310S vs Incoloy 800: Varme-valg av legeringer for ovns- og ovnsapplikasjoner

Introduksjon

Ovns-, ovns- og termisk-prosesseringsingeniører står rutinemessig overfor den samme materialbeslutningen: spesifiser et kostnadseffektivt-varme-bestandig rustfritt stål, eller gå opp til en nikkel-jern-kromlegering bygget for vedvarende høy-temperaturstyrke.310S rustfritt stålog Incoloy 800 (inkludert 800H- og 800HT-variantene) er de to mest sammenlignede kandidatene for denne avgjørelsen. Begge motstår oksidasjon ved høye temperaturer, begge er lett å lage og sveises, og begge vises rutinemessig i ovnsdører, muffer, strålerør og varme-armaturer.

Ytelsen deres avviker imidlertid kraftig når forkullende atmosfærer, vedvarende mekanisk belastning eller lange serviceintervaller kommer inn i bildet. Denne artikkelen sammenligner de to legeringene på tvers av sammensetning, temperaturkapasitet, oksidasjons- og karburasjonsmotstand, krypebruddstyrke, fabrikasjonskrav og totale eierkostnader, slik at ingeniører og kjøpere kan matche legeringen til applikasjonen i stedet for omvendt.

Hva skiller 310S fra Incoloy 800 metallurgisk?

Sammensetningsforskjellen er hovedårsaken til hver nedstrøms ytelsesforskjell som diskuteres i denne artikkelen. 310S har krom som sitt primære legeringselement og nikkel som en sekundær austenittstabilisator, og derfor er det klassifisert som et rustfritt stål i stedet for en nikkellegering. Incoloy 800 inverterer dette forholdet: nikkel er hovedlegeringstilsetningen, krom er sekundært, og jern utgjør balansen i stedet for å være basismetallet. Det høyere nikkelinnholdet er det som gir 800---serielegeringene deres motstand mot karbondifusjon og deres beholdte styrke ved temperatur - men nikkel er også den dyrere råvaren, og derfor har Incoloy 800-seriens produkter en vedvarende kostnadspremie over 310S.

Kilde: ASTM A240/A480 (310S); ASTM B407/B408/B409 og UNS N08810 fabrikkspesifikasjoner (Incoloy 800H). Områder er nominelle spesifikasjonsgrenser; verifisere mot gjeldende mølletestrapport.

To andre sammensetningsdetaljer betyr noe for ovnsservice. For det første er 310S en lav-karbonvariant av standardklasse 310 (som tillater opptil 0,25 % karbon); det lavere karbonet i 310S forbedrer motstanden mot sensibilisering og intergranulær korrosjon etter sveising. For det andre er Incoloy 800H i seg selv en kontrollert-karbon, kontrollert-korn-variant av base Incoloy 800, og Incoloy 800HT strammer ytterligere opp aluminium-pluss-titanområdet - spesifikt for å heve styrke{15} for å øke styrke{1} og prosess{17}}varmertjeneste, som er omtalt i del 4.

Hvilken legering tåler høyere kontinuerlige driftstemperaturer?

310S er vanligvis vurdert for kontinuerlig oksidasjonsmotstand opp til omtrent 2000 grader F (1093 grader ) og for intermitterende eller mildt syklisk service til et lignende område, på grunn av det høye krominnholdet. Den praktiske begrenseren for 310S i ovns- og ovnsdrift er ikke oksidskalaen - det er sigma-fasedannelse. Etter langvarig eksponering mellom omtrent 1200 grader F og 1650 grader F (650–900 grader), kan 310-familien rustfritt stål danne en sprø intermetallisk sigmafase som reduserer seighet og duktilitet ved romtemperatur. Utstyr som går gjennom dette temperaturbåndet gjentatte ganger, for eksempel ovnsdører og brennerkomponenter, er mer utsatt for denne effekten enn utstyr som opererer kontinuerlig på toppen av temperaturområdet.

Incoloy 800Hog 800HT er vurdert for langsiktig-tjeneste opp til ca. 2000 grader F (1093 grader), med kort-utflukter mulig utover det på bekostning av akselerert styrketap og oksidasjon. Fordi legeringene i 800--serien er løsningsglødd- ved minimum 2100 grader F (1149 grader) for å produsere en grovere, mer krypebestandig kornstruktur, og fordi deres høyere nikkelinnhold undertrykker den samme sigma-fasemekanismen som påvirker holdbarheten og holdbarheten på tvers av oss. en bredere del av ovnens driftsområde, inkludert gjennom gjentatt termisk syklus.

