Incoloy 800 vs 310S Stainless Steel: هزینه و عملکرد در کوره های ترک اتیلن - دانش

کوره‌های ترک اتیلن برخی از سخت‌ترین محیط‌های متالورژیکی را در صنعت فرآیند اجرا می‌کنند: دمای فلز بالاتر از 900 درجه، اتمسفر غنی از کربن- از هیدروکربن‌های ترک‌خورده و کک، و سال‌ها چرخه حرارتی مداوم بین عملیات و کک‌زدایی. انتخاب آلیاژ نادرست برای یک جزء کوره نه تنها عمر آن را کوتاه می کند - بلکه می تواند باعث خاموش شدن برنامه ریزی نشده ای شود که هزینه اپراتور کراکر بسیار بیشتر از خود ماده است.

Incoloy 800 vs 310S Stainless Steel

Incoloy 800(UNS N08800)وفولاد ضد زنگ 310S(UNS S31008) دو آلیاژی هستند که معمولاً برای پشتیبانی‌های لوله، آویزها، بافل‌ها و قطعات مبدل خط انتقال-سخت‌افزار غیرتابشی - مورد مقایسه قرار می‌گیرند. این راهنما به سؤالاتی که مهندسان در هنگام تعیین بین آنها می پرسند، با یک پاسخ واضح و استدلال فنی در پشت آن پاسخ می دهد.

Incoloy 800 یک آلیاژ نیکل-آهن-کروم است که در اطراف محتوای نیکل بالایی برای مقاومت در برابر خوردگی در دمای بالا ساخته شده است. 310S یک فولاد ضد زنگ آستنیتی کروم بالا- است که برای مقاومت در برابر اکسیداسیون با هزینه مواد کمتر ساخته شده است.

Incoloy 800(و-انواع کربن بالاتر آن 800H و 800HT) یک آلیاژ-محلولی{4}}نیکل{5}}آهن-کروم تقویت شده جامد است که به طور خاص برای خدمات پایدار در دماهای بالا-، کربن{8}} و اتمسفر دارای گوگرد{9} ساخته شده است. محتوای نیکل آن - تقریباً دو برابر 310S - یکی از ویژگی‌های طراحی است که نحوه رفتار آن را در کوره‌های ترک خورده مشخص می‌کند.

310S نوع کم کربن-از خانواده فولاد ضد زنگ آستنیتی 25-20 (نوع 310) است. برای تشکیل یک مقیاس اکسید کروم-اکسید پایدار و محافظ به محتوای کروم بالا متکی است و به طور گسترده در صنعت فرآیند هر جا که مقاومت اکسیداسیون در دمای بالا بدون هزینه آلیاژ نیکل مورد نیاز باشد استفاده می شود.

محتوای نیکل تفاوت تعیین کننده است: تقریباً 30-35٪ در Incoloy 800 در مقابل تقریباً 19-22٪ در 310S - و این شکاف چیزی است که هر تفاوت عملکرد و هزینه ای را که در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است را هدایت می کند.

عنصر	Incoloy 800 (UNS N08800)	310S (UNS S31008)
نیکل (Ni)	30 – 35%	19 – 22%
کروم (کروم)	19 – 23%	24 – 26%
آهن (آهن)	موجودی (بیشتر یا مساوی 39.5%)	تعادل
کربن (C)	کمتر یا مساوی 0.10٪ (800H: 0.05-0.10٪)	کمتر یا مساوی 0.08٪
آلومینیوم + تیتانیوم	0.30 - 1.20٪ ترکیبی	عمدا اضافه نشده
خانواده آلیاژ پایه	نیکل-آهن-آلیاژ کروم	فولاد ضد زنگ آستنیتی

جدول 1 - محدوده ترکیب اسمی به ازای ASTM B408 / ASTM A240.

دو ویژگی برجسته است. اولاً، محتوای نیکل بالاتر Incoloy 800 حلالیت و سرعت انتشار کربن را در زمینه فلزی کاهش می‌دهد، که دلیل اصلی مقاومت آن در برابر کربن‌سازی بهتر از 310S است (در زیر بحث شده است). دوم، اضافات آلومینیوم و تیتانیوم 800 رسوبات بین فلزی ظریفی را تشکیل می‌دهند که از-استحکام دمایی بالا- پشتیبانی می‌کنند، مزیتی که 310S ندارد.

310S دارای سقف کمی بالاتر برای مقاومت در برابر اکسیداسیون خالص است (تا حدود 1150 درجه در مقابل تقریباً 1100 درجه برای Incoloy 800)، اما Incoloy 800 استحکام مکانیکی و پایداری ساختاری خود را در محدوده دمایی که کوره ترک در واقع در آن کار می‌کند، بهتر حفظ می‌کند.

