1. Otázka: Aké sú základné rozdiely v chemickom zložení a tepelnom spracovaní medzi rúrkami Incoloy 800, 800H a 800HT?
A:Séria Incoloy 800 pozostáva z troch rôznych tried-800, 800H a 800HT-, z ktorých každá je skonštruovaná pre špecifické prevádzkové podmienky pri vysokých teplotách. Zatiaľ čo všetky tri majú rovnaké základné zloženie približne 32,5 % niklu, 21 % chrómu a zvyšok železa, ich rozdiely spočívajú v kontrolovanom obsahu uhlíka, zámernom pridávaní zliatin a postupoch tepelného spracovania.
Incoloy 800 (UNS N08800)má obsah uhlíka maximálne 0,10 % bez minimálnej požiadavky. Typicky sa žíha v roztoku pri 1800 – 2100 stupňoch F (982 – 1149 stupňov) a následne sa rýchlo ochladí. Táto trieda má relatívne hrubú zrnitú štruktúru, ktorá poskytuje primeranú pevnosť pre mierne teploty, ale obmedzuje jej odolnosť proti tečeniu pri dlhodobom vystavení vysokým-teplotám.
Incoloy 800H (UNS N08810)má kontrolovaný rozsah uhlíka 0,05–0,10 % hmotnosti. Musí byť žíhaný v roztoku pri minimálnej teplote 2100 stupňov F (1149 stupňov). Táto vyššia teplota žíhania v kombinácii so zvýšeným obsahom uhlíka vytvára jemnejšiu, rovnomernejšiu štruktúru zŕn (veľkosť zrna ASTM č . 5 alebo jemnejšia). Jemnejšie zrná výrazne zvyšujú pevnosť pri tečení-, vďaka čomu je 800H vhodný pre prevádzkové teploty nad 1100 stupňov F (593 stupňov), kde sa deformácia-závislá od času stáva problémom dizajnu.
Incoloy 800HT (UNS N08811)predstavuje najpokročilejší stupeň. Zachováva rovnaký rozsah uhlíka ako 800H (0,06–0,10 %), ale pridáva kontrolované množstvo hliníka (0,15–0,60 %) a titánu (0,15–0,60 %). Tieto prvky tvoria jemné zrazeniny Ni₃ (Al,Ti) počas prevádzky pri vysokých-teplotách, čím dochádza k zosilneniu zrážok. Teplota rozpúšťacieho žíhania pre 800HT je ešte vyššia-minimálne 2150 stupňov F (1177 stupňov)-, čím sa zámerne vytvára hrubšia štruktúra zrna, ktorá optimalizuje odolnosť proti tečeniu. Kombinácia tvorby precipitátov a optimalizovanej veľkosti zŕn dáva 800HT vynikajúcu pevnosť pri vysokých{18}}teplotách spomedzi troch tried.
Z praktického hľadiska si výber správnej triedy vyžaduje zosúladenie vlastností materiálu s očakávanou prevádzkovou teplotou, úrovňami napätia a očakávanou životnosťou komponentov. Použitie štandardného 800 nad 1100 stupňov F pri trvalom namáhaní by pravdepodobne viedlo k predčasnému zlyhaniu pri tečení, zatiaľ čo špecifikácia 800HT pre aplikácie s nižšími teplotami zvyšuje zbytočné náklady bez zvýšenia výkonu.
2. Otázka: Ktoré priemyselné kódy, normy a materiálové špecifikácie sa vzťahujú na rúry Incoloy 800/800H/800HT?
A:Rúry série Incoloy 800 sa riadia komplexným rámcom noriem ASTM, ASME a medzinárodných noriem, ktoré určujú výrobné procesy, tolerancie, požiadavky na testovanie a prípustné konštrukčné namáhanie. Pochopenie týchto špecifikácií je nevyhnutné pre obstarávanie, výrobu a súlad s predpismi.
Špecifikácie primárneho potrubia:
ASTM B407 / ASME SB407– Toto je štandardná špecifikácia pre bezšvíkové rúry z niklu-železa-chrómovej zliatiny. Zahŕňa všetky tri triedy (N08800, N08810, N08811) a zahŕňa požiadavky na chemické zloženie, vlastnosti v ťahu, hydrostatické skúšky a rozmerové tolerancie.
ASTM B163 / ASME SB163– Týka sa najmä bezšvíkových rúr kondenzátorov a výmenníkov tepla. Táto špecifikácia zahŕňa prísnejšie kontroly rozmerov a dodatočné požiadavky na testovanie, ako sú testy rozširovania a sploštenia, aby sa zabezpečila integrita trubice pre službu prenosu tepla.
Doplnkové špecifikácie pre iné formy produktov:
ASTM B408 / ASME SB408- Kryty tyče, tyče a tvary, často používané na armatúry a príruby.
ASTM B514– Rieši zvárané potrubie, hoci bezšvíková konštrukcia je uprednostňovaná pre väčšinu aplikácií udržujúcich vysoké-teploty a tlaky-.
