Incoloy 800HT در مقابل آلیاژ 600: پایداری ریزساختاری بلند مدت-در 800–900 درجه - دانش

Incoloy 800HTو آلیاژ 600 هر دو آلیاژهای آهن-نیکل-کروم و نیکل-کروم-آهن هستند که اغلب برای اجزای کوره، وسایل عملیات حرارتی-و تجهیزات فرآیندی که در محدوده 800-900 درجه کار می‌کنند در نظر گرفته می‌شوند. علیرغم ظاهر مشابه آنها در برگه داده، آنها در طی هزاران ساعت در دما بسیار متفاوت پیر می شوند: یکی-برای استحکام خزش طولانی مدت{10}}ساخته شده است، دیگری برای مقاومت در برابر خوردگی در{11}}مواد شیمیایی و هسته ای با دمای پایین تر.

Incoloy 800HT vs Alloy 600

این راهنما شیمی، رفتار بارش کاربید، ساختار دانه، خزش-استحکام گسیختگی، و مقاومت در برابر اکسیداسیون/کربور شدن را مقایسه می‌کند، بنابراین مهندسان می‌توانند آلیاژی را انتخاب کنند که در یک کمپین خدماتی چند-ساله به جای شکست زودهنگام از یک تغییر ریزساختاری پیش‌بینی‌نشده، در واقع آلیاژی را انتخاب کنند.

Incoloy 800HT (UNS N08811) یک آلیاژ آهن-نیکل-کروم است که به طور خاص برای استحکام دمایی بالا و پایداری ساختاری مهندسی شده است، در حالی که آلیاژ 600 (UNS N06600) یک آلیاژ نیکل-کروم آلیاژ اولیه با مقاومت در برابر کروم{8} است. - تفاوت در هدف طراحی که زمانی تعیین کننده می شود که هر دو آلیاژ برای مدت طولانی در دمای 800-900 درجه نگهداری شوند.

هر دو آلیاژ یک پایه سه عنصری (نیکل، کروم، آهن) تقریباً مشابه دارند، به همین دلیل است که گاهی اوقات برای یک کاربرد دمای بالا مقایسه می‌شوند. با این حال، استراتژی آلیاژسازی آنها به شدت متفاوت است. Incoloy 800HT کربن کنترل شده به اضافه آلومینیوم و تیتانیوم را اضافه می کند و اندازه دانه های درشت کنترل شده را مشخص می کند، به ویژه برای به حداکثر رساندن قدرت خزش-در بالای 700 درجه.

آلیاژ 600برای مقاومت عالی در برابر ترک خوردگی ناشی از فشار ناشی از کلرید و ترک خوردگی سوزاننده در ژنراتورهای بخار هسته ای و پردازش شیمیایی، با مقاومت ساختاری در دمای بالا به عنوان یک ملاحظه ثانویه توسعه یافته است. در 800-900 درجه، این اهداف طراحی متفاوت رفتار ریزساختاری بلندمدت قابل اندازه گیری متفاوتی ایجاد می کنند.

عنصر (wt%)	Incoloy 800HT (UNS N08811)	آلیاژ 600 (UNS N06600)
نیکل (Ni)	30.0–35.0	بزرگتر یا مساوی 72.0
کروم (کروم)	19.0–23.0	14.0–17.0
آهن (آهن)	موجودی (~39–43)	6.0–10.0
کربن (C)	0.06–0.10	کمتر یا مساوی 0.15
آلومینیوم + تیتانیوم	0.85-1.20 (ترکیبی)	مشخص نشده است
منگنز (Mn)	کمتر یا مساوی 1.50	کمتر یا مساوی 1.00

جدول 1 - محدوده ترکیب شیمیایی نماینده بر اساس مشخصات ASTM/ASME (B407/B163 برای 800HT؛ B166/B168 برای آلیاژ 600). بررسی مشخصات فعلی آسیاب برای استفاده در طراحی.

هر دو آلیاژ تحت بارندگی کاربید، کمی تکامل شیمی مرز دانه، و از دست دادن تدریجی شکل پذیری دمای اتاق در طول قرار گرفتن در معرض{{1} طولانی مدت در 800-900 درجه هستند، اما استحکام کربن کنترل شده و استحکام دانه Incoloy 800HT به طور خاص طراحی شده است، در حالی که همه این تغییرات به نفع 600 درجه است. ساختار دانه های ریزتر و کنترل نشده و محتوای کربن کمتر باعث می شود که همین تغییرات بدون داشتن مزیت مقاومتی جبرانی، شکل پذیری را کاهش دهند.

What Microstructural Changes Occur in Both Alloys During Long-Term High-Temperature Exposure

در دمای بالا پایدار، کروم با کربن ترکیب می‌شود و کاربیدهای غنی از کروم-(عمدتاً M23C6) را تشکیل می‌دهد که تمایل دارند ابتدا در امتداد مرزهای دانه‌ها هسته شوند. در Incoloy 800HT، این بارش کاربید به طور عمدی مهندسی شده است: محتوای کربن بالاتر آلیاژ و اندازه دانه درشت کنترل شده (اندازه دانه ASTM 5 یا درشت تر) باعث ایجاد شبکه نیمه{6}}دانه پیوسته-شبکه کاربید مرزی می شود که مرزهای دانه ها را مجدداً پین می کند. مکانیسم تغییر شکل خزش غالب در این دماها.

در آلیاژ 600، که با در نظر گرفتن این مکانیسم تقویتی طراحی نشده است، همان بارش کاربید اغلب یک لایه مرزی پیوسته-بدون مزیت تقویتی منطبق ایجاد می کند، که می تواند کروم را به صورت موضعی (حساسیت) کاهش دهد و هم مقاومت به خوردگی و هم شکل پذیری خزشی را کاهش دهد.

Incoloy 800HT برای تولید یک ساختار کاربید مرزی ناپیوسته و کنترل‌شده فرموله شده است که استحکام خزش را بهبود می‌بخشد، در حالی که محتوای کربن پایین‌تر و کنترل‌شده کمتر آلیاژ 600 باعث می‌شود که آن را بیشتر مستعد یک فیلم کاربید پیوسته کند که ترک‌خوردگی بین دانه‌ای را تحت تنش‌های حرارتی طولانی مدت- افزایش می‌دهد.

مشخصه	Incoloy 800HT	آلیاژ 600
محدوده کربن هدف	0.06-0.10٪ (کنترل شده، متوسط-بالا)	تا 0.15٪ (برای این منظور به شدت کنترل نمی شود)
کنترل اندازه دانه	دانه درشت مشخص شده (ASTM 5 یا درشت تر)	برای بهینه سازی خزش مشخص نشده است
مورفولوژی کاربید در 800-900 درجه	کاربیدهای ناپیوسته،-مرز-دانه سنجاق	به سمت لایه کاربید مرزی-دانه پیوسته گرایش دارد
هدف متالورژی اولیه	قدرت خزش-درجه حرارت بالا	مقاومت در برابر خوردگی در سرویس با دمای پایین-

جدول 2 - رفتار بارش مقایسه ای کاربید و هدف طراحی برای Incoloy 800HT و آلیاژ 600 در دمای بالا.

هیچ‌کدام از آلیاژها در مقایسه با سوپرآلیاژهای دارای-کروم، مولیبدن{1} بیشتر مستعد تشکیل فاز سیگما نیستند، اما طراحی آلیاژی Incoloy 800HT و سابقه خدمات طولانی در محدوده 800 تا 900 درجه، مقاومت بهتری-مقاومت اسنادی چند ساله{101} در برابر embritet در فازهای چند ساله{1} در برابر embritt می‌دهد. آلیاژ 600 که به طور خاص در این محدوده دمایی سابقه کوتاه تری دارد.

فاز سیگما و مواد میان‌فلزی شکننده مرتبط به آسانی در آلیاژهایی با کروم بالا ترکیب شده با محتوای مولیبدن، تنگستن یا نیوبیم در دماهای متوسط (تقریباً 600 تا 900 درجه) تشکیل می‌شوند. هر دو Incoloy 800HT و Alloy 600 دارای محتوای کروم متوسط و محتوای مولیبدن ناچیز-تا-در مقایسه با آلیاژهایی مانند فولادهای ضد زنگ 625 یا سوپرآستنیتی هستند که خطر فاز سیگما را در هر دو محدود می‌کند. با این حال، Incoloy 800HT چندین دهه استفاده مستند در لوله‌های کوره پیرولیز اتیلن، سبدهای کاتالیزور، و تجهیزات حرارتی{10}}به طور خاص در دمای 800 تا 1100 درجه دارد، که به متالوژیست‌ها حجم بسیار بزرگ‌تری از-طولانی مدت طولانی‌تر از داده‌های ریزساختاری آن را تأیید می‌کند. معمولاً برای خدمات زیر 650 درجه مشخص می شود.

