Incoloy 800HT проти Alloy 600: довготривала-мікроструктурна стабільність при 800–900 градусах

Incoloy 800HTі Alloy 600 – це залізо-нікель-хром і нікель-хром-залізні сплави, які часто розглядаються для компонентів печей, пристосувань для термічної-обробки та технологічного обладнання, що працює в діапазоні 800–900 градусів. Незважаючи на схожий вигляд у таблиці даних, вони дуже по-різному старіють протягом тисяч годин при температурі: один спеціально-створений для тривалого-опіру повзучості, інший — для стійкості до корозії в-низькотемпературних хімічних і ядерних умовах.

У цьому посібнику порівнюється їхній хімічний склад, поведінка карбідних відкладень, зерниста структура, міцність-на розрив та стійкість до окислення/науглерожування, щоб інженери могли вибрати сплав, який справді витримає багато-річну службу, а не вийде з ладу передчасно через непередбачувану мікроструктурну зміну.

Що таке Incoloy 800HT і Alloy 600, і навіщо їх порівнювати при 800–900 градусах?

Incoloy 800HT (UNS N08811) – це залізо-нікелевий-хромовий сплав, спеціально розроблений для високо-температурної міцності та структурної стабільності, тоді як Alloy 600 (UNS N06600) – це нікель-хром-залізний сплав, створений переважно для стійкості до корозії - різниця в намірах конструкції, яка стає вирішальною, коли обидва сплави витримуються протягом тривалого часу при 800–900 градусах.

Обидва сплави мають загалом подібну три-елементну основу (нікель, хром, залізо), тому їх іноді порівнюють для однакового високотемпературного-температурного застосування. Однак їх стратегія легування різко розходиться. Incoloy 800HT додає контрольований вуглець плюс алюміній і титан, а також визначає більш грубий контрольований розмір зерна, спеціально для максимізації міцності-на розрив вище 700 градусів.

Сплав 600був розроблений для чудової стійкості до-спричиненого хлоридом корозійного розтріскування під напругою та їдкого розтріскування в ядерних парогенераторах і хімічній обробці, при-конструкційній міцності при підвищеній температурі як другорядному. При 800–900 градусах ці різні цілі дизайну спричиняють помітно різну довгострокову -мікроструктурну поведінку.

Таблиця 1 - Типові діапазони хімічного складу відповідно до специфікацій ASTM/ASME (B407/B163 для 800HT; B166/B168 для сплаву 600). Перевірте відповідність поточним специфікаціям млина для проектування.

Які мікроструктурні зміни відбуваються в обох сплавах під час тривалого-високого-температурного впливу?

Обидва сплави зазнають осадження карбіду, певної зміни хімічного складу зерен і поступової втрати пластичності при кімнатній-температурі під час тривалого-терміну впливу 800–900 градусів, але контрольований розмір вуглецю та зерна Incoloy 800HT спеціально розроблено, щоб ці зміни сприяли міцності повзучості, тоді як сплав 600 дрібніша неконтрольована зерниста структура та низький вміст вуглецю призводять до того, що ті самі зміни з більшою ймовірністю зменшать пластичність без компенсаційної переваги міцності.

При тривалій високій температурі хром поєднується з вуглецем, утворюючи-багаті хромом карбіди (головним чином M23C6), які мають тенденцію спочатку утворюватися вздовж меж зерен. У Incoloy 800HT таке виділення карбіду розроблено навмисно: вищий вміст вуглецю в сплаві та контрольований розмір крупного зерна (розмір зерна ASTM 5 або більший) сприяють напів-безперервній-межовій карбідній сітці, яка закріплює межі зерен і протидіє ковзанню по межах зерен - домінуюча деформація повзучості механізм при цих температурах.

У сплаві 600, який не був розроблений з урахуванням цього механізму зміцнення, те саме осадження карбіду частіше створює безперервну зернисту -обмежувальну плівку без відповідної переваги зміцнення, що може локально виснажувати хром (сенсибілізація) і знижувати як стійкість до корозії, так і пластичність при повзучості.

Чим відрізняється осадження карбіду між Incoloy 800HT і Alloy 600?

Incoloy 800HT створено для створення контрольованої, розривної зернистої-межової карбідної структури, яка покращує міцність на повзучість, тоді як нижчий і менш жорстко контрольований вміст вуглецю в сплаві 600 робить його більш схильним до утворення безперервної карбідної плівки, яка сприяє міжкристалітному розтріскуванню під -тривалим термічним впливом і навантаженням.

Таблиця 2 - Порівняльна поведінка карбідних відкладень і наміри конструкції для Incoloy 800HT і Alloy 600 за підвищеної температури.

Який сплав має кращу стійкість до сигма-фази та інших окрихких інтерметалічних фаз?

Жоден сплав не дуже схильний до утворення сигма-фази порівняно з суперсплавами з високим вмістом-хрому, молібдену-, але конструкція сплаву Incoloy 800HT і довгий період експлуатації в діапазоні 800–900 градусів дають йому кращу-документовану стійкість до окрихчення інтерметалічних фаз протягом{-років впливу, ніж Сплав 600, який має менший досвід роботи в цьому діапазоні температур.