Začlenenie kódu:ASME kód pre kotly a tlakové nádoby (časť II, časť D) poskytuje prípustné hodnoty napätia pre každú triedu pri zvýšených teplotách. Je kritické, že 800H a 800HT dostávajú výrazne vyššie prípustné hodnoty napätia nad 1100 stupňov F v porovnaní so štandardom 800. Napríklad pri 1600 stupňoch F (871 stupňov) môže mať 800HT prípustné namáhanie dvakrát až trikrát vyššie ako štandard 800, čo odráža jeho vynikajúcu odolnosť proti tečeniu.
Ďalšie požiadavky:Pri špecifikácii týchto potrubí by kupujúci mali tiež uviesť:
ASME B36.19– Rozmery rúr z nehrdzavejúcej ocele (bežne používané pre tieto zliatiny niklu)
NACE MR0175/ISO 15156– Pre aplikácie kyslých služieb, aj keď séria Incoloy 800 vo všeobecnosti nie je prvou voľbou pre prostredie sulfidového praskania pod napätím
Vždy si overte, či správa o skúške materiálu (MTR) zobrazuje správne číslo UNS, teploty tepelného spracovania a výsledky mechanických skúšok. Pre 800H a 800HT musí byť teplota rozpúšťacieho žíhania výslovne zdokumentovaná, aby sa potvrdilo označenie triedy.
3. Otázka: Prečo je rúrka Incoloy 800HT preferovaným materiálom pre pece na krakovanie etylénu?
A:Etylénové krakovacie pece-známe aj ako pyrolýzne pece-pracujú v niektorých z najnáročnejších podmienok v petrochemickom priemysle. Cievky a výmenníky prenosového potrubia musia odolať vnútorným tlakom až do 30 barov (435 psi), pričom sú vystavené teplotám plynu dosahujúcim 2000 stupňov F (1093 stupňov) a teplotám kovu blížiacim sa k 1800–1900 stupňom F (982–1038 stupňov). Rúrka Incoloy 800HT sa stala priemyselným štandardom pre túto aplikáciu vďaka štyrom kritickým výkonnostným charakteristikám.
Po prvé, vynikajúca pevnosť pri tečení-:Kombinácia kontrolovaného uhlíka (0,06 – 0,10 %), hliníka a titánu (0,15 – 0,60 % každý) a vysoko{4}}teplotného rozpúšťacieho žíhania (minimálne 2150 stupňov F / 1177 stupňov) vytvára mikroštruktúru, ktorá odoláva časom-deformácii. Pri krakovaní etylénu sú rúrky vystavené trvalému namáhaniu v dôsledku vnútorného tlaku pri extrémnych teplotách. Štandardné austenitické nehrdzavejúce ocele ako 310H by sa za týchto podmienok vyduli a zlyhali v priebehu niekoľkých mesiacov. Incoloy 800HT poskytuje spoľahlivú životnosť meranú v rokoch, zvyčajne 5–10 rokov medzi výmenami v závislosti od náročnosti prevádzky.
Po druhé, výnimočná odolnosť voči nauhličovaniu:Proces krakovania uhľovodíkov vytvára pyrolytický uhlík, ktorý môže difundovať do stien rúr -jav nazývaný karburizácia. Nauhličované vrstvy sa stávajú krehkými, strácajú ťažnosť a dochádza u nich k závažným nesúladom tepelnej rozťažnosti s nenauhličeným základným kovom. Vysoký obsah niklu (30–35 %) v Incoloy 800HT znižuje rozpustnosť uhlíka a difúzivitu v porovnaní so zliatinami s nižším-niklom. Oxidový povlak bohatý na chróm-, ktorý sa tvorí na vnútornom priemere trubice, navyše pôsobí ako difúzna bariéra. Táto dvojitá ochrana výrazne predlžuje životnosť trubice v karburizačnom prostredí.
Po tretie, odolnosť voči tepelnej únave:Etylénové pece podstupujú časté odkoksovacie cykly, pri ktorých sa zavádza para a vzduch na spálenie nahromadených uhlíkových usadenín. Tieto cykly spôsobujú rýchle kolísanie teploty, ktoré vyvoláva tepelné napätie. Kombinácia mierneho koeficientu tepelnej rozťažnosti (podobne ako u austenitických nehrdzavejúcich ocelí) a vynikajúcej ťažnosti pri vysokých-teplotách umožňuje 800HT vydržať tisíce tepelných cyklov bez praskania.
Po štvrté, odolnosť proti oxidácii pri extrémnych teplotách:21% obsah chrómu podporuje tvorbu súvislého, priľnavého povlaku Cr2O3, ktorý chráni pred stratou kovu oxidáciou. Aj po-dlhodobej prevádzke zostáva váha ochranná. Ak by došlo k lokalizovanému narušeniu vodného kameňa, vysoký obsah chrómu a niklu umožňuje rýchle pretvorenie.
Skúsenosti z terénu potvrdzujú, že správne prevádzkované pece Incoloy 800HT dosahujú životnosť dva až trikrát dlhšiu ako predchádzajúce generácie zliatin, čo z nich robí referenčný materiál pre moderné etylénové závody.
4. Otázka: Aké sú kritické požiadavky na zváranie a potenciálne problémy pri spájaní rúr Incoloy 800/800H/800HT?
A:Rúry Welding Incoloy série 800 si vyžadujú starostlivú pozornosť výberu prídavného kovu, kontrole prívodu tepla a úvahám o tepelnom spracovaní po-zváraní. Nesprávne zváranie môže negovať vlastnosti zliatiny pri vysokých-teplotách a viesť k predčasným-zlyhaniu prevádzky.
Výber prídavného kovu:Najčastejšie špecifikovaný prídavný kov jeERNiCr-3(AWS A5.14 klasifikácia), ktorý obsahuje približne 67 % niklu, 20 % chrómu a 2,5 % mangánu. Toto plnivo poskytuje dobrú pevnosť a odolnosť proti oxidácii, pričom zodpovedá charakteristikám tepelnej rozťažnosti základného kovu. Pre najnáročnejšie-aplikácie s vysokou teplotou,ERNiCrCoMo-1Môže byť špecifikovaný (Inconel 617), ktorý ponúka zvýšenú pevnosť pri tečení nad 1600 stupňov F (871 stupňov). Nikdy nepoužívajte plnivá z nehrdzavejúcej ocele (napr. 308L alebo 309L), pretože vytvárajú zóny riedenia náchylné na praskanie za tepla a skrehnutie sigma fázy.
Vstup tepla a interpassová regulácia teploty:Nadmerný prívod tepla je najčastejšou chybou zvárania. V prípade materiálov Incoloy 800H a 800HT, ktoré získavajú svoju pevnosť pri tečení z riadených štruktúr zŕn, môže vysoký vstup tepla spôsobiť zhrubnutie zrna v tepelne-ovplyvnenej zóne (HAZ). Toto lokálne znižuje odolnosť proti tečeniu a vytvára potenciálne miesto iniciácie poruchy. Odporúčané parametre zahŕňajú:
Maximálna interpass teplota: 200 stupňov F (93 stupňov)
Namiesto tkania použite navliekacie korálky
Obmedzte prívod tepla na približne 25–45 kJ/palec (10–18 kJ/cm)
Použite zváranie plynovým volfrámovým oblúkom (GTAW) pre koreňové priechody, po ktorom nasleduje zváranie plynovým kovovým oblúkom (GMAW) alebo zváranie v ochrannej atmosfére (SMAW) pre výplňové priechody
Pred-čistenie zvaru a prevencia kontaminácie:Síra, fosfor a kovy s nízkou teplotou topenia-- (napríklad meď alebo zinok z ceruziek alebo manipulačných nástrojov) môžu spôsobiť praskanie za tepla. Zónu zvaru dôkladne očistite acetónom alebo špeciálnou drôtenou kefou z nehrdzavejúcej ocele. Používajte samostatné brúsne kotúče-nikdy nepoužívajte kotúče, ktoré sa predtým používali na uhlíkové ocele.
Po-tepelnom spracovaní po zváraní (PWHT):Na rozdiel od mnohých uhlíkových a-zliatinových ocelí séria Incoloy 800 vo všeobecnosti nevyžaduje PWHT pre hrúbky sekcií, ktoré sa bežne vyskytujú v potrubiach (do 2 palcov / 50 mm). Avšak pre ťažké-stenové časti alebo keď komponent bude pracovať v rozsahu tečenia, môže byť špecifikované úplné rozpúšťacie žíhanie. To zahŕňa zahriatie na 2100–2150 stupňov F (1149–1177 stupňov), po ktorom nasleduje rýchle ochladenie. Poľné žíhanie je málokedy praktické, preto je nevyhnutná správna kvalifikácia postupu zvárania.
Bežné poruchy a prevencia:
Praskanie za tepla:Zabránené nízkym príkonom tepla, čistými podmienkami a zodpovedajúcimi prídavnými kovmi
Mikrotrhlina v HAZ:Vyvarujte sa priľnavosti{0}}a nadmernému riedeniu zo základného kovu
Strata odolnosti proti korózii:Prehriatie môže spôsobiť zrážanie karbidu chrómu; pri tenkých rezoch používajte rýchle chladenie
Kvalifikujte zváracie postupy podľa ASME, sekcia IX, s príslušnými mechanickými skúškami vrátane skúšok ťahom pri zvýšenej- teplote, ak je zamýšľané tečenie.
5. Otázka: V ktorých korozívnych prostrediach ponúkajú rúry série Incoloy 800 výrazné výhody oproti štandardným nehrdzavejúcim oceliam ako 304L a 316L?
A:Zatiaľ čo austenitické nehrdzavejúce ocele, ako sú 304L a 316L, sú vynikajúce univerzálne -nekorózne- zliatiny, séria Incoloy 800 poskytuje vynikajúci výