|
پاسخ سریع
برای اتمسفرهای اکسید کننده خالص (هوا) تا تقریباً 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) بدون بار مکانیکی پایدار، فولاد ضد زنگ 310S (UNS S31008، ASTM A240) انتخاب اقتصادی تر است.
برای کربور کردن، سولفید کردن یا بارگیری-خدمات باربری - لولههای تابشی، کویلهای ترک اتیلن، غلتکهای کوره، اجزای کوره نگهدارنده فشار- Incoloy 800H/800HT (UNS N08810/N08810/N08811/N08810/N08811/N08810/N08811/N08810/N08811) مقاومت در برابر خزش{10}}در برابر گسیختگی و مقاومت در برابر کربوهیداسیون و ارزش آن را دارد.
310S بعد از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت، مستعد شکنندگی فاز سیگما است. Incoloy 800H/HT تا حد زیادی از این حالت خرابی جلوگیری می کند. |
مقدمه
مهندسان فرآوری کوره، کوره، و حرارت-به طور معمول با تصمیم مواد مشابهی روبرو میشوند: فولاد ضد زنگ مقاوم{1}مقرون به صرفه{2}}در حرارت{2}}، یا یک آلیاژ نیکل-آهن{4}}کروم ساخته شده برای دمای بالا{{5} را تعیین کنند.فولاد ضد زنگ 310Sو Incoloy 800 (شامل انواع 800H و 800HT) دو نامزد رایج ترین مقایسه برای این تصمیم هستند. هر دو در برابر اکسیداسیون در دمای بالا مقاومت می کنند، هر دو به راحتی ساخته و جوش داده می شوند، و هر دو به طور معمول در درهای کوره، صدا خفه کن، لوله های تابشی، و وسایل حرارتی{4}} ظاهر می شوند.
عملکرد آنها به شدت متفاوت است، با این حال، زمانی که اتمسفرهای کربوری، بار مکانیکی پایدار، یا فواصل خدمات طولانی وارد تصویر شوند. این مقاله این دو آلیاژ را از نظر ترکیب، قابلیت دما، مقاومت در برابر اکسیداسیون و کربوریزاسیون، مقاومت در برابر خزش-مقاومت پارگی، الزامات ساخت و هزینه کل مالکیت مقایسه میکند، به طوری که مهندسان و خریداران بتوانند آلیاژ را با کاربرد مطابقت دهند تا برعکس.
چه چیزی 310S را از Incoloy 800 متالورژیک متمایز می کند؟
|
310S یک فولاد زنگ نزن آستنیتی کروم بالا (Fe-Cr-Ni، تقریباً 25٪ کروم / 20٪ Ni) است که برای مقاومت در برابر اکسیداسیون مقرون به صرفه طراحی شده است.Incoloy 800/800H/800HTیک آلیاژ نیکل-آهن-کروم (تقریباً 32% نیکل / 21% کروم، تعادل آهن) است که عمدتاً برای استحکام{4}}در حرارت بالا و مقاومت در برابر کربوریزاسیون، با هزینهی مادی بالاتر نیکل طراحی شده است. |
تفاوت ترکیب دلیل اصلی هر تفاوت عملکرد پایین دستی است که در این مقاله مورد بحث قرار گرفت. 310S کروم را به عنوان عنصر آلیاژی اولیه و نیکل را به عنوان تثبیت کننده آستنیت ثانویه حمل می کند، به همین دلیل است که به جای آلیاژ نیکل به عنوان فولاد ضد زنگ طبقه بندی می شود. Incoloy 800 این نسبت را معکوس می کند: نیکل اکثریت افزودنی آلیاژی است، کروم ثانویه است و آهن به جای اینکه فلز پایه باشد، تعادل را تشکیل می دهد. محتوای نیکل بالاتر چیزی است که به آلیاژهای سری 800- در برابر انتشار کربن و استحکام آنها در دما مقاومت میکند - اما نیکل ورودی مواد خام گرانتری نیز محسوب میشود، به همین دلیل است که محصولات سری Incoloy 800 دارای هزینههای ثابتی بیش از 310S هستند.
|
عنصر |
310S (UNS S31008، ASTM A240) |
Incoloy 800H (UNS N08810، ASTM B407/B409) |
|
نیکل (Ni) |
19.0 – 22.0% |
30.0 – 35.0% |
|
کروم (کروم) |
24.0 – 26.0% |
19.0 – 23.0% |
|
آهن (آهن) |
تعادل |
موجودی (39.5٪ دقیقه) |
|
کربن (C) |
حداکثر 0.08٪ |
0.05 – 0.10% |
|
آلومینیوم + تیتانیوم |
مشخص نشده است |
0.85 - 1.20٪ (هر کدام 0.30 - 1.20٪) |
|
منگنز (Mn) |
حداکثر 2.0٪ |
حداکثر 1.5٪ |
|
سیلیکون (Si) |
حداکثر 1.5٪ |
حداکثر 1.0٪ |
منبع: ASTM A240/A480 (310S); مشخصات آسیاب ASTM B407/B408/B409 و UNS N08810 (Incoloy 800H). محدوده ها محدودیت های مشخصات اسمی هستند. با گزارش آزمایش آسیاب فعلی تأیید کنید.
دو جزئیات ترکیب دیگر برای خدمات کوره مهم است. اولاً، 310S یک نوع-کم کربن از درجه استاندارد 310 است (که حداکثر 0.25 درصد کربن را مجاز میکند). کربن کمتر در 310S مقاومت در برابر حساسیت و خوردگی بین دانه ای پس از جوشکاری را بهبود می بخشد. ثانیاً، Incoloy 800H خود یک نوع-کربن کنترلشده، کنترلشده-دانه-نوعی اندازه پایه Incoloy 800 است، و Incoloy 800HT بیشتر محدودههای آلومینیومی{{13}به علاوه{14}}بهعلاوه{14}}ریختگی{14}تیتانیوم را بهطور خاص به هر دوی این دو باز میکند. استحکام برای کوره و خدمات بخاری فرآیند{17}، که در بخش 4 مورد بحث قرار گرفته است.
کدام آلیاژ در برابر دمای عملیات مداوم بالاتر مقاومت می کند؟
|
هر دو آلیاژ برای سرویس مداوم در محدوده 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) درجه بندی شده اند، اما آنها به طور متفاوتی به آنجا می رسند: 310S عمدتاً توسط اکسیداسیون و شکنندگی فاز سیگما در باند 1200-1650 درجه فارنهایت محدود می شود، در حالی که استحکام Incoloy 800 درجه سانتیگراد به دمای کمتر از 800H/H محدود می شود. 2000 درجه فارنهایت |
310S معمولاً برای مقاومت در برابر اکسیداسیون مداوم تا حدود 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) و برای خدمات متناوب یا چرخه ای خفیف در محدوده مشابه به دلیل محتوای کروم بالای آن رتبه بندی می شود. محدود کننده عملی برای 310S در خدمات کوره و کوره، مقیاس اکسید نیست - بلکه تشکیل فاز سیگما- است. پس از قرار گرفتن در معرض طولانی مدت بین تقریباً 1200 درجه فارنهایت و 1650 درجه فارنهایت (650-900 درجه)، فولادهای ضد زنگ خانواده 310-میتوانند یک فاز سیگما بین فلزی شکننده را تشکیل دهند که چقرمگی و شکلپذیری در دمای اتاق را کاهش میدهد. تجهیزاتی که به طور مکرر از این باند دما عبور می کنند، مانند درهای کوره و اجزای مشعل، بیشتر از تجهیزاتی که به طور مداوم در بالای محدوده دما کار می کنند، در معرض این تأثیر قرار دارند.
Incoloy 800Hو 800HT برای خدمات طولانی مدت تا حدود 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) رتبه بندی می شوند، با سفرهای کوتاه مدت بالاتر از آن به قیمت تسریع کاهش قدرت و اکسیداسیون. از آنجا که آلیاژهای سری 800{14}}در حداقل دمای 2100 درجه فارنهایت (1149 درجه) آنیل میشوند تا ساختار دانهای درشتتر و مقاومتر در برابر خزش{15}}تولید کنند، و از آنجایی که محتوای نیکل بالاتر آنها میتواند همان مکانیسم سیگما-فاز را کاهش دهد و بر روی ما تأثیر بگذارد. چقرمگی در بخش وسیع تری از محدوده عملیاتی کوره، از جمله از طریق چرخه حرارتی مکرر.
کدام آلیاژ مقاومت بهتری در برابر اتمسفرهای اکسید کننده و کربوردار دارد؟
|
برای اتمسفرهای تمیز و اکسید کننده (هوا)، 310S عالی عمل می کند و انتخاب اقتصادی تر است. برای اتمسفرهای کربندار، احیاکننده یا گوگرددار- رایج در کورههای عملیات حرارتی-، ترکخوردگی اتیلن، و پردازش هیدروکربنی - Incoloy 800H/HT انتخاب قویتری است زیرا محتوای نیکل بالاتر آن حلالیت کربن و انتشار به فلز را محدود میکند. |
مقاومت در برابر اکسیداسیون در هر دو آلیاژ عمدتاً از کروم ناشی میشود، که یک کروم محافظ-مقیاس اکسید کروم را در دمای بالا تشکیل میدهد. 310S در واقع کروم بیشتری نسبت به Incoloy 800H حمل میکند (تقریباً 25٪ در مقابل تقریباً 21%)، که یکی از دلایلی است که هوای 310S دارای عملکردی عالی است. پوسته کوره و سخت افزار مشعل.
مقاومت کربوریزه شدن مکانیزم متفاوتی است و در اینجاست که این دو آلیاژ به شدت از هم جدا می شوند. انتقال کربن به سطح فلز از یک اتمسفر غنی از کربن به شدت به محتوای نیکل بستگی دارد، زیرا نیکل حلالیت بسیار کمی برای کربن دارد و انتشار آن به داخل را کند می کند. دادههای میدانی لولههای 800H در خدمات پردازش هیدروکربنی{4}}کربوردار، شکلپذیری و یکپارچگی ساختاری آلیاژ را پس از سالها قرار گرفتن در معرض، در شرایطی که فولادهای ضد زنگ خانواده کمتر-نیکل 310-بهطور قابلاندازهگیری سریعتر کربوره میشوند، نشان میدهد. این دلیل اصلی این است که Incoloy 800H ماده اصلی برای لولههای پیرولیز اتیلن، اجزای کورههای ترک هیدروکربنی، و سبدها و وسایل عملیات حرارتی است که چرخههای کربورسازی مکرر را مشاهده میکنند.
مقایسههای منتشرشده نرخ خوردگی{0}}در محیطهای کورههای پالایشگاهی این شکاف را نشان میدهد: آلیاژهای Incoloy 800H/800HT تقریباً 0.15 میلیمتر در سال (6.0 mpy) در مقابل تقریباً 0.23 میلیمتر در سال (8.9 mpy) برای فولاد بدون استحکام 310-mi اندازهگیری شدهاند. نرخ خوردگی کمتر مستقیماً به طول عمر بیشتر قطعه و کاهش خاموشی های برنامه ریزی نشده برای بازرسی یا تعویض ترجمه می شود.
چگونه خزش و استرس{0}}قدرت پارگی در دمای بالا مقایسه میشوند؟
|
Incoloy 800H و 800HT مقاومت خزشی-به مراتب بالاتری نسبت به 310S در دمای بالا پایدار ارائه میدهند، به همین دلیل است که آنها مشخصات پیشفرض برای اجزای کوره فشاری-یا باربری- - لولههای تابشی، سربرگها، کارکردن چوبهای تابشی{0}درجه {0}، آویزهای ناهموار {0}F5، (816 درجه). |
خزش عبارت است از تغییر شکل آهسته و وابسته به زمان-فلز تحت بار پایدار در دمای بالا، و تنش{1}}استحکام گسیختگی نشان میدهد که یک ماده چه مقدار تنش میتواند قبل از شکستن آن پس از تعداد معینی از ساعتهای سرویس تحمل کند. این ویژگی برای هر جزء کوره ای که تحت بار است در حالی که گرم است - یک لوله تابشی تحت فشار داخلی، یک چوب نسوز نگهدارنده آویز یا یک سیم پیچ در کوره پیرولیز - متفاوت از اجزایی که صرفاً بدون بار مکانیکی قابل توجهی در معرض گرما قرار می گیرند، مانند آستر صدا خفه کن یا محافظ، مهم است.
