Incoloy 800 در مقابل آلیاژ ریخته گری HK-40: مواد فرفورژه در مقابل ریخته گری برای لوله های کوره پتروشیمی

Incoloy 800(و انواع دماهای بالا 800H/800HT) و آلیاژ ریخته گری HK-40 هر دو در مشخصات لوله کوره پتروشیمی ظاهر می شوند، اما آنها از طریق مسیرهای اساساً متفاوت تولید می شوند - یک فرفورژه، یک ریخته گری - و تفاوت تولید تقریباً هر تصمیم عملی در اندازه و دمای قابل قبول را ایجاد می کند: شکل پذیری، جوش پذیری و گزینه های تعمیر میدانی.

این راهنما این دو ماده را در فرآیند تولید، ریزساختار، عملکرد مکانیکی و کاربردهای واقعی کوره در جهان مقایسه می‌کند، بنابراین مهندسان و تیم‌های تدارکات می‌توانند به جای پیش‌فرض آلیاژی که آشناتر است، مواد لوله درست را مشخص کنند.

Incoloy 800 و HK-40 چیست و چرا آنها را برای لوله های کوره مقایسه می کنند؟

Incoloy 800 یک لوله آهن فرفورژه-نیکل-لوله آلیاژ کروم است که از طریق کشش گرم و سرد تولید می شود، در حالی که HK{4}}40 یک آلیاژ چدنی{5}}آهن مقاوم در برابر حرارت-کروم{7}}نیکل است که عمدتاً توسط سانتریفیوژ تولید می شوند. معمولا برای اندازه های مختلف لوله و محدوده دما انتخاب می شوند تا اینکه قابل تعویض باشند.

دلیل: Incoloy 800/800H/800HT (UNS N08800/N08810/N08811) به صورت لوله بدون درز فرفورژه ساخته می‌شود: شمش ریخته‌گری گرم-اکسترود شده یا سوراخ می‌شود، سپس سرد-به اندازه نهایی کشیده می‌شود. ساختار دانه ریز-به-کنترل شده{10}}با شکل پذیری بالا.

HK{4}}40 (UNS J94204، بر اساس ASTM A297/A608) به صورت لوله ای استاتیک یا ریخته گری گریز از مرکز تولید می شود: آلیاژ مذاب در قالب دوار ریخته می شود و مستقیماً به شکل لوله جامد می شود و یک ریزساختار دندریتی{6}ریخته شده ایجاد می کند. هر دو آلیاژ دارای پایه آهن کروم-نیکل{{8} مشابهی هستند، به همین دلیل است که آنها اغلب برای یک کوره مقایسه می‌شوند، اما مسیر تولید آن‌ها باعث می‌شود یکی برای لوله‌ها و اتصالات سیم‌پیچ با قطر کوچک-(سری Incoloy 800) و دیگری برای بزرگ-قطر لوله‌های تابشی، بلند، تک تکه (H).

جدول 1 - ترکیب نماینده و مسیر تولید به ازای ASTM B407/B163 (Incoloy 800H/800HT) و ASTM A297/A608 (HK{10}}40). به محتوای کربن بسیار بالاتر HK-40 توجه کنید، که عمدی و مرکزی برای استحکام آن در دمای بالا است.

فرآیندهای تولید فرفورژه و ریخته گری چگونه متفاوت هستند و چرا اهمیت دارد؟

فرآوری فرفورژه یک ساختار دانه‌ای همگن و هم محور با شکل‌پذیری و انعطاف‌پذیری طراحی بالا ایجاد می‌کند، در حالی که ریخته‌گری گریز از مرکز یک ساختار دانه‌ای ستونی/دندریتی ایجاد می‌کند که از سطح بیرونی لوله به سمت داخل تابش می‌کند، که مقداری شکل‌پذیری را قربانی می‌کند اما شبکه کاربید بین دندریتی را قادر می‌سازد که برای مقاومت بالای HK{0{1} مسئول است.

