Incoloy 800HT vs Alloy 600: stabilitate microstructurală pe termen lung la 800-900 de grade

Incoloy 800HTși Alloy 600 sunt atât fier-nichel-crom, cât și nichel-crom-aliaje de fier frecvent considerate pentru componentele cuptorului, dispozitivele de-tratare termică și echipamentele de proces care funcționează în intervalul 800-900 de grade. În ciuda aspectului lor similar pe o foaie de date, ele îmbătrânesc foarte diferit de-a lungul a mii de ore la temperatură: una este creată special-pentru rezistența la fluaj-pe termen lung, cealaltă pentru rezistența la coroziune în servicii chimice și nucleare cu temperatură joasă-.

Acest ghid compară chimia, comportamentul de precipitare a carburilor, structura granulelor, rezistența la rupere-la fluaj și rezistența la oxidare/carburare, astfel încât inginerii să poată selecta aliajul care va rezista într-adevăr pe o campanie de service pe mai mulți-an, mai degrabă decât să eșueze devreme din cauza unei schimbări microstructurale neprevăzute.

Ce sunt Incoloy 800HT și Alloy 600 și de ce să le comparați la 800-900 de grade?

Incoloy 800HT (UNS N08811) este un aliaj de fier-nichel-crom proiectat special pentru rezistență la temperatură înaltă și stabilitate structurală, în timp ce Alloy 600 (UNS N06600) este un aliaj de nichel-crom{{8} pentru rezistență primară la coroziune{{8}9 la coroziune a motorului. intenția de proiectare care devine decisivă odată ce ambele aliaje sunt menținute pentru perioade prelungite la 800-900 de grade.

Ambele aliaje au o bază similară cu trei-elemente (nichel, crom, fier), motiv pentru care sunt uneori comparate pentru aceeași aplicație la temperatură-înaltă. Cu toate acestea, strategia lor de aliere diferă brusc. Incoloy 800HT adaugă carbon controlat plus aluminiu și titan și specifică o dimensiune controlată a granulelor mai grosiere, în special pentru a maximiza rezistența la rupere-la fluaj peste 700 de grade .

Aliaj 600a fost dezvoltat pentru o rezistență excelentă la fisurarea prin coroziune indusă de clorură-la stres și la cracarea caustică în generatoarele nucleare de abur și procesarea chimică, având în vedere rezistența structurală la temperatură ridicată-ca o considerație secundară. La 800-900 de grade , aceste obiective de proiectare diferite produc un comportament microstructural pe termen lung-măsurabil.

Tabelul 1 - Intervalele reprezentative ale compoziției chimice conform specificațiilor ASTM/ASME (B407/B163 pentru 800HT; B166/B168 pentru aliajul 600). Verificați cu specificațiile actuale ale morii pentru utilizarea în proiectare.

Ce modificări microstructurale au loc în ambele aliaje în timpul expunerii la temperatură înalt-pe termen lung-?

Ambele aliaje suferă precipitații de carburi, o anumită evoluție a chimiei granițelor și pierderea treptată a ductilității la temperatura camerei-în timpul expunerii pe termen lung-la 800–900 de grade, dar carbonul controlat și dimensiunea granulelor Incoloy 800HT sunt special concepute pentru a face aceste modificări să funcționeze în favoarea rezistenței fine și mai mici a carbonului conținutul fac aceleași modificări mai probabil să reducă ductilitatea fără un beneficiu compensator al rezistenței.

La o temperatură ridicată susținută, cromul se combină cu carbonul pentru a forma carburi-bogate în crom (în primul rând M23C6), care tind să se nucleeze mai întâi de-a lungul granițelor. În Incoloy 800HT, această precipitare de carbură este proiectată în mod deliberat: conținutul mai mare de carbon al aliajului și dimensiunea controlată a granulelor grosiere (dimensiunea granulelor ASTM 5 sau mai grosieră) promovează o rețea de carbură de limită semi-granulelor-continue care fixează granițele granulelor și rezistă la mecanismul dominant de alunecare a limitelor de cereale la - mecanismul de deformare dominantă a temperaturii fluare.