310S استحکام خزش-متوسطی را ارائه میکند که برای اجزای کم بار کافی است. Incoloy 800H و 800HT به طور خاص برای افزایش عمر گسیختگی خزشی فراتر از آنچه که فولادهای زنگ نزن خانواده استاندارد 800 یا 310 ارائه میدهند، از طریق محتوای کربن کنترلشده (0.05-0.10%) و درشت- محلول دانه درشت (حداقل 2، 1، 1، 1 درجه F در درجه حرارت بازپخت) ایجاد شدهاند. Incoloy 800HT علاوه بر این، مشخصات آلومینیوم{18} و-تیتانیوم را برای کاربردهایی که طولانیترین عمر عملی را تحت تنش پایدار در دمای بالا میطلبد، مانند لولههای کوره اتیلن و کویلهای پیرولیز، سفت میکند.
|
اموال |
310S |
Incoloy 800H / 800HT |
|
دمای سرویس مداوم |
تا 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) |
تا ~2000 درجه فارنهایت (1093 درجه)، درازمدت- |
|
قدرت پارگی خزشی- |
متوسط |
بالا (هدف طراحی اولیه 800H/HT) |
|
خطر شکنندگی فاز سیگما- |
بله، 1200–1650 درجه فارنهایت (650–900 درجه) |
حداقل، به دلیل محتوای نیکل بالاتر |
|
مقاومت در برابر کربوریزاسیون |
منصفانه |
خوب تا عالی |
|
نرخ خوردگی، وظیفه کوره پالایشگاه |
~0.23 میلیمتر در سال (8.9 مایل در هر ثانیه) |
~0.15 میلیمتر در سال (6.0 مایل در هر ثانیه) |
|
قدرت تسلیم دمای اتاق- |
~30 ksi (آنیل معمولی) |
~30–45 ksi (207–310 مگاپاسکال) |
|
هزینه مواد نسبی |
پایین تر (خط پایه) |
بالاتر، توسط محتوای نیکل هدایت می شود |
منبع: گردآوری شده از دادههای مشخصات ASTM A240/B407/B409 و منتشر شده{3}}درجه حرارت بالا-میزان خوردگی و مطالعات مکانیکی{5}} خواص برای 310/310H و Incoloy 800H/800HT در خدمات پالایشگاه و کوره. قبل از مشخصات نهایی، مجاز بودن طراحی را در برابر بخش D فعلی ASME بخش II یا نسخه کد قابل اجرا بررسی کنید.
تفاوت هزینه چیست و حق بیمه چه زمانی توجیه می شود؟
|
قیمت مواد سری Incoloy 800 به طور معنیداری بیشتر از 310S است زیرا محتوای نیکل آن 30 تا 35 درصد است که تقریباً 50 درصد بیشتر از 310S است. حق بیمه زمانی توجیه می شود که کاربرد شامل بار مکانیکی پایدار، اتمسفر کربنی یا سولفیدکننده باشد، یا زمانی که زمان توقف برای جایگزینی نسبت به تفاوت هزینه مواد گران باشد. |
نیکل به طور مداوم بزرگترین محرک قیمتگذاری اضافی آلیاژ برای هر دو ماده است، اما Incoloy 800H/HT تقریباً 50 درصد نیکل بیشتری نسبت به 310S حمل میکند و نیکل معمولاً با مضربی قابلتوجه از کروم و آهن معامله میشود که بیشتر محتوای آلیاژ 310S را تشکیل میدهند. این امر باعث میشود آلیاژهای سری 800-بهازای هر-پوند یا هر-فوت خطی خرید گرانتری داشته باشند، حتی قبل از اینکه ساخت آن در نظر گرفته شود.