Сигма-фаза та пов’язані з нею окрихкі інтерметаліди найбільш легко утворюються в сплавах з високим вмістом хрому в поєднанні з молібденом, вольфрамом або ніобієм при проміжних температурах (приблизно 600–900 градусів). Як Incoloy 800HT, так і Alloy 600 мають помірний вміст хрому та незначний--низький вміст молібдену порівняно зі сплавами, такими як 625 або супераустенітна нержавіюча сталь, що обмежує ризик сигма-фази в обох. Однак Incoloy 800HT має десятиліття документально підтвердженого використання в трубах печей піролізу етилену, кошиках для каталізаторів і пристосуваннях для термічної -обробки, зокрема при 800–1100 градусах, що дає металургам набагато більшу кількість даних про довготривале-старіння, які підтверджують його мікроструктурну стабільність у цьому вікні, ніж існує для Alloy 600, який частіше вказується для обслуговування нижче 650 градусів.

Як розмір зерна та межа зерна впливають на довгострокову-стабільність?

Зазначений розмір грубого зерна Incoloy 800HT безпосередньо покращує стійкість до повзучості-за рахунок зменшення загальної площі межі зерна, доступної для ковзання по межі зерна, тоді як сплав 600, як правило, дрібніша,-відпалена зерниста структура - хороша для-температури-пластичності та стійкості до корозії - стає недоліком для опору повзучості при 800–900 градусах.

Деформація повзучості за високої температури та низького--помірного напруження відбувається переважно через ковзання меж зерен і дифузію вздовж меж зерен. Більш груба зерниста структура має пропорційно меншу загальну площу меж зерен на одиницю об’єму, що безпосередньо сповільнює цей механізм деформації та подовжує час до розриву. Специфікації млина Incoloy 800HT вимагають контрольованого розміру грубого зерна спеціально для використання цього співвідношення. Сплав 600, який виготовляється в основному для антикорозійних застосувань, де дрібний розмір зерна покращує стійкість до міжкристалітної корозії та розтріскування за нижчих температур, зазвичай постачається з дрібнішою зернистою структурою, яка є металургійно непродуктивною для стійкої -температурної повзучості.

Який сплав має кращу міцність-на розрив при 800–900 градусах?

Incoloy 800HT забезпечує значно вищу міцність при повзучості-на розрив, ніж Alloy 600 при 800–900 градусах, що є основною причиною того, що він -, а не Alloy 600 - є стандартним сплавом для-довготривалих структурних компонентів у цьому температурному діапазоні.

Таблиця 3 - Якісне порівняння придатності конструкції розриву при повзучості-. Фактичні допустимі значення напруги залежать від температури-, часу- та коду-версії-; зверніться до чинного ASME, розділу II, частини D або відповідного коду конструкції для числових значень.

Як порівнюється стійкість до окислення та цементації при цих температурах?

Вищий вміст хрому в Incoloy 800HT забезпечує чудову стійкість до окислення при 800–900 градусах на повітрі та в атмосфері з помірним окисненням, тоді як значно вищий вміст нікелю в Alloy 600 дає йому перевагу в сильно науглерожувальних або відновних атмосферах, де нижча розчинність вуглецю та коефіцієнт дифузії у високо-нікелевій матриці обмежують поглинання вуглецю.

Таблиця 4 - Environment-порівняння специфічного опору Incoloy 800HT і Alloy 600.

Який сплав краще протистоїть металевому пилу при високій температурі?

Alloy 600, як правило, забезпечує кращу стійкість до утворення металевого пилу, ніж Incoloy 800HT, у середовищі з -насиченим вуглецем і низьким{3}}киснем технологічним газом, оскільки його значно вищий вміст нікелю ефективніше пригнічує перенасичення вуглецем, яке ініціює атаку металевого пилу.

Утворення металевого пилу є катастрофічною формою навуглецювання, яке відбувається в атмосферах із перенасиченим вуглецем-газом приблизно між 400–800 градусами, де поверхня сплаву розпадається на пил із дрібних частинок металу та вуглецю. Нікель має набагато нижчу розчинність вуглецю та дифузію, ніж залізо, тому сплави з вищим вмістом нікелю зазвичай краще протистоять утворенню металевого пилу, ніж сплави, багаті залізом-з подібним вмістом хрому.

Оскільки вміст нікелю в сплаві 600 більш ніж вдвічі перевищує вміст нікелю Incoloy 800HT, він зазвичай працює краще в газовому-риформінгу, синтез-газі та інших багатих на вуглець-активність-процесах, де утворення металевого пилу є домінуючою загрозою, навіть незважаючи на те, що Incoloy 800HT залишається кращим вибором для чистої структурної повзучості в окисних атмосферах.

Що показують-довгострокові дослідження старіння про втрату пластичності?

Обидва сплави втрачають певну пластичність при кімнатній-температурі через тисячі годин при 800–900 градусах через виділення карбіду на межі зерна, але контрольована морфологія карбіду Incoloy 800HT загалом призводить до більш передбачуваної, поступової втрати пластичності, ніж у сплаву 600, який може виявляти різкішу крихкість на межі зерна- карбідні плівки стають суцільними.

Втрата пластичності під час тривалого-старіння в основному зумовлена ​​переходом від ізольованих, розривних карбідів із-межами зерен до безперервної карбідної сітки, яка забезпечує легкий шлях для поширення міжзеренної тріщини, коли матеріал охолоджується та навантажується при кімнатній температурі (наприклад, під час зупинки або термічного циклу). Конструкція сплаву Incoloy 800HT -, включаючи додавання алюмінію та титану, які також утворюють дрібні внутрішньозернисті виділення -, допомагає збалансувати утворення карбіду на межі зерна- та загальне зміцнення матриці, забезпечуючи більш поблажливу-тривалу поведінку перед старінням. Оскільки виділення карбіду в Alloy 600 не збалансоване за своєю конструкцією, тривалий вплив при 800–900 градусів може створити більш безперервну карбідну сітку-з межами зерен і, відповідно, більш різке падіння пластичності-температури приміщення протягом тривалих кампаній експлуатації.

Який сплав слід вибрати для конкретних -високих температур?

Incoloy 800HT має бути вибором за умовчанням для довговічних конструкційних компонентів, які безперервно працюють при 800–900 градусів в окислювальній атмосфері, тоді як Alloy 600 залишається кращим вибором там, де домінуючим типом руйнування є стійкість до науглерожування чи металевого пилу, або де компонент також потребує чудової стійкості до корозії, -спричиненої хлоридами, за нижчих температур.

Труби піролізної етиленової печі, опорні корзини для каталізатора та підвіски радіаційних труб: Incoloy 800HT - опір повзучості та стійкість до окислення є керівними вимогами.

Пристосування- для термічної обробки, муфелі та реторти, що постійно працюють при температурі вище 800 градусів: Incoloy 800HT - довго-стабільність розмірів під навантаженням має вирішальне значення.

Синтетичний газ, водневий риформер та інші багаті на вуглець-активність-компоненти процесу нижче приблизно 800 градусів: сплав 600 - має стійкість до утворення металевого пилу та цементації.

Компоненти, які змінюються між високими-температурами експлуатації та нижчими{1}}температурними водними чи-несучими речовинами: може знадобитися сплав 600 - у поєднанні високої-температурної та хлоридної стійкості до SCC, хоча сплав 690 зараз часто надається перевагу для нових конструкцій, які вимагають обох.

Застосування в змішаному-середовищі: ознайомтеся зі складом конкретного технологічного газу, рівнем напруги та необхідним проектним терміном служби, оскільки вибір сплаву при 800–900 градусах завжди слід перевіряти на відповідність основному режиму відмови, а не лише температурі.

Часті запитання

Сплав 600 може витримати короткочасний-термін дії при 900 градусах, але для безперервної,-несучої роботи протягом тисяч годин, Incoloy 800HT є кращим вибором, оскільки його контрольований розмір зерна та карбідне/гамма-основне зміцнення забезпечують значно вищу міцність-на розрив за цієї температури.

Чому Incoloy 800HT визначає грубий розмір зерна, тоді як більш дрібне зерно зазвичай підвищує міцність?

Дрібні зерна покращують міцність при кімнатній температурі та низькій температурі, протистоячи руху дислокацій, але при високій температурі вони збільшують загальну площу меж зерен, доступну для ковзання по межах зерен, що є домінуючим механізмом деформації повзучості вище приблизно 0,5 точки плавлення сплаву; більш груба зерниста структура зменшує цей ефект і покращує термін-тривкості до розриву.

Чи сплав 600 більш стійкий до корозії, ніж Incoloy 800HT?

Сплав 600 зазвичай забезпечує кращу стійкість до хлоридного корозійного розтріскування під напругою та утворення металевого пилу завдяки вищому вмісту нікелю, тоді як Incoloy 800HT забезпечує кращу стійкість до окислення в середовищі гарячого повітря та газу, що горить, завдяки більшому вмісту хрому, тому відповідь залежить від конкретного корозійного середовища, а не від того, що один сплав є універсально більш стійким до корозії.

Чи робить сплав -тривалий вплив при 800–900 градусах небезпечним для використання після кімнатної температури?

Обидва сплави зберігають корисну пластичність при кімнатній-температурі після тривалого-терміну-впливу високих{2}}температур, хоча слід очікувати деякого зниження та враховувати його при проектуванні; компоненти, вилучені з довготривалої -високотемпературної-експлуатації, слід перевірити та, якщо це вимагається застосовним кодом, оцінити їхню придатність до використання перед повторним використанням.

Який сплав ширше використовується для труб печі крекінгу етилену?

Incoloy 800HT та його литі аналоги (такі як HP-модифіковані сплави) набагато більш поширені для труб етиленових піролізних печей, ніж Alloy 600, оскільки труби є компонентами,-що витримують навантаження, що несуть тиск, і працюють безперервно при температурах, де міцність-на розрив визначає проектний термін служби.