În aliajul 600, care nu a fost proiectat având în vedere acest mecanism de întărire, aceeași precipitare de carbură produce mai des o peliculă granulară continuă-limită fără un beneficiu de întărire corespunzător, care poate epuiza cromul (sensibilizare) și poate reduce atât rezistența la coroziune, cât și ductilitatea la fluaj.

Cum diferă precipitația de carbură între Incoloy 800HT și Alloy 600?

Incoloy 800HT este formulat pentru a produce o structură de carbură de limită-granulară controlată, discontinuă, care îmbunătățește rezistența la fluaj, în timp ce conținutul de carbon mai scăzut și mai puțin controlat al lui Alloy 600 îl face mai predispus la o peliculă continuă de carbură care promovează fisurarea intergranulară la expunerea termică și la stres pe termen lung.

Tabelul 2 - Comportamentul comparativ al precipitațiilor de carbură și intenția de proiectare pentru Incoloy 800HT și Alloy 600 la temperatură ridicată.

Ce aliaj are o rezistență mai bună la faza Sigma și la alte faze intermetalice care strică?

Niciun aliaj nu este foarte predispus la formarea fazei sigma în comparație cu superaliaje cu lagăre mai mare de-crom, molibden-, dar designul aliajului Incoloy 800HT și istoria lungă de funcționare în intervalul 800-900 de grade îi conferă o rezistență mai-documentată la expunerea la fazele intermetalice supra{{60} fragile60} care are un istoric mai scurt în special în acest interval de temperatură.

Faza sigma și substanțele intermetalice fragile aferente se formează cel mai ușor în aliaje cu conținut ridicat de crom combinat cu molibden, wolfram sau niobiu la temperaturi intermediare (aproximativ 600-900 de grade). Atât Incoloy 800HT, cât și Alloy 600 au un conținut modest de crom și un conținut de molibden neglijabil-la-în comparație cu aliaje precum 625 sau oțelurile inoxidabile supraaustenitice, ceea ce limitează riscul de fază sigma în ambele. Cu toate acestea, Incoloy 800HT are zeci de ani de utilizare documentată în tuburile cuptorului de piroliză cu etilenă, coșurile de catalizator și dispozitivele de tratare termică, în mod specific la 800-1100 de grade, oferind metalurgiștilor un corp mult mai mare de date privind îmbătrânirea pe termen lung, care confirmă stabilitatea microstructurii sale în toată această fereastră. este mai frecvent specificat pentru service sub 650 de grade.

Cum afectează dimensiunea granulației și caracterul limită a granulelor stabilitatea{0}}pe termen lung?

Dimensiunea granulelor grosiere specificată de Incoloy 800HT îmbunătățește în mod direct durata de viață la fluaj-la rupere prin reducerea suprafeței totale a limitelor de cereale disponibilă pentru alunecarea limitelor de cereale, în timp ce Alloy 600 este, de obicei, mai fină, structura de cereale recoacetă - bună pentru -temperatura camerei, rezistență la curgere, ductilitate și rezistență la coroziune; 800-900 de grade.

Deformarea prin fluaj la temperatură înaltă și stres scăzut-la-moderat este dominată de alunecarea limitelor de granule și difuzia de-a lungul limitelor de cereale. O structură a granulelor mai grosiere are proporțional mai puțină suprafață totală a granulelor pe unitatea de volum, ceea ce încetinește direct acest mecanism de deformare și prelungește timpul până la rupere. Specificațiile morii Incoloy 800HT necesită o dimensiune controlată a granulelor grosiere, special pentru a exploata această relație. Aliajul 600, produs în principal pentru aplicații de coroziune în care granulația fină îmbunătățește rezistența la coroziune intergranulară și fisurare la temperaturi mai scăzute, este furnizat în mod obișnuit cu o structură de granulație mai fină care este contraproductivă din punct de vedere metalurgic pentru un serviciu susținut de fluaj la temperatură înaltă-.

Care aliaj are o rezistență mai bună la curgere{0}}la rupere la 800-900 de grade?

Incoloy 800HT oferă o rezistență la fluaj-la rupere substanțial mai mare decât aliajul 600 la 800–900 de grade, acesta fiind motivul principal pentru care -, mai degrabă decât aliajul 600 -, este aliajul specificat standard pentru componentele structurale-de lungă durată în acest interval de temperatură.

Tabelul 3 - Comparația calitativă a adecvării designului la fluaj-ruptură. Valorile reale admisibile ale tensiunii sunt temperatură-, timp- și cod-ediție-specifice; consultați actualul ASME Secțiunea II Partea D sau codul de proiectare aplicabil pentru valorile numerice.

Cum se compară rezistența la oxidare și carburare la aceste temperaturi?

Conținutul mai mare de crom al lui Incoloy 800HT îi conferă o rezistență excelentă la oxidare la 800–900 de grade în aer și atmosfere ușor oxidante, în timp ce conținutul mult mai mare de nichel al lui Alloy 600 îi conferă un avantaj în atmosfere puternic cementare sau reducătoare în care solubilitate și difuzivitate mai scăzută a carbonului într-o matrice de captare a carbonului cu limite ridicate de -.

Tabelul 4 - Mediu-comparația rezistenței specifice între Incoloy 800HT și Alloy 600.

Care aliaj rezistă mai bine la praful de metal la temperatură ridicată?

În general, aliajul 600 oferă o rezistență mai bună la praful de metal decât Incoloy 800HT în medii gazoase de proces-bogate în carbon-, cu conținut scăzut de-oxigen, deoarece conținutul său substanțial mai mare de nichel suprimă mai eficient suprasaturația de carbon care inițiază atacul de praf de metal.

Prăfuirea metalelor este o formă catastrofală de carburare care apare în atmosfere de gaz suprasaturat de carbon-cu aproximativ 400-800 de grade , unde suprafața aliajului se dezintegrează într-un praf de particule fine de metal și carbon. Nichelul are o solubilitate și o difuzivitate mult mai scăzută în carbon decât fierul, astfel încât aliajele cu conținut mai mare de nichel rezistă în general la inițierea prafului de metal mai bine decât aliajele bogate în fier-cu conținut similar de crom.

Deoarece Alloy 600 conține mai mult de două ori mai mult decât conținutul de nichel al Incoloy 800HT, de obicei are performanțe mai bune în medii de proces-reformare, gaz de sinteză și alte activități-carbon- bogate în care praful de metal este amenințarea dominantă, chiar dacă Incoloy 800HT rămâne alegerea mai puternică pentru atmosfera de oxidare pură.

Ce arată studiile privind îmbătrânirea pe termen lung-despre pierderea ductilității?

Ambele aliaje își pierd o oarecare ductilitate la temperatura camerei după mii de ore la 800-900 de grade din cauza precipitațiilor de carbură la granițele granulare, dar morfologia controlată a carburii Incoloy 800HT are ca rezultat, în general, o pierdere mai previzibilă și graduală a ductilității decât aliajul 600, care poate prezenta o fragilitate mai ascuțită a peliculei{5}de carbură continuă.

Pierderea de ductilitate în timpul-îmbătrânirii pe termen lung este determinată în principal de tranziția de la carburi izolate, discontinue-limită de granule la o rețea continuă de carbură, care oferă o cale ușoară pentru propagarea fisurilor intergranulare odată ce materialul se răcește și este încărcat la temperatura camerei (de exemplu, în timpul unui ciclu de oprire sau termic). Designul aliajului Incoloy 800HT -, inclusiv adaosurile sale de aluminiu și titan, care formează, de asemenea, precipitate intragranulare fine - ajută la echilibrarea formării granulelor-carbide de limită față de întărirea generală a matricei, producând un comportament de îmbătrânire mai tolerant-pe termen lung. Deoarece precipitațiile de carbură ale lui Alloy 600 nu sunt echilibrate în mod similar prin proiectare, expunerea susținută la 800-900 de grade poate produce o rețea de carbură de limită-granulelor mai continuă și o scădere corespunzătoare a ductilității-la temperaturii camerei în timpul campaniilor lungi de service.

Ce aliaj ar trebui să fie selectat pentru aplicații specifice cu temperatură înaltă-?