Hvilken legering gir bedre motstand mot oksiderende og karburerende atmosfærer?

Oksidasjonsmotstand i begge legeringene kommer først og fremst fra krom, som danner en beskyttende krom-oksidavleiring ved høy temperatur. 310S bærer faktisk mer krom enn Incoloy 800H (omtrent 25 % mot omtrent 21 %), noe som er en av grunnene til at 310S forblir en sterk, økonomisk oksiderende atmosfære i ren luft. ovnskall og brennerutstyr.

Karburasjonsmotstand er en annen mekanisme, og det er her de to legeringene divergerer skarpest. Karbonoverføring til metalloverflaten fra en karbon-rik atmosfære avhenger sterkt av nikkelinnholdet, fordi nikkel har svært lav løselighet for karbon og bremser dets innadspredning. Feltdata om 800H-rør i karburerende hydrokarbon-behandlingstjeneste viser at legeringen beholder duktiliteten og strukturell integritet etter år med eksponering, under forhold der rustfritt stål fra lavere-nikkel 310-familien karbureres målbart raskere. Dette er den primære grunnen til at Incoloy 800H er det eksisterende materialet for etylenpyrolyserør, hydrokarbonkrakkingsovnskomponenter og varmebehandlingskurver og inventar som ser gjentatte karbureringssykluser.

Publiserte korrosjons-sammenligninger i raffineriovnsmiljøer illustrerer gapet: Incoloy 800H/800HT-legeringer har blitt målt til omtrent 0,15 mm/år (6,0 mpy), mot omtrent 0,23 mm/år (8,9 mpy) for 310-familiens sammenlignbare rustfritt stål. En lavere korrosjonshastighet oversetter direkte til lengre komponentlevetid og færre uplanlagte driftsstans for inspeksjon eller utskifting.

Hvordan sammenlignes kryp og stress-bruddstyrke ved forhøyet temperatur?

Kryp er den langsomme,-tidsavhengige deformasjonen av metall under vedvarende belastning ved høy temperatur, og spennings-bruddstyrke beskriver hvor mye stress et materiale kan bære før det sprekker etter et gitt antall driftstimer. Denne egenskapen har betydning for enhver ovnskomponent som er under belastning mens den er varm - et strålerør under internt trykk, en henger som støtter ildfast materiale, eller en spole i en pyrolyseovn -, forskjellig fra komponenter som ganske enkelt utsettes for varme uten betydelig mekanisk belastning, for eksempel en skjermforing eller dempel.

310S tilbyr moderat kryp-bruddstyrke, tilstrekkelig for lett belastede komponenter. Incoloy 800H og 800HT ble spesielt utviklet for å forlenge levetiden for krypebrudd utover hva standard 800 eller 310-familien rustfritt stål gir, gjennom kontrollert karboninnhold (0,05–0,10 %) og en grov-kornoppløsningsgrad, minimum 10492 grader (10492 grader F). Incoloy 800HT strammer aluminium-og-titanspesifikasjonen ytterligere på toppen av det, for applikasjoner som krever den lengste praktiske levetiden under vedvarende høytemperaturpåkjenninger, for eksempel etylenovnsrør og pyrolysespoler.

Kilde: Sammenstilt fra ASTM A240/B407/B409 spesifikasjonsdata og publiserte høy-temperaturkorrosjons-hastighet og mekaniske-egenskapsstudier for 310/310H og Incoloy 800H/800HT i raffineri- og ovnstjenester. Bekreft tillatte design mot gjeldende ASME Section II Part D eller gjeldende kodeutgave før endelig spesifikasjon.

Hva er kostnadsforskjellen, og når er premien rettferdiggjort?

Nikkel er konsekvent den største enkeltdriveren for legeringstilleggspriser for begge materialene, men Incoloy 800H/HT bærer omtrent 50 prosent mer nikkel i vekt enn 310S, og nikkel handler vanligvis med et betydelig multiplum av krom og jern som utgjør mesteparten av 310Ss legeringsinnhold. Dette gjør 800--seriens legeringer til det dyrere kjøpet på per-pund eller per-lineær fot basis, før fabrikasjon i det hele tatt vurderes.

Beslutningsrammen som følger av den tekniske sammenligningen ovenfor er grei. Spesifiser 310S når komponenten ser en ren oksiderende atmosfære, lett eller ingen mekanisk belastning, og moderate -levetidsforventninger - ovnskall, dører, vifter og ikke-last-beskyttere er vanlige tilpasninger. Spesifiser Incoloy 800H eller 800HT når komponenten er under vedvarende belastning ved temperatur, utsatt for en karboniserende eller sulfiderende atmosfære, eller når kostnadene for en ikke-planlagt nedleggelse for å erstatte en defekt komponent vesentlig overstiger materialkostnadspremien - strålerør, prosess-varmeelementer{1} og varmeelementer{1}. armaturer med lange karbureringssykluser er vanlige tilpasninger.

Hvordan er kravene til fremstilling, sveising og varmebehandling forskjellig?

310S er løsningsglødd- i området 1 900–2 100 grader F (1 030–1 150 grader ) etterfulgt av rask avkjøling, som setter karbider tilbake i løsningen og maksimerer korrosjonsmotstanden. Hvis 310-familieutstyr har hatt utvidet service over 1200 grader F (650 grader) og sigmafase har dannet seg, kan duktiliteten generelt gjenopprettes med samme løsning-glødingssyklus; en gjenglødning etter omtrent hver 1000. driftstime over 1200 grader F er et ofte sitert vedlikeholdsintervall for utstyr som er utsatt for sigmadannelse.

Incoloy 800H og 800HT krever en løsningsgløding på minimum 2100 grader F (1149 grader) - merkbart høyere enn glødingen som brukes for 310S -, spesielt for å produsere en grovere kornstruktur (typisk ASTM-kornstørrelse Ingen{{9}{1} som forbedrer 0}levetiden for kreper. Begge legeringene er sveisbare ved standard gass-wolframbue- og skjermede metallbueprosesser med matchende eller nesten{12}}matchende fyllmetall, og begge er konvensjonelt kald-formet, selv om 800-seriens legeringer kan vise en karakteristisk overflatetekstur ("appelsinskall") etter kraftig kaldforming på grunn av kornstørrelsen.

Hvilken legering bør du spesifisere for vanlige ovns- og ovnskomponenter?

Kilde: Generell valgveiledning basert på dokumenterte legeringsegenskaper og vanlig industriovn/ovnspraksis. Komponentspesifikt-valg bør ta hensyn til faktisk atmosfærekjemi, trykkklassifisering, termisk syklusfrekvens og gjeldende designkode.

Ofte stilte spørsmål

Spørsmål: Kan 310S og Incoloy 800H brukes om hverandre i samme ovn?

A: Ikke generelt. De har forskjellige termiske ekspansjonshastigheter og ulik krypeadferd, så å blande dem i en enkelt sveiset sammenstilling under belastning kan skape differensiell stress. Der begge legeringene vises i den samme ovnen, brukes de vanligvis i separate, uavhengig støttede komponenter -, for eksempel et 310S-skall med Incoloy 800H interne rør.

Spørsmål: Er Incoloy 800 det samme som Incoloy 800H eller 800HT?

A: Nei. Standard Incoloy 800 (UNS N08800) tillater et bredere karbonområde og har ikke den grove-kornet, høy-temperaturoppløsningsglødingen som gir 800H (UNS N08810) og 800HT (UNS N08811) deres overlegne krypstyrke{9}}. I dagens spesifikasjoner for ovner og prosesser-har 800H og 800HT stort sett erstattet standard 800.

Spørsmål: Krever 310S varmebehandling etter-sveising?

A: Ikke for korrosjonsbestandighet i de fleste ovnsapplikasjoner, siden 310S er en lav-karbonkvalitet med god motstand mot sveiserelatert-sensibilisering. Hvis utstyret vil se utvidet tjeneste i sigma-fasen-formingsområdet, er en periodisk løsningsgløding - ikke en stressavlastning - den riktige korrigerende behandlingen, ikke et rutinemessig etter-sveisekrav.

Spørsmål: Hva er den praktiske temperaturgrensen for kontinuerlig 310S-tjeneste?

A: Omtrent 2000 grader F (1093 grader) for kontinuerlig oksidasjonstjeneste, med forbehold om at utstyr som sykler gjennom området 1200–1650 grader F (650–900 grader) gjentatte ganger utsettes for sigma-fase-skjørhet over tid og bør vurderes på nytt for periodisk{1}.

Spørsmål: Hvorfor har nikkelinnhold så stor betydning for forgasningsmotstanden?

A: Karbon har svært lav løselighet i nikkel og diffunderer inn i det saktere enn til jern eller krom. Fordi Incoloy 800H bærer omtrent 30–35 % nikkel mot omtrent 19–22 % for 310S, penetrerer karbon overflaten langsommere under identiske karbureringsforhold, noe som er hovedårsaken til at 800H utkonkurrerer 310-familien rustfritt stål i forkullende ovnsatmosfære.