اندازه دانه درشت مشخص شده Incoloy 800HT مستقیماً عمر پارگی خزشی-را با کاهش سطح کل مرز دانه در دسترس برای لغزش مرز دانه بهبود می‌بخشد، در حالی که آلیاژ 600 معمولاً ریزتر، آسیاب{3}}ساختار دانه‌های بازپخت شده - مقاومت در برابر دما و ضخامت{5} خوب است. یک تعهد برای مقاومت در برابر خزش در 800-900 درجه.

How Do Grain Size and Grain Boundary Character Affect Long-Term Stability

تغییر شکل خزشی در دمای بالا و تنش کم{0} تا-متوسط تحت تأثیر لغزش مرز دانه و انتشار در امتداد مرزهای دانه است. یک ساختار دانه درشت‌تر دارای سطح مرزی کل دانه در واحد حجم است که مستقیماً این مکانیسم تغییر شکل را کند می‌کند و زمان گسیختگی را افزایش می‌دهد. مشخصات آسیاب Incoloy 800HT به یک اندازه دانه درشت کنترل شده به طور خاص برای بهره برداری از این رابطه نیاز دارد. آلیاژ 600 که عمدتاً برای کاربردهای خوردگی تولید می‌شود، جایی که اندازه دانه‌های ریز مقاومت در برابر خوردگی بین دانه‌ای و ترک خوردگی در دماهای پایین‌تر را بهبود می‌بخشد، معمولاً با ساختار دانه‌ای ظریف‌تر عرضه می‌شود که از نظر متالورژی برای خدمات خزش پایدار در دمای-معارض است.

Incoloy 800HT نسبت به آلیاژ 600 در دمای 800 تا 900 درجه، استحکام خزشی{{1} بسیار بالاتری را ارائه می‌کند، که دلیل اصلی آن است که - به جای آلیاژ 600 - آلیاژ مشخص شده استاندارد برای اجزای ساختاری طولانی-در این محدوده دما است.

دارایی (محدوده 800-900 درجه)	Incoloy 800HT	آلیاژ 600
مکانیسم تقویت اولیه	دانه درشت + کاربید/ ′-به کمک سنجاق کردن مرز دانه	فقط{0}}تقویت محلول جامد
قصد طراحی برای سرویس خزش	بله - هدف-ساخت و کد{2}}برای این محدوده شناسایی شد	هیچ - داده خزشی کمتر در طراحی آلیاژ تأکید شده است
تشخیص کد معمولی برای طراحی دمای بالا{0}	فهرست شده در ASME بخش I/VIII جداول تنش مجاز دمای بالا-	داده‌های تنش مجاز دمای بالا در مقایسه
استفاده از سازه‌ای طولانی-متداول بالای 800 درجه	لوله‌های کوره اتیلن، لوله‌های تابشی، وسایل عملیات حرارتی-	کمتر رایج؛ بیشتر در دمای زیر 650 درجه استفاده می شود

جدول 3 - مقایسه کیفی تناسب طراحی گسیختگی خزشی-. مقادیر مجاز تنش واقعی عبارتند از: دما-، زمان-، و کد-ویرایش-خاص. با بخش D فعلی ASME بخش II یا کد طراحی قابل اجرا برای مقادیر عددی مشورت کنید.

محتوای کروم بالاتر Incoloy 800HT به آن مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دمای 800-900 درجه در هوا و اتمسفرهای با اکسید کننده ملایم می دهد، در حالی که محتوای نیکل بسیار بالاتر آلیاژ 600 به آن در اتمسفرهایی که انحلال پذیری کربن و انتشار کمتر در ماتریکس کربنیک بالا را محدود می کند، مزیتی به آن می دهد.

محیط زیست	آلیاژ مناسب-بهتر	دلیل
اتمسفر اکسید کننده (هوا، گازهای حاصل از احتراق)	Incoloy 800HT	کروم بالاتر (19-23٪) مقیاس کروم محافظ و چسبنده تر را تشکیل می دهد.
اتمسفر به شدت کربوردار (اکسیژن کم، فعالیت کربن بالا)	آلیاژ 600	محتوای نیکل بالاتر (بیشتر یا مساوی 72٪) حلالیت کربن و سرعت انتشار را کاهش می دهد.
سرویس دمای بالا{0}}دوره ای با شوک حرارتی	Incoloy 800HT	استحکام خزشی بالاتر و اندازه دانه کنترل شده در برابر ترک ناشی از خستگی حرارتی مقاومت می کند
سیستم های آب اولیه/ثانویه هسته ای زیر 650 درجه	آلیاژ 600 (استفاده تاریخی؛ تا حد زیادی توسط آلیاژ 690 در طرح های جدید جایگزین شده است)	میزان بالای نیکل در برابر خوردگی استرس کلرید مقاومت می کند

جدول 4 - Environment-مقایسه مقاومت ویژه بین Incoloy 800HT و Alloy 600.