Incoloy 800HT ar trebui să fie selecția implicită pentru componentele structurale de lungă durată care funcționează continuu la 800-900 de grade în atmosfere oxidante, în timp ce Alloy 600 rămâne alegerea mai bună în cazul în care carburarea sau rezistența la praf de metal este modul dominant de defecțiune sau unde componenta necesită, de asemenea, rezistență excelentă la coroziune{5}}indusă de clorură la temperaturi mai scăzute.

Tuburi pentru cuptorul de piroliză cu etilenă, coșuri de suport pentru catalizator și suporturi pentru tuburi radiante: rezistența la fluaj și rezistența la oxidare Incoloy 800HT - sunt cerințele care guvernează.

Dispozitivele de-tratare termică, mufele și retortele funcționează continuu peste 800 de grade: Incoloy 800HT - stabilitatea dimensională pe termen lung sub sarcină este critică.

Gaz de sinteză, reformator de hidrogen și alte componente de proces-activitate-bogate în carbon, sub aproximativ 800 de grade: aliajul 600 - rezistența la praf și carburare sunt cerințele care guvernează.

Componente care circulă între serviciul la temperatură înaltă și expunerea la apă sau clorură-la temperatură mai scăzută: poate fi necesară rezistența SCC la temperatură ridicată și la clorură de aliaj 600 - combinată la temperatură înaltă-, deși aliajul 690 este acum adesea preferat pentru noile modele care necesită ambele.

Aplicații de mediu mixt-: consultați compoziția specifică a gazului de proces, nivelul de stres și durata de viață necesară, deoarece selecția aliajului la 800–900 de grade trebuie întotdeauna validată în raport cu modul de defecțiune care guvernează, nu numai cu temperatura.

Întrebări frecvente

Aliajul 600 poate supraviețui expunerii pe termen scurt-la 900 de grade , dar pentru un serviciu continuu de purtare-de-a lungul a mii de ore, Incoloy 800HT este alegerea mai bună, deoarece dimensiunea controlată a granulelor și întărirea carbură/gamma-primă oferă o rezistență la fluaj-la rupere substanțial mai mare la acea temperatură.

De ce Incoloy 800HT specifică o dimensiune a granulelor grosiere când boabele mai fine îmbunătățesc de obicei rezistența?

Granulele fine îmbunătățesc rezistența la temperatura camerei și la temperatură scăzută prin rezistența la mișcarea de dislocare, dar la temperatură ridicată măresc suprafața totală a graniței disponibilă pentru alunecarea graniței, care este mecanismul dominant de deformare a fluajului peste aproximativ 0,5 ori punctul de topire al aliajului; o structură de cereale mai grosiere reduce acest efect și îmbunătățește durata de viață-la rupere.

Este Alloy 600 mai rezistent la coroziune decât Incoloy 800HT în general?

În general, aliajul 600 oferă o rezistență mai bună la fisurarea coroziunii prin stres cu clorură și la prăfuirea metalelor datorită conținutului său mai mare de nichel, în timp ce Incoloy 800HT oferă o rezistență mai bună la oxidare în medii cu aer cald și gaz de ardere datorită conținutului său mai mare de crom, deci răspunsul depinde de mediul coroziv specific, mai degrabă decât de un aliaj care este universal mai rezistent la coroziune.

Expunerea pe termen lung-la 800-900 de grade face ca oricare dintre aliaje să fie nesigur pentru a fi utilizat ulterior la temperatura camerei?

Ambele aliaje păstrează ductilitatea utilă la temperatura camerei-după expunerea pe termen lung la temperatură ridicată-, deși ar trebui să se aștepte și să se țină seama de o anumită reducere în proiectare; componentele scoase din serviciul pe termen lung la temperatură înaltă-trebuie inspectate și, acolo unde este cerut de codul aplicabil, evaluate pentru a se potrivi în continuare înainte de reutilizare.

Ce aliaj este utilizat mai pe scară largă pentru tuburile cuptorului de cracare a etilenei?

Incoloy 800HT și omologii săi turnați (cum ar fi aliajele modificate HP-) sunt mult mai frecvente pentru tuburile cuptorului de piroliză cu etilenă decât aliajul 600, deoarece tuburile sunt componente de presiune care suportă sarcina{3}}care funcționează continuu la temperaturi în care rezistența la rupere la fluaj-determină durata de viață.