Incoloy 800 vs 800H vs 800HT: Conținutul de carbon, dimensiunea granulelor și diferențele de rezistență la fluaj

Introducere

Incoloy 800, 800H și 800HTaparțin aceleiași familii de aliaje de nichel-fier-crom, dezvoltate de Special Metals Corporation începând cu anii 1950 pentru a oferi rezistență la căldură și la coroziune, fără a se baza pe conținutul mare de nichel care a făcut din aliajul INCONEL 600 un material strategic rar la acea vreme. Toate trei au aceleași game nominale de nichel, crom și fier. Ceea ce le separă - de ceea ce trebuie să înțeleagă de fapt un inginer cu specificații sau un manager de achiziții - este un set mic de controale compoziționale și metalurgice: conținutul de carbon, conținutul de aluminiu-plus-titan și dimensiunea granulelor obținute prin recoacere finală. Împreună, aceste controale determină cât de multă rezistență la fluaj și la stres-la rupere poate furniza materialul în timpul anilor de serviciu continuu la temperatură înaltă-.

Acest articol compară direct toate cele trei grade, utilizând compozițiile chimice limitative și datele privind rezistența la rupere-pe termen lung-publicate de Special Metals Corporation în aliajul INCOLOY 800 (SMC-046) și aliajul INCOLOY 800H și 800HT (SMC-047) buletinele tehnice, astfel încât cumpărătorii să poată corespunde temperaturii corecte și duratei de viață corecte.

Care este diferența fundamentală dintre aliajul 800, 800H și 800HT?

Toate cele trei aliaje au același 30–35% nichel / 19–23% crom / 39,5% min. baza de fier, dar 800H și 800HT sunt versiuni îmbunătățite din punct de vedere metalurgic ale 800 - produse la limite mai stricte de carbon și aluminiu-plus-titan și având o soluție de-recoace la temperatură înaltă care crește o structură a granulelor mai grosiere, în special pentru a crește rezistența la fluaj și ruptură pentru lungă durată și ruptură{1}2} serviciu cu temperatură ridicată{14}.

Literatura tehnică proprie a metalelor speciale este explicită în acest punct: elementele de bază din toate cele trei aliaje sunt aceleași, iar proprietățile fizice și termice ale aliajelor (densitate, dilatare termică, rezistivitate electrică, modul de elasticitate) sunt în esență identice, deoarece intervalele lor de compoziție se suprapun. Diferențele care contează sunt metalurgice, nu chimice în sens larg - se referă la cât de strâns sunt controlați trei parametri specifici: conținutul de carbon, conținutul de aluminiu-plus-titan și dimensiunea finală a granulelor.

Din acest motiv, aliajul 800 este, în general, alegerea cu rezistență mai mare-pentru încărcarea pe termen scurt-la temperatura camerei sau la temperatură moderată, în timp ce 800H și 800HT sunt alegerea corectă ori de câte ori o componentă trebuie să reziste la deformarea dependentă de timp (fluaj) în anii de expunere continuă peste aproximativ 1.000 de grade F (500 grade F).

Cum diferă conținutul de carbon între cele trei grade și de ce contează?

Aliajul 800 permite carbon până la 0,10% fără un minim specificat; aliajul 800H necesită 0,05–0,10% carbon; iar aliajul 800HT strânge mai mult până la 0,06–0,10% carbon - un etaj mai îngust și mai înalt, care este cea mai mare pârghie pentru rezistența la fluaj-la rupere din această familie de aliaje.

Buletinele Special Metals notează că de mult timp se recunoaște că aliajul de carbon 800 mai mare are proprietăți de fluaj și rupere mai mari decât materialul cu conținut scăzut de carbon, de aceeași compoziție nominală, motiv pentru care compania a început să se topească la intervalul 0,05–0,10% - partea superioară a intervalului de 0,10% {{7}formal, deoarece intervalul maxim de 0,10} a fost permis pentru standardul {{7} nota proprie. Carbonul din această familie de aliaje precipită sub formă de carburi de crom la granițele granulelor în timpul expunerii la temperaturi înalte-; controlate la nivelul și mărimea granulației potrivite, aceste carburi fixează granițele granulelor și rezistă alunecării limitelor care determină deformarea prin fluaj.

Sursa: Special Metals Corporation, INCOLOY alloy 800H & 800HT buletin tehnic, Publicația Nr. SMC-047 (Tabelul 1).

O nuanță importantă pentru cumpărători: deoarece plafonul de carbon din aliajul 800 (0,10% max.) se suprapune în întregime cu gamele 800H și 800HT, o căldură din aliaj simplu 800 poate, doar prin chimie, să cadă deja în fereastra de carbon 800H. Numai conținutul de carbon nu face o căldură 800H-calificată, cu toate acestea - cerința privind dimensiunea granulelor discutată mai jos trebuie, de asemenea, îndeplinită și verificată.

De ce contează dimensiunea granulelor pentru rezistența la fluaj?

Aliajul 800 nu are o cerință specificată pentru dimensiunea granulelor, în timp ce atât 800H, cât și 800HT necesită o dimensiune ASTM medie a granulelor de No. 5 sau mai grosier, obținută prin recoacere cu soluție la 1.150–1.200 de grade F (1.150–1.200 de grade) - o rezistență la stres mai mare și mai grosieră, ceea ce înseamnă o rezistență mai mare a grăunților la o structură mai grosieră. temperatură, cu un anumit cost pentru a post{13}}duritatea la expunere.

Dimensiunea boabelor și rezistența la fluaj sunt direct legate în acest sistem de aliaj, deoarece deformarea la fluaj la temperatură ridicată este determinată în mod substanțial de alunecarea de-a lungul granițelor granulelor. O structură de granulație mai grosieră are proporțional mai puțină suprafață de granu-per unitate de volum, ceea ce reduce căile disponibile pentru alunecarea limitei respective și, în combinație cu fixarea cu carbură, crește tensiunea pe care o poate suporta o componentă înainte de a se deforma în mod inacceptabil sau de a se rupe pe o anumită durată de viață.

Buletinul Special Metals este specific despre modul în care se realizează acest lucru în producție: aliajele 800H și 800HT sunt recoapte prin soluție ca pas final de producție la 2.100–2.200 grade F (1.150–1.200 grade), cu timpul la temperatură ajustat pentru dimensiunea secțiunii și caracteristicile cuptorului pentru a atinge o dimensiune minimă medie a granulelor de ASTM.

Buletinul semnalează, de asemenea, punctul de scădere a randamentelor și schimburile asociate-: temperatura și timpul ar trebui controlate pentru a limita creșterea excesivă a boabelor, deoarece se obține puțină rezistență suplimentară la fluaj dincolo de o anumită grosieritate, în timp ce boabele foarte grosiere scad duritatea după expunerea la temperatură-înaltă. Pentru aplicațiile în care va urma mai mult de aproximativ 20% formare la rece sau în care este necesară finisarea fină a suprafeței, același buletin recomandă în schimb comandarea materialului într-o stare de-granulație fină, subliniind că tratamentul cu granulație-gruieră este un schimb deliberat-specific-de serviciu, nu o actualizare universală.

Sursa: Special Metals Corporation, INCOLOY aliaj 800H & 800HT buletin tehnic, Publicația nr. SMC-047 (Tabelul 1 și recoacerea - secțiunea Practică de bază).

Intervale speciale (mai fine sau mai grosieră)-dimensiuni - ASTM 1–5 pentru plăci și țevi/țeavă și ASTM 2–5 pentru tablă - pot fi convenite și pentru anumite comenzi, astfel încât cumpărătorii cu o combinație neobișnuită de cerințe de formare și service ar trebui să specifice în mod explicit dimensiunea granulelor în comandul de achiziție, mai degrabă decât să presupună ASTM standard 5-{8} grosier.

Cum diferă nivelurile de aluminiu-Plus-titan între 800H și 800HT?

Aliajul 800 și 800H permit ambele 0,30–1,20% aluminiu combinat plus titan, dar aliajul 800HT restricționează acest interval combinat la un al treilea control mai îngust, mai mare de 0,85–1,20% - al treilea control, alături de carbon și dimensiunea granulelor, pe care Special Metals le folosește pentru a împinge rezistența la rupere peste 80HT{09}} 800H.

Buletinele Special Metals descriu acest lucru direct ca o strategie deliberată: compania a menținut conținutul de aluminiu și titan în porțiunea superioară a gamei specificate pentru propria sa producție 800H, în special pentru că acest lucru a produs proprietăți de curgere și ruptură{1}}mai mari decât materialul 800H al concurenților care îndeplinește doar cerințele minime. În loc să părăsească acea practică de-gamă superioară ca o preferință internă, Special Metals a oficializat-o într-un grad de chimie distinct, restrâns - 800HT -, cu o pardoseală și un plafon obligatoriu de 0,85–1,20% Al+Ti, plus intervalul de carbon de 0,06–0,10% și un grad minim de 2,1040 grade F (10,10%). temperatura de recoacere a soluției-descrisă mai sus.

Deoarece fereastra chimică 800HT se află în întregime în interiorul ferestrei 800H, orice căldură produsă conform cerințelor 800HT satisface automat și cerințele 800H -, motiv pentru care materialul 800HT este în mod obișnuit certificat dual- atât pentru UNS N08811, cât și pentru UNS N08810. Reversul nu este adevărat: materialul obișnuit 800H nu poate fi certificat ca 800HT decât dacă îndeplinește în mod independent cerințele mai stricte de carbon, Al+Ti și dimensiune-granulelor.

Comparație completă a compoziției: aliaj 800 vs 800H vs 800HT

Cele trei grade diferă numai în ceea ce privește carbonul, aluminiul, titanul și dimensiunea granulelor -, fiecare alt element de compoziție limitativ (nichel, crom, fier, mangan, sulf, siliciu, cupru) este specificat în mod identic pentru toate trei.

Sursa: Special Metals Corporation, buletinul tehnic INCOLOY alloy 800H & 800HT, Publicația nr. SMC-047, Tabelul 1 - Limitarea compozițiilor chimice pentru aliajele INCOLOY 800, 800H și 800HT.

Care aliaj are cea mai mare rezistență la fluaj{0}}la rupere?

Aliajul 800HT oferă cea mai mare rezistență la rupere-la fluaj-pe termen lung dintre cele trei grade, urmată de 800H; Aliajul simplu 800 nu este recomandat de Special Metals pentru aplicații care necesită proprietăți optime de rupere la fluaj-, în special peste 1.500 de grade F (816 de grade ).

Special Metals afirmă clar că aliajul 800H și 800HT au o rezistență la fluaj și la rupere semnificativ mai mare decât aliajul 800 și că aliajul 800 nu este utilizat în mod normal acolo unde sunt necesare proprietăți optime de fluaj-la rupere - 800H sau 800HT ar trebui specificate în schimb. Acest clasament se menține în special pentru încărcare-de lungă durată, cu temperatură ridicată-; la temperatura camerei și în timpul unei expuneri de scurtă durată, aliajul 800 poate prezenta de fapt o rezistență la tracțiune mai mare decât 800H sau 800HT, deoarece starea de recoacere cu granulație grosieră, temperatură înaltă- a 800H/800HT schimbă o rezistență mai scurtă{19}{0}{19} cu o rezistență mai lungă.

Tabelul de mai jos reproduce valorile reprezentative ale Special Metals 10.000-, 30.000-, 50.000- și 100.000 de ore ale rezistenței la rupere pentru aliajele 800H și 800HT, care sunt tratate ca o singură soluție de grade a producătorului, deoarece setul de date unic al producătorului împarte aceeași soluție. țintă de dimensiunea granulelor; Carbonul mai strâns al 800HT și chimia Al+Ti își ridică poziția în acest interval de tensiuni și se reflectă separat în tensiunile de proiectare admisibile ale ASME (discutate în secțiunea următoare).

Sursa: Special Metals Corporation, buletinul tehnic INCOLOY aliaj 800H și 800HT, Publicația nr. SMC-047, Tabelul 7 - Valori reprezentative ale rezistenței la rupere pentru aliajele INCOLOY 800H/800HT.

Citiți practic: rezistența la rupere scade brusc atât odată cu creșterea temperaturii, cât și cu creșterea duratei de viață, ceea ce este exact ceea ce prezice un mecanism de rupere prin fluaj-. O componentă proiectată pentru o durată de viață de 100.000-ore (aproximativ 11,4{-ani) la 1.600 de grade F (870 de grade ) poate transporta doar aproximativ 2,5 ksi (17 MPa) - față de 3,5 ksi la aceeași temperatură pentru o durată de viață de proiect 0}0.hour{07} Acesta este motivul pentru care potrivirea gradului corect și a valorii corecte a tensiunii de viață de proiectare cu temperatura reală de funcționare este esențială pentru proiectarea echipamentelor sigure și conforme cu codul din această familie de aliaje și de ce simpla citire a unui singur număr de „temperatură maximă” de pe o fișă de date nu este o bază de proiectare adecvată pentru un serviciu limitat de fluaj.

Cum se compară stresurile de proiectare a cazului codului ASME?

Aliajul 800HT (ASME Code Case 1987) suportă tensiuni de proiectare maxime admise mai mari decât aliajul 800H (ASME Code Case 1325) în intervalul de service 1.100–1.650 grade F, care este consecința directă, recunoscută de cod, a 800HT, care este o consecință recunoscută de cod a 800HT și a multor motive mai bune pentru cumpărători și carbon. specificați 800HT chiar și acolo unde 800H ar îndeplini cerințele minime.

În conformitate cu Codul ASME pentru cazane și recipiente sub presiune, tensiunile de proiectare ale aliajului 800 pentru construcția Secțiunii I și Secțiunii VIII, Divizia 1 sunt enumerate direct în Secțiunea II, Partea D și acoperă servicii de până la 1.500 de grade F (816 de grade). Tensiunile de proiectare ale aliajului 800H sunt, de asemenea, enumerate în Secțiunea II, Partea D și sunt abordate în continuare prin Codul Case 1325 (la 1.500 grade F/816 grade ) și Codul Case 1983 pentru Secțiunea VIII, Divizia 1 service până la 1.800 grade F (982 grade ).

Tensiunile maxime admise ale aliajului 800HT, acoperite de Code Case 1987, sunt în mod explicit mai mari decât 800H în intervalul 1.100–1.650 de grade F, iar materialul certificat ca 800HT îndeplinește automat toate cerințele 800H -, motiv pentru care 800HT este, în mod obișnuit, dual și NSS180{1} UNS N08810 pe certificatele morii.

• Aliaj 800 (N08800) - Secțiunea I / Secțiunea VIII, Div. 1 și 2 tensiuni de proiectare conform ASME II Partea D; serviciu la 1.500 de grade F (816 de grade).
• Aliaj 800H (N08810) - Cod ASME Case 1325 (la 1.500 grade F/816 grade ) și Cod Case 1983 pentru Secțiunea VIII, Div. 1 service la 1.800 grade F (982 grade ).
• Aliaj 800HT (N08811) - Cod ASME Case 1987 (ultima revizuire); tensiuni admisibile mai mari decât 800H de la 1.100 la 1.650 grade F; acoperit de asemenea la 1.800 de grade F (982 de grade) prin valorile Code Case 1983.

O notă de achiziție care merită semnalată sincer: istoricul arată că aceste tensiuni admisibile s-au mutat înainte și se pot muta din nou. Conform relatării proprii a Special Metals, atunci când ASME Metals Property Council a reanalizat datele cumulate de fluaj de 800H-rupturi de la 87 de călduri și 1.052 de puncte de date la mai mulți producători - inclusiv materiale mai slabe decât propriile călduri ale Special Metals - Codul permis 800H au fost revizuite în scădere, 100 de stres, 100 de proiecte. interval de grade F (593–816 grade). Acest episod este tocmai motivul pentru care 800HT există ca un grad de chimie separat, mai strict-: a lăsat Special Metals să continue să ofere solicitări de design mai ridicate pe care materialul său le-ar putea suporta, susținut de propriile sale date, independent de revizuirea 800H combinată.

Când ar trebui să specificați aliajul 800 vs 800H vs 800HT?

Specificați aliajul simplu 800 pentru funcționare generală rezistentă la coroziune- și la căldură-sub aproximativ 1.500 grade F (816 grade ) unde fluajul nu este condiția de proiectare care guvernează; specificați 800H ca grad de bază oriunde rezistența la rupere-la fluaj guvernează durata de viață de proiectare peste acest interval; și specificați 800HT în cazul în care aplicația își justifică stresul de proiectare admisibil mai mare și certificarea UNS dublă -, de obicei, cea mai mare-temperatură, cea mai lungă-proiectare-presiunea de viață- componentelor limită.

Coșuri, tăvi și accesorii pentru cuptor din aliaj 800 -; schimbătoare de căldură și conducte în medii purtătoare de-acid azotic sau de clorură-, unde rezistența la fisurare prin coroziune prin tens-contează mai mult decât durata de viață la fluaj; învelișul elementului de încălzire-electrică.

Tuburi de catalizator pentru reformator de abur/hidrocarburi din aliaj 800H -, tuburi de convecție, pigtails și colectoare de evacuare; tuburi de cracare și convecție a etilenei; tuburi radiante, mufe și retorte în cuptoarele de tratament termic-; generator de abur-tubulatură și supraîncălzitor.

Aliaj 800HT - aceleași aplicații critice de cuptoare și reformatoare de fluaj-ca 800H, specificate în loc de 800H, atunci când calculul de proiectare necesită o solicitare mai mare permisă pentru Code Case 1987 sau când cumpărătorul dorește o certificare dublă N08810/N08811 pentru flexibilitate în mai multe specificații de proiect.

În practică, majoritatea fabricilor de astăzi produc material din aliaj 800H la chimie și la dimensiunea granulelor suficient de strâns pentru a fi calificat și ca 800HT și îl certifică dual-la ambele numere UNS din raportul de testare al morii -, astfel încât cumpărătorii ar trebui să verifice întotdeauna chimia reală a MTR și rezultatul mărimii-granulelor în raport cu tabelul 1 de mai sus, în loc să presupună automat o ordine nominală800H Tensiuni de proiectare la nivel 800HT-.

Întrebări frecvente

Q: Este Incoloy 800HT pur și simplu un grad superior de 800H?

A: Nu este chiar o familie de aliaje separată - 800Compoziția HT este un subset restrâns de 800H, care se încadrează întotdeauna în limitele 800H. Distincția este că 800HT necesită un conținut mai îngust de carbon (0,06–0,10% față de. 0.05–0,10%) și un conținut mai mare de aluminiu-plus{-titan (0,85–1,20% față de{. 0.30–1,20%), plus o soluție de 2.100 de grade F și grade F (ASME1) 1,14 și 2.100 de grade mai ridicate. tensiunile de proiectare admisibile conform Codului Case 1987.

Q: Aliajul 800H poate fi înlocuit cu 800HT într-un proiect care specifică 800HT?

A: Nu, nu automat. Materialul din aliaj 800HT îndeplinește întotdeauna cerințele 800H, așa că poate fi certificat dual-, dar inversul nu este garantat - materialul obișnuit 800H se califică drept 800HT numai dacă chimia reală și dimensiunea granulelor îndeplinesc în mod independent limitele mai stricte 800HT. Raportul de testare al morii trebuie verificat.

Q: O dimensiune mai mare a granulelor face ca 800H și 800HT să fie mai slabe în general?

A: Nu, - este un schimb deliberat-în direcția opusă a ceea ce implică de obicei „mai slab”. Granulele mai grosiere (ASTM Nr.. 5 sau mai grosiere) îmbunătățesc-pe termen lung rezistența la fluaj și la stres-la rupere la temperatură ridicată, care este proprietatea pentru care sunt concepute aceste clase. Compartimentul este o duritate redusă după expunerea la-temperatură ridicată și o rezistență mai scăzută la temperatură-camere-pe termen scurt în comparație cu aliajul cu granulație-fină 800, nu o slăbiciune generală.

Q: Care este temperatura maximă de serviciu pentru fiecare grad?

A: Conform ASME Secțiunea I și Secțiunea VIII, Diviziunea 1, aliajul 800 este permis până la 1.500 de grade F (816 de grade). Alloy 800H este, de asemenea, listat la 1.500 de grade F (816 grade) în Codul Case 1325, cu Secțiunea VIII, Divizia 1 serviciu extins la 1.800 grade F (982 grade) în Code Case 1983. Alloy 800HT's Code Case 1981, acoperă aceleași grade ca și F6100–1981, intervalul de tensiuni. 800H, la valori admise mai mari, cu serviciul de 1.800 de grade F (982 de grade) abordat și prin Code Case 1983.

Q: De ce toate cele trei aliaje au în esență aceeași rezistență la coroziune?

A: Deoarece nichelul, cromul și fierul - elementele care guvernează rezistența la oxidare, rezistența la carburare și rezistența la stresul de clorură-fisurarea prin coroziune - sunt specificate în mod identic în toate cele trei grade. Diferențele de compoziție dintre 800, 800H și 800HT sunt limitate la carbon, aluminiu și titan, care afectează proprietățile mecanice și de fluaj mai degrabă decât comportamentul general la coroziune.

Articole înrudite

INCONEL Alloy 600 vs INCOLOY Alloy 800 pentru componentele cuptorului

SMR și aliaje de nichel: selectarea aliajului 800H/617/690 pentru serviciul de clasă Reactor-

Ghid definitiv pentru Inconel 625