چارچوب تصمیم گیری که از مقایسه فنی بالا به دست می آید، ساده است. 310S را مشخص کنید زمانی که جزء دارای یک جو اکسید کننده تمیز، سبک یا بدون بار مکانیکی است، و پوستههای کوره، دربها، فنها و سپرهای بدون بار- و خدمات متوسط-انتظارات عمر - را مشخص کنید. Incoloy 800H یا 800HT را زمانی که قطعه تحت بار پایدار در دما قرار دارد، در معرض جوی کربوهیدکننده یا سولفیدکننده قرار دارد، یا زمانی که هزینه یک خاموشی برنامهریزی نشده برای جایگزینی یک قطعه خراب بهطور قابلتوجهی از هزینه متریال - لولههای تابشی، فرآیند{10}}اتیللن، اجزای گرمکننده، و اجزای گرمکن اتیلن بیشتر است، Incoloy 800H یا 800HT را مشخص کنید. وسایل گرمایشی{11}}با چرخه کربوریزه کردن طولانی موارد رایج هستند.
الزامات ساخت، جوشکاری و عملیات حرارتی چگونه متفاوت است؟
|
هر دو آلیاژ به آسانی با تکنیکهای آستنیتی استاندارد و فلز پرکننده منطبق جوش داده میشوند، اما Incoloy 800H/HT برای تنظیم ساختار دانهای درشت که مقاومت خزشی آن به آن بستگی دارد، نیاز به بازپخت محلول با دمای بالاتر{{1}(حداقل 2100 درجه فارنهایت/1149 درجه) دارد، در حالی که 3100-3190 درجه متعارف کمتر از آن استفاده میکند. F آنیل. |
310S محلولی است-که در محدوده 1900-2100 درجه فارنهایت (1030-1150 درجه) بازپخت شده و به دنبال آن خنکسازی سریع انجام میشود که کاربیدها را به محلول برمیگرداند و مقاومت در برابر خوردگی را به حداکثر میرساند. اگر 310-تجهیزات خانواده خدمات گستردهای را در بالای 1200 درجه فارنهایت (650 درجه) مشاهده کرده باشند و فاز سیگما تشکیل شده باشد، معمولاً میتوان شکلپذیری را با همان محلول بازیابی کرد-چرخه آنیل. بازپخت مجدد پس از تقریباً هر 1000 ساعت سرویس بالای 1200 درجه فارنهایت یک بازه زمانی تعمیر و نگهداری معمولاً برای تجهیزات مستعد تشکیل سیگما است.
Incoloy 800H و 800HT به یک آنیل محلول در حداقل دمای 2100 درجه فارنهایت (1149 درجه) - به طور قابل توجهی بالاتر از آنیل مورد استفاده برای 310S - به طور خاص برای تولید ساختار دانه درشتتر (معمولاً اندازه دانه ASTM No{9}} یا طول عمر را بهبود میبخشد، نیاز دارند. هر دو آلیاژ با قوس تنگستن گاز استاندارد و فرآیندهای قوس فلزی محافظ شده با فلز پرکننده منطبق یا تقریباً منطبق قابل جوش هستند، و هر دو به طور معمول سرد{13}}تشکیل میشوند، اگرچه آلیاژهای سری 800 میتوانند بافت سطح مشخصی ("پوست نارنجی") را پس از تشکیل دانههای سرد درشت نشان دهند.