در تولید Incoloy 800 فرفورژه، اکستروژن گرم و کشش سرد ساختار شمش ریخته‌گری شده اولیه را شکسته و آن را به دانه‌های جدید و یکنواخت‌تر در طول بازپخت تبلور مجدد می‌کند. این فرآیند به طور فعال جداسازی و تخلخل ریختگی را حذف می‌کند و ماده‌ای با خواص مکانیکی قابل پیش‌بینی و همسانگرد و شکل‌پذیری عالی برای خمش، شعله‌ور شدن، و جوشکاری به شکل‌های پیچیده تولید می‌کند.

در ریخته‌گری گریز از مرکز HK-40، فلز مذاب مستقیماً در شکل لوله نهایی خود بدون کار گرم بعدی جامد می‌شود، بنابراین ساختار دانه‌ای - دانه‌های ستونی درشت نزدیک به قطر خارجی که به دانه‌های هم محور نزدیک سوراخ - تبدیل می‌شوند به طور دائم در قسمت نهایی باقی می‌مانند. این ساختار به عنوان{6}}شامل شبکه ای از کاربیدهای کروم اولیه در امتداد مرزهای بین دندریتی است که دقیقاً ویژگی ریزساختاری است که به HK-40 قدرت خزشی در دمای بالا می دهد.

کدام آلیاژ دارای قدرت خزش{0}}در دمای معمولی کارکرد کوره است؟

HK{1}}40 استحکام گسیختگی قابل ملاحظه‌ای بالاتری نسبت به Incoloy 800H/800HT در دمای 900 تا 1100 درجه لوله فلزی معمولی کوره‌های پیرولیز اتیلن و رفرم کننده‌های متان بخار ارائه می‌دهد، که دلیل اصلی عدم بزرگی HK{-40 - و بزرگ نبودن مواد استاندارد برای HK-40 - است. لوله های کوره

دلیل: محتوای کربن بسیار بالاتر HK-40 (0.35-0.45٪ در مقابل 0.06-0.10٪ در Incoloy 800H/800HT) به شبکه متراکم و پیوسته ای از کاربیدهای غنی از کروم M23C6/M7C3 اجازه می دهد تا در طول انجماد بین دندانی تشکیل شوند. در دمای سرویس، این شبکه کاربید به شدت در برابر لغزش مرز دانه و حرکت جابجایی، مکانیسم‌های خزش غالب در این دماها مقاومت می‌کند.

Incoloy 800H/800HT متکی به یک استراتژی بارش کاربید نسبتاً سبک تر به علاوه اندازه دانه های فرفورژه کنترل شده است که تا حدود 800-900 درجه مؤثر است اما با مقاومت HK-40 در محدوده 900-1100 درجه که در آن رفورمورها و لوله های شکاف بسیار زیاد کار می کنند مطابقت ندارد.

جدول 2 - خزش کیفی-مقایسه خدمات. مقادیر مجاز تنش واقعی وابسته به کد- و زمان-است. برای مقادیر طراحی عددی به ضمیمه بخش 1/VIII بخش ASME یا داده های طراحی لوله کوره API 530/560 مراجعه کنید.

ریزساختار بین Wrought Incoloy 800 و Cast HK-40 چگونه متفاوت است؟

فرفورژه Incoloy 800 دارای ساختار دانه ای ریز، یکنواخت و هم محور با کاربیدهایی است که عمدتاً در داخل دانه ها و در امتداد مرزها به صورت یک الگوی کنترل شده و ناپیوسته توزیع شده است، در حالی که ریخته گری HK-40 دارای یک ساختار درشت، ستونی-تا{4}}معادل بین آن شبکه پیوسته دو بازو با ساختار ریخته گری اولیه است. تنها با عملیات حرارتی قابل حذف نیست.

دلیل: از آنجایی که Incoloy 800 فرفورژه در حین کار داغ و بازپخت تبلور مجدد می شود، ساختار دانه آن را می توان تا اندازه دانه مشخص شده ASTM برای تعادل انعطاف پذیری بهینه استحکام- کنترل کرد. در مقابل، ریزساختار HK{4}}40 در لحظه انجماد ثابت است. در حالی که یک{6}}همگن سازی یا عملیات حرارتی تثبیت پس از ریختگی می تواند مورفولوژی کاربید را تا حدودی تغییر دهد، نمی تواند ساختار دانه دندریتی را که اساساً ریخته شده است را به یک ساختار هم محور تبدیل کند. این ساختار دائمی به صورت ریخته‌گری منبع مستقیم مزیت استحکام HK-40 در دمای بالا و مضرات شکل‌پذیری آن در دمای پایین‌تر است.

کدام آلیاژ شکل پذیری و جوش پذیری بهتری را ارائه می دهد؟

Wrought Incoloy 800/800H نسبت به ریخته گری HK-40 شکل پذیری بسیار بالاتر و جوش پذیری ساده تری را ارائه می دهد، که بیشتر مستعد ترک خوردگی جوش است و عموماً برای جوشکاری و تعمیر میدانی موفق به انتخاب تخصصی پرکننده فلز پرکننده، پیش گرمایش و خنک کننده کنترل شده نیاز دارد.

جدول 3 - شکل‌پذیری و جوش‌پذیری مقایسه‌ای Incoloy 800H/800HT در برابر ریخته‌گری HK-40. محدوده ویژگی HK-40 به شدت تحت تأثیر درشت شدن کاربید ناشی از خدمات قرار می گیرد. مقادیر نشان داده شده نماینده هستند، نه جهانی.

چه اندازه لوله و ضخامت دیوار برای هر مسیر تولید عملی است؟

ریخته‌گری گریز از مرکز، HK{1}}40 را به گزینه‌ای عملی برای لوله‌های تک‌تکه‌ای-قطر، ضخیم و بلند{{5} تبدیل می‌کند، در حالی که Incoloy 800 فرفورژه اقتصادی‌تر است و در قطرهای کوچک‌تر و دیواره‌های نازک‌تر معمولی سیم‌پیچ و لوله‌های همرفتی قابل دسترس‌تر است.

جدول 4 - محدوده اندازه عملی بر اساس مسیر تولید. قابلیت دقیق در ریخته گری/آسیاب متفاوت است. برای اندازه‌بندی خاص پروژه با تأمین‌کننده تأیید کنید.

چگونه ساخت و تعمیر میدانی بین لوله های کوره های فرفورژه و ریخته گری متفاوت است؟

لوله Incoloy 800 فرفورژه را می توان به طور کلی در مزرعه-با استفاده از روش های جوشکاری معمولی که برای اکثر مغازه ها آشنا هستند، ساخته و تعمیر کرد، در حالی که تعمیر مزرعه HK{3}}40 نیازمند یک روش واجد شرایط است که به طور خاص برای مواد ریخته گری، کاربید{4}غنی و اغلب خدماتی- کهنه شده است و تعمیرات با خطرات کمتری بیشتر است.

Wrought Incoloy 800/800H: روش‌های جوشکاری استاندارد در فروشگاه و میدان، NDE معمولی (رادیوگرافی، ماده نافذ رنگ) مستقیما اعمال می‌شود و اتصالات سرد (زانویی، U-خم) به راحتی از همان لوله پایه ساخته می‌شوند.

ریخته گری HK-40: چون-عیب های ریختگی مانند ریزتخلخل و انقباض باید قبل از جوشکاری ارزیابی شوند. لوله‌های قدیمی، درشت کاربید شکننده‌ای را انباشته می‌کنند که خطر ترک خوردن را در طول جوشکاری تعمیر افزایش می‌دهد و باید توسط یک متالورژیست واجد شرایط ارزیابی شود.

در تعمیرات ریخته گری HK{1}}40 معمولاً از فلزات پرکننده مبتنی بر نیکل- استفاده می‌شود که برای تطبیق با انتقال فلز غیرمشابه و کاهش حساسیت به ترک، همراه با پیشگرمای کنترل‌شده و دمای بین‌گذر انتخاب شده‌اند.

تصمیمات بعد از{0}}تصمیمات عملیات حرارتی جوش برای تعمیرات HK-تعمیرات 40 باید بازیابی مقداری شکل‌پذیری را در برابر خطر درشت شدن بیشتر ساختار کاربید قدیمی- متعادل کند.

کدام آلیاژ برای لوله‌های کوره‌های بزرگ-قطر و با دمای بالا-مؤثرتر است؟

برای لوله‌های دیواره‌ای با قطر بزرگ و ضخیم- مورد نیاز در کوره‌های ریفورمر و پیرولیز، ریخته‌گری گریز از مرکز HK-40 معمولاً مقرون‌به‌صرفه‌تر از لوله‌های Incoloy 800 فرفورژه‌شده مشابه است، زیرا لوله‌های گریز از مرکز از ریخته‌گری{6}} مستقیماً{7}}} مراحل گران قیمت کار گرم که برای پردازش در اندازه های بزرگ نیاز دارد.

هزینه‌های تولید لوله‌های فرفورژه با افزایش قطر و ضخامت دیواره به‌شدت افزایش می‌یابد، زیرا پرس‌های اکستروژن و تجهیزات کششی که قادر به جابجایی لوله‌های آلیاژی{0}}دیواره{1}} دیواره بزرگ و ضخیم هستند، تعداد محدودی دارند و کار با آن گران است. ریخته گری گریز از مرکز به طور موثرتری در اندازه های بزرگ مقیاس می شود زیرا لوله به طور مستقیم از فلز مذاب در یک مرحله تشکیل می شود.

به همین دلیل است که صنعت لوله‌های کوره برای لوله‌های ریفورمر و ترک‌دار بزرگ به ریخته‌گری HK-40 (و گریدهای-ریخته‌گری آلیاژی بالاتر مربوطه) همگرا شده است و مواد فرفورژه سری Incoloy 800 را عمدتاً برای لوله‌های با قطر کوچکتر، اتصالات و کاربردهایی که به طور خاص به مجرای فرفورژه نیاز است، ذخیره می‌کند.

کدام آلیاژ برای کاربردهای خاص کوره مناسب تر است؟

HK{1}}40 ماده ترجیحی برای لوله‌های کوره‌های اصلاح‌کننده مقطع تابشی و پیرولیز اتیلن است که در دمای 900 تا 1100 درجه کار می‌کنند، در حالی که Incoloy 800/800H برای مقاطع همرفتی، اجزای پشتیبانی کاتالیزور و لوله‌های سیم پیچ کوچک‌تر در جایی که ماکزیمم مقاومت پارچه‌ای با درجه حرارت متوسط‌تر کار می‌کنند، مناسب‌تر است.

راهنمای انتخاب آلیاژ مبتنی بر جدول 5 - کاربرد- برای اجزای کوره پتروشیمی.

حالت های شکست کلیدی که باید در هر نوع آلیاژ مراقب باشید چیست؟

لوله‌های Incoloy 800/800H عمدتاً به دلیل خزش طولانی‌مدت و در سرویس کربورسازی، شکنندگی مربوط به کربورسازی-از بین می‌روند، در حالی که لوله‌های HK-40 عمدتاً در اثر کاویتاسیون خزشی، سرویس-ناشی از فرسودگی کاربید و درشت‌شدن کاربید از کار می‌افتند. چرخه کوره - برنامه های بازرسی باید مکانیسم غالب هر آلیاژ را هدف قرار دهند.

جدول 6 - حالت های شکست غالب بر اساس نوع آلیاژ، مربوط به برنامه های بازرسی و ارزیابی عمر باقی مانده-.

سوالات متداول