مقاومت در برابر اکسیداسیون و عملکرد ساختاری دو ویژگی متفاوت هستند و در اینجاست که این دو آلیاژ اغلب با هم اشتباه گرفته می‌شوند. 310محتوای کروم بالای S به آن پایداری مقیاس عالی در اتمسفرهای تمیز و اکسید کننده می‌دهد، به همین دلیل است که در پوشش‌های کوره، سخت‌افزار کوره‌ها و سبدهای عملیات حرارتی{{1} رایج است. اما کوره ترک یک جو اکسید کننده تمیز نیست - بلکه دمای بالا را با یک لایه مرزی کاهنده و غنی از کربن در سطح فلز، به علاوه بار مکانیکی پایدار ناشی از وزن خود لوله و چرخه حرارتی ترکیب می‌کند. در این شرایط ترکیبی، Incoloy 800 - به‌ویژه گریدهای 800H و 800HT - استحکام خزشی و پایداری ابعادی بالاتری را حفظ می‌کند، به همین دلیل است که به جای 310S، انتخاب پیش‌فرض برای داخلی‌های کوره باربر{10}}است.

Incoloy 800 به طور قابل توجهی بهتر از 310S در برابر کربور شدن مقاومت می کند، زیرا محتوای نیکل بالاتر آن هم حلالیت و هم سرعت انتشار کربن به داخل را در دمای کوره کاهش می دهد - و کربن سازی، نه اکسیداسیون ساده، حالت شکست غالب در سخت افزار کوره ترک خوردگی است.

Which Alloy Resists Carburization Better

کربوریزاسیون زمانی اتفاق می افتد که کربن حاصل از هیدروکربن های ترک خورده یا کک چسبیده به سطح فلز پخش می شود و کاربیدهای شکننده را در امتداد مرزهای دانه تشکیل می دهد. لایه کربوریزه شکل پذیری خود را از دست می دهد و تحت تنش های حرارتی و مکانیکی چرخه معمولی کوره مستعد ترک خوردن می شود. از آنجا که نیکل حلالیت کربن پایینی دارد، آلیاژهای غنی‌تر از نیکل به مراتب بهتر از آهن-گریدهای کروم. 310S که تنها ۱۹ تا ۲۲ درصد نیکل دارند، نسبت به Incoloy 800 در همان کک{7} در برابر شکنندگی کربوریزه شدن حساس‌تر هستند.

تجزیه و تحلیل شکست مستند خط انتقال خروجی کوره اتیلن این نکته را به خوبی نشان می‌دهد: یک لوله Incoloy 800H - که قبلاً یکی از آلیاژهای مقاوم‌تر در برابر کربن‌زدایی-در دسترس است- پس از پنج سال استفاده از ضخامت کامل دیواره‌اش، هنگامی که رسوبات کک دمای دیوار را افزایش داد و اتمسفر داخلی آن را به اندازه کافی طولانی کرد{4} ترک خورد. این مورد دو چیز را همزمان نشان می‌دهد: کربن‌سازی مکانیزمی است که مهندسان کوره باید بیش از همه آن‌ها طراحی کنند، و حتی Incoloy 800H اگر کک‌سازی و کنترل دما مدیریت نشود- مقاوم در برابر کربن‌زدایی نیست - که باعث می‌شود کربن-310S بسیار حساس‌تر برای هر منطقه تماس با کوره پایدار انتخاب ضعیفی باشد.

Incoloy 800 - به‌ویژه گریدهای 800H و 800HT - به طور معنی‌داری در خزش-استحکام گسیختگی برای اجزای بار-بیشتر ارائه می‌دهد. 310S فقط برای سخت‌افزار کوره‌های با بار کم و غیر بحرانی کافی است.

تکیه گاه های لوله کوره، آویزها، و صفحات لوله مبدل خط انتقال- بار مکانیکی پایدار را در دمای بالا برای سال ها بین چرخش ها حمل می کنند، بنابراین مقاومت در برابر خزش (تغییر شکل آهسته و دائمی که تحت بار در دمای بالا رخ می دهد) به اندازه مقاومت در برابر خوردگی مهم است. Incoloy 800H و 800HT از محتوای کربن کنترل‌شده و اندازه دانه درشت‌تر به‌طور خاص برای افزایش خزش-عمر گسیختگی. 310S با این هدف طراحی نشده است و اگرچه برای براکت‌ها، حفره‌ها و اجزای داخلی بدون فشار قابل استفاده است، اما ویژگی مطلوبی نیست که برای هر جزء دارای دمایی است که باید در دمایی بالاتر از ساختار حمل شود. مدت اجرای چند-ساله.

310S به ازای هر کیلوگرم هزینه کمتری نسبت به Incoloy 800 دارد، زیرا نیکل گرانترین عنصر آلیاژی در هر دو است و 310S تقریباً 30 تا 40 درصد کمتر از آن را دارد.

قیمت فلز پایه برای هر دو آلیاژ با قیمت نیکل بورس فلزات لندن تغییر می کند، اما این اثر متناسب با محتوای نیکل است. از آنجایی که Incoloy 800 تقریباً 30-35٪ نیکل را در مقابل تقریباً 19-22٪ برای 310S حمل می کند، قیمت آسیاب آن به ازای هر کیلوگرم به طور مداوم بالاتر است و هر زمان که قیمت نیکل افزایش یابد این شکاف بیشتر می شود. برای پروژه‌های محدود{8}}هزینه یا اجزای خارج از شدیدترین مناطق کوره، این شکاف قیمت{9}}دلیلی قانونی برای تعیین 310S است.

هیچ برنده جهانی وجود ندارد: Incoloy 800 معمولاً در مجموع هزینه مالکیت در مناطق-کربوریزه و باربر{2} بالا برنده می‌شود، زیرا از خرابی زودهنگام و خرابی برنامه‌ریزی نشده جلوگیری می‌کند. 310S معمولاً در مجموع هزینه مالکیت در مناطقی با شدت{4} کمتر برنده می‌شود، جایی که قیمت خرید پایین‌تر آن با هیچ سود مادی جبران نمی‌شود.

قیمت خرید تنها یک خط در معادله هزینه است. ارزش تولید یک کراکر اتیلن به میلیون ها دلار در روز می رسد، بنابراین یک خاموشی برنامه ریزی نشده ناشی از آویز لوله ترک خورده یا یک صفحه لوله انتقال کربنی شده-خط لوله می تواند بسیار بیشتر از کل بودجه مواد برای آن قطعه - هزینه داشته باشد، پس از از دست رفتن تولید، کار تعمیر اضطراری و قطعات تعویض سریع شامل می شود.

در مناطقی با تماس پایدار کک، بار مکانیکی بالا، یا دسترسی محدود به گردش برای بازرسی، قیمت خرید بالاتر Incoloy 800 معمولاً چندین بار در طول عمر مفید طولانی‌تر بازیابی می‌شود و از خرابی جلوگیری می‌شود. در مناطق-درجه حرارت پایین، بار کم- با دسترسی آسان برای بازرسی و تعویض معمولی، همان حق بیمه سود عملی کمی دارد و 310S مشخصات منطقی تری است.

Incoloy 800/800H را برای کربورسازی رزرو کنید-مستعد، بارگیری-قطعات بلبرینگ - تابشی-قطعات و آویزهای لوله، و انتقال-لوله‌ها و صفحات لوله مبدل خط - و استفاده از 310S}{1،{0} سخت‌افزار{9} حفره‌ها و قطعات داخلی بدون فشار{11}.

Where Should Each Alloy Be Used in an Ethylene Cracking Furnace

همچنین ارزش آن را دارد که در مورد چیزی که هیچ‌کدام از آلیاژها استفاده نمی‌شود، دقت کنید: خود سیم‌پیچ تابشی - لوله ترک اولیه که مستقیماً در معرض دمای جعبه آتش‌نشانی بالاتر از 1000 درجه - قرار می‌گیرد معمولاً به صورت گریز از مرکز HK-40، HP یا یک آلیاژ HP اصلاح شده ریخته می‌شود، نه Incoloy 800 یا 310S. Incoloy 800 و 310S برای سخت‌افزار پشتیبان و تجهیزات بازیابی حرارت کوره رقابت می‌کنند، نه سیم پیچ تابشی.

منطقه / جزء کوره	عامل حاکم معمولی	آلیاژ توصیه شده
سیم پیچ تابشی (لوله ترک اولیه)	دمای شدید + خزش	ریخته گری HK-40 / آلیاژهای HP (نه 800 و نه 310S)
آویزها و تکیه گاه‌های لوله‌ای با بخش تابشی-	کربورسازی + بار پایدار	Incoloy 800 / 800H
لوله‌ها و صفحات لوله‌های مبدل خط (TLE) انتقال-	کربوریزاسیون + چرخه خاموش کردن سریع	Incoloy 800 / 800H
لوله های همرفت{0}}قطع را پشتیبانی می کند	دمای متوسط، اکسیداسیون	310S
بافل های کوره و قطعات داخلی بدون فشار-	دمای متوسط، بار کم	310S
کوئنچ داخلی دیگ	خوردگی + چرخه حرارتی	Incoloy 800

جدول 2 - انتخاب نشانگر آلیاژ بر اساس منطقه کوره. همیشه بر اساس طراحی مکانیکی مجوز دهنده کوره و دمای فلز{2}}و مشخصات کک سازی واقعی کارخانه تأیید کنید.

تصمیم را بر اساس چهار سوال - دمای اوج فلز، قرار گرفتن در معرض کربن/کک، بار مکانیکی، و فاصله چرخش - به جای قیمت خرید صرف کنید.

حداکثر دمای فلز: آیا جزء به طور منظم از حدود 815 درجه فراتر می رود، جایی که خزش و کربوریزه شدن هر دو سرعت می گیرند؟
قرار گرفتن در معرض کربن: آیا سطح در تماس مداوم با هیدروکربن های ترک خورده یا رسوبات کک است یا از گاز فرآیند جدا شده است؟
وظیفه مکانیکی: آیا قطعه بار مرزی{0}}ساختاری یا فشاری را حمل می‌کند یا یک براکت، حفاظ یا سپر با بار کم است؟
فاصله چرخش و دسترسی: قطعه باید چه مدت بین بازرسی ها دوام بیاورد و یک تعویض برنامه ریزی نشده چقدر مخل است؟

اگر پاسخ به سه سوال اول به سمت خدمات شدید متمایل است، Incoloy 800 (یا 800H/800HT برای سخت‌ترین موقعیت‌های باربری{{3}) علیرغم قیمت خرید بالاتر، انتخاب مناسبی از نظر فنی و اقتصادی است. اگر مولفه در یک منطقه خنک‌تر، بار کمتر-و به راحتی بازرسی می‌شود، 310S عملکرد مناسبی را با هزینه‌ای کمتر ارائه می‌دهد.

معیار	Incoloy 800 (800H/800HT)	فولاد ضد زنگ 310S
محتوای نیکل	30 – 35%	19 – 22%
سقف مقاومت در برابر اکسیداسیون	تا 1100 درجه	تا 1150 درجه
مقاومت در برابر کربوریزاسیون	بهتر است	ضعیف تر
خزش / قدرت بار بلند مدت-	بهتر (esp. 800H/800HT)	فقط برای کار سبک کافی است
قیمت خرید به ازای هر کیلوگرم	بالاتر	پایین تر
بهترین-نقش کوره مناسب	کربورسازی، بارگیری-سخت افزار بلبرینگ	سخت افزاری با شدت کمتر- بدون فشار

آیا Incoloy 800 همان فولاد ضد زنگ 310 است؟

نه. Incoloy 800 یک آلیاژ نیکل-آهن-کروم با تقریباً 30-35٪ نیکل است، در حالی که 310S یک فولاد ضد زنگ آهن-کروم-نیکل با تقریباً 19-22٪ نیکل است. آنها از نظر کاربرد مرتبط هستند، اما متعلق به خانواده های آلیاژی مختلف با ویژگی های حاکم متفاوت هستند.

آیا می توان Incoloy 800 و 310S را به یکدیگر جوش داد؟

بله، جوش‌های فلزی غیرمشابه بین Incoloy 800 و 310S در ساخت کوره رایج است و معمولاً با یک فلز پرکننده مبتنی بر نیکل ساخته می‌شود تا تفاوت انبساط حرارتی و ترکیب بین این دو آلیاژ را برآورده کند.

برای خود سیم پیچ تابشی (لوله ترک خوردگی) از چه آلیاژی استفاده می شود؟

نه Incoloy 800 نه 310S. کویل های تابشی معمولاً از ریخته گری گریز از مرکز HK-40، HP یا آلیاژهای HP اصلاح شده استفاده می کنند که برای خزش شدید و نیازهای دمایی جعبه آتش طراحی شده اند. Incoloy 800 و 310S برای پشتیبانی از سخت افزار مشخص شده اند، نه خود سیم پیچ.

آیا 310S اصلاً در برابر کربوریزاسیون مقاومت می کند؟

310S مقداری مقاومت کربوریزه شدن از محتوای کروم خود را ارائه می دهد، اما به طور قابل توجهی کمتر از Incoloy 800، زیرا مقاومت کربوریزه شدن عمدتاً با محتوای نیکل مقیاس می شود و 310S تقریباً نیمی از نیکل Incoloy 800 را دارد.

آیا Incoloy 800 بدون در نظر گرفتن هزینه، همیشه انتخاب بهتری است؟

خیر. در مناطق کوره‌ای با دمای پایین‌تر، بار کم-، 310S عملکرد مناسبی را با قیمت خرید پایین‌تر ارائه می‌کند، و مشخص کردن Incoloy 800 در آنجا هزینه‌ای را بدون مزیت خدمات مربوطه اضافه می‌کند.