کدام آلیاژ را برای اجزای معمولی کوره و کوره باید مشخص کنید؟
|
از 310S برای -بار-بدون بار-تنظیم-کوره و سخت افزار کوره استفاده کنید. از Incoloy 800H/800HT برای هر چیزی که تحت بار ثابت است، در فضای کربور کننده یا سولفیدکننده یا جاهایی که جایگزینی برنامه ریزی نشده هزینه بر است، استفاده کنید. |
|||
|
جزء / محیط زیست |
آلیاژ توصیه شده |
چرا |
|
|
پوسته کوره، درب، فن، کانال کشی (اتمسفر هوا) |
310S |
مقاومت در برابر اکسیداسیون عالی، کمترین هزینه |
|
|
قطعات مشعل، رکوپاتور، لوله کشی (بار متوسط) |
310S |
مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون و حرارت-دوچرخه |
|
|
سبدها و وسایل حرارتی-(کربورسازی مکرر) |
Incoloy 800H |
مقاومت بالای کربوریزاسیون عمر مفید را افزایش می دهد |
|
|
لولههای تابشی، لولههای حرارتی{0} فرآیند (فشار پایدار) |
Incoloy 800H / 800HT |
مقاومت خزشی-در بارگذاری مداوم مورد نیاز است |
|
|
کویل های ترک خوردگی اتیلن پیرولیز / هیدروکربنی |
Incoloy 800HT |
حداکثر استحکام خزش و مقاومت کربوریزه شدن برای کمپین های طولانی |
|
|
غلتک های کوره، آویزها، تکیه گاه های سازه ای در دما |
Incoloy 800H |
بار مکانیکی پایدار تحت گرما باعث افزایش قدرت خزش می شود |
|
|
شبکههای کورههای سیال-، جعبههای باد، لولهکشی |
310S |
خدمات اکسید کننده چرخه ای که در آن راندمان هزینه اهمیت دارد |
|
منبع: راهنمای انتخاب عمومی بر اساس خواص آلیاژی مستند و روش معمول کوره/کوره صنعتی. انتخاب خاص مولفه باید شیمی واقعی اتمسفر، رتبه فشار، فرکانس چرخه حرارتی و کد طراحی قابل اجرا را در نظر بگیرد.
سوالات متداول
س: آیا 310S و Incoloy 800H می توانند به جای یکدیگر در یک کوره استفاده شوند؟
پاسخ: نه به طور کلی. آنها نرخ های انبساط حرارتی متفاوت و رفتار خزشی متفاوتی دارند، بنابراین مخلوط کردن آنها در یک مجموعه جوش داده شده تحت بار می تواند تنش دیفرانسیل ایجاد کند. در جایی که هر دو آلیاژ در یک کوره ظاهر میشوند، معمولاً در اجزای جداگانه و مستقل مورد استفاده قرار میگیرند - برای مثال، یک پوسته 310S با لوله داخلی Incoloy 800H.
س: آیا Incoloy 800 همان Incoloy 800H یا 800HT است؟
پاسخ: نه. استاندارد Incoloy 800 (UNS N08800) محدوده کربن گستردهتری را امکانپذیر میکند و محلول درشت{{3}دانه و دمای بالا{4} را آنیل نمیکند که 800H (UNS N08810) و 800HT (UNS N08811 استحکام{9} گسیختگی{9} برتر خود را دارد. در مشخصات کنونی کوره و فرآیند{11}هیتر، 800H و 800HT تا حد زیادی جایگزین استاندارد 800 شدهاند.
س: آیا 310S به عملیات حرارتی پس از جوش- نیاز دارد؟
پاسخ: برای مقاومت در برابر خوردگی در اکثر کاربردهای کوره نیست، زیرا 310S یک درجه-کربن پایین با مقاومت خوب در برابر حساسیت مربوط به جوش-است. اگر تجهیزات خدمات گستردهای را در محدوده-فاز-شکلدهی سیگما ببینند، بازپخت کردن محلول دورهای - نه تنشزدایی - درمان اصلاحی مناسب است، نه یک پست معمولی-نیاز جوشکاری.
س: محدودیت دمای عملی برای سرویس مداوم 310S چیست؟
پاسخ: تقریباً 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) برای خدمات اکسیداسیون مداوم، با این اخطار که تجهیزاتی که به طور مکرر در محدوده 1200-1650 درجه فارنهایت (650-900 درجه) حرکت می کنند، در معرض شکنندگی فاز سیگما{10}}در طول زمان و باید مجدداً{1} ارزیابی شوند.
س: چرا محتوای نیکل برای مقاومت در برابر کربوریزاسیون اهمیت زیادی دارد؟
پاسخ: کربن حلالیت بسیار کمی در نیکل دارد و کندتر از آهن یا کروم به داخل آن نفوذ می کند. از آنجایی که Incoloy 800H تقریباً 30-35٪ نیکل را در مقابل تقریباً 19-22٪ برای 310S حمل می کند، کربن در شرایط کربورسازی یکسان آهسته تر به سطح آن نفوذ می کند، که دلیل اصلی عملکرد بهتر 800H از فولادهای زنگ نزن خانواده 310 در اتمسفر کوره کربن است.
