnya dengan lebih perlahan daripada ke dalam besi atau kromium. Oleh kerana Incoloy 800H membawa kira-kira 30–35% nikel berbanding kira-kira 19–22% untuk 310S, karbon menembusi permukaannya dengan lebih perlahan di bawah keadaan pengkarburan yang sama, yang merupakan sebab utama 800H mengatasi prestasi keluli tahan karat 310 keluarga dalam suasana relau pengkarbonan.