آلیاژ 600 به طور کلی مقاومت بهتری نسبت به Incoloy 800HT در محیط‌های گازی-غنی و کم{3}}کربن در محیط‌های گاز فرآیندی کربن دارد، زیرا محتوای نیکل آن به میزان قابل‌توجهی به طور مؤثرتری از فوق اشباع کربنی که حمله گرد و غبار فلز را آغاز می‌کند، سرکوب می‌کند.

Which Alloy Better Resists Metal Dusting at High Temperature

گرد و غبار فلزات شکل فاجعه باری از کربن است که در اتمسفرهای کربن{0}}گاز فوق اشباع تقریباً بین 400 تا 800 درجه رخ می دهد، جایی که سطح آلیاژ به غباری از ذرات ریز فلز و کربن متلاشی می شود. نیکل حلالیت و نفوذ کربن بسیار کمتری نسبت به آهن دارد، بنابراین آلیاژهایی با محتوای نیکل بالاتر معمولاً در برابر شروع گرد و غبار فلز بهتر از آلیاژهای غنی از آهن- با محتوای کروم مشابه مقاومت می کنند.

از آنجایی که آلیاژ 600 حاوی بیش از دو برابر میزان نیکل Incoloy 800HT است، معمولاً در محیط‌های فرآیندی غنی از گاز-اصلاح گاز، گاز سنتز و سایر کربن-فعالیت-که در آن گرد و غبار فلز تهدید غالب است، عملکرد بهتری دارد، حتی اگر انتخاب Incoloy 800HT برای اکسایش اتمسفر در ساختار قوی باقی بماند.

هر دو آلیاژ پس از هزاران ساعت در دمای 800 تا 900 درجه، به دلیل بارش کاربید مرز دانه، مقداری شکل‌پذیری دمای اتاق را از دست می‌دهند، اما مورفولوژی کاربید کنترل‌شده Incoloy 800HT عموماً منجر به کاهش انعطاف‌پذیری تدریجی و قابل پیش‌بینی‌تر نسبت به آلیاژ 600 می‌شود، که می‌تواند تیزتر نشان دهد{5}. فیلم ها پیوسته می شوند

از دست دادن شکل‌پذیری در طول پیری طولانی‌مدت- اساساً ناشی از انتقال از کاربیدهای مرزی جداشده و ناپیوسته-به یک شبکه کاربید پیوسته است، که مسیر آسانی را برای انتشار ترک‌های بین دانه‌ای پس از سرد شدن مواد و بارگذاری در دمای اتاق (مثلاً در هنگام خاموش شدن یا چرخه حرارتی) فراهم می‌کند. طراحی آلیاژ Incoloy 800HT - شامل اضافات آلومینیوم و تیتانیوم آن، که همچنین رسوبات درون دانه‌ای ریز را تشکیل می‌دهند - به ایجاد تعادل در تشکیل کاربید مرزی در برابر تقویت کلی ماتریس کمک می‌کند و رفتار پیری طولانی‌مدت بیشتری را ایجاد می‌کند. از آنجایی که بارش کاربید آلیاژ 600 به طور مشابهی از نظر طراحی متعادل نیست، قرار گرفتن در معرض پایدار در 800-900 درجه می‌تواند یک شبکه کاربید مرزی پیوسته‌تر{12}}و کاهش شدیدتر شکل‌پذیری دمای اتاق{13} در کمپین‌های خدمات طولانی ایجاد کند.

Incoloy 800HT باید انتخاب پیش‌فرض برای-قطعات ساختاری طولانی مدت باشد که به طور مداوم در 800 تا 900 درجه در اتمسفرهای اکسید کننده کار می‌کنند، در حالی که آلیاژ 600 انتخاب بهتری است که در آن مقاومت در برابر کربن‌زدایی یا گرد و غبار فلز، حالت شکست غالب است، یا در جایی که این مؤلفه نیز به مقاومت عالی در برابر خوردگی‌های ناشی از کلرید نیاز دارد{5}.

Which Alloy Should Be Selected for Specific High-Temperature Applications

لوله‌های کوره پیرولیز اتیلن، سبدهای پشتیبانی کاتالیزور، و آویزهای لوله تابشی: استحکام خزشی Incoloy 800HT - و مقاومت در برابر اکسیداسیون الزامات حاکم هستند.

تجهیزات حرارتی-، صدا خفه کن ها و مخازن حرارتی که به طور مداوم بالای 800 درجه کار می کنند: Incoloy 800HT - پایداری طولانی مدت ابعادی تحت بار بسیار مهم است.

گاز سنتز، اصلاح کننده هیدروژن، و سایر اجزای فرآیند غنی از کربن-فعالیت-در دمای کمتر از حدود 800 درجه: آلیاژ 600 - در برابر گرد و غبار فلز و مقاومت در برابر کربوریزاسیون الزامات حاکم است.

اجزایی که بین-سرویس دمای بالا و{1}}درجه حرارت پایین‌تر{1}آبی یا کلرید- قرار گرفتن در معرض یاتاقان قرار می‌گیرند: آلیاژ 600 - ترکیبی از دمای بالا-و مقاومت SCC کلرید ممکن است مورد نیاز باشد، اگرچه آلیاژ 690 اکنون اغلب برای طرح‌های جدید ترجیح داده می‌شود.

کاربردهای محیطی مختلط: با ترکیب گاز فرآیند خاص، سطح تنش و عمر طراحی مورد نیاز مشورت کنید، زیرا انتخاب آلیاژ در 800 تا 900 درجه همیشه باید بر اساس حالت خرابی حاکم، نه تنها دما، تأیید شود.

آلیاژ 600 می‌تواند در برابر قرار گرفتن در معرض کوتاه‌مدت در 900 درجه دوام بیاورد، اما برای خدمات باربری مداوم در طول هزاران ساعت، Incoloy 800HT انتخاب بهتری است زیرا اندازه دانه کنترل‌شده و استحکام اولیه کاربید/گاما-استحکام خزشی بسیار بالاتری را در دمای آن ایجاد می‌کند{6}.

چرا Incoloy 800HT اندازه دانه درشت را مشخص می کند در حالی که دانه های ریزتر معمولاً استحکام را افزایش می دهند؟

دانه‌های ریز با مقاومت در برابر حرکت نابجایی، استحکام را در دمای اتاق و دمای پایین بهبود می‌بخشند، اما در دمای بالا، سطح کل مرزدانه موجود برای لغزش مرز دانه‌ها را افزایش می‌دهند، که مکانیسم تغییر شکل خزشی غالب بالای تقریباً 0.5 برابر نقطه ذوب آلیاژ است. ساختار دانه درشت تر این اثر را کاهش می دهد و عمر گسیختگی خزش-را بهبود می بخشد.

آیا آلیاژ 600 به طور کلی نسبت به Incoloy 800HT در برابر خوردگی مقاوم تر است؟

آلیاژ 600 به دلیل محتوای نیکل بالاتر، عموماً مقاومت بهتری در برابر خوردگی تنش کلرید و گرد و غبار فلز دارد، در حالی که Incoloy 800HT به دلیل محتوای کروم بالاتر، مقاومت اکسیداسیون بهتری را در محیط های هوای گرم و گاز احتراق ارائه می دهد، بنابراین پاسخ به محیط خورنده خاص بستگی دارد تا اینکه یک آلیاژ به طور کلی دارای خوردگی بیشتر باشد.

آیا قرار گرفتن در معرض-درازمدت در دمای 800-900 درجه، استفاده از هر یک از آلیاژها را در دمای اتاق ناامن می‌کند؟

هر دو آلیاژ پس از قرار گرفتن در معرض دمای طولانی مدت-قابلیت شکل پذیری دمایی مفید اتاق را حفظ می‌کنند، اگرچه باید انتظار کاهش کمی داشت. اجزای حذف شده از-سرویس طولانی‌مدت دمای بالا- باید بازرسی شوند و در صورت لزوم توسط کد مربوطه، قبل از استفاده مجدد از نظر تناسب مداوم برای سرویس ارزیابی شوند.

کدام آلیاژ بیشتر برای لوله های کوره ترک اتیلن استفاده می شود؟

Incoloy 800HT و همتایان ریخته‌گری آن (مانند آلیاژهای اصلاح‌شده HP) برای لوله‌های کوره پیرولیز اتیلن بسیار رایج‌تر از آلیاژ 600 هستند، زیرا لوله‌ها اجزای فشار تحمل بار-در دماهایی هستند که خزش-مقاومت پارگی طراحی بر آن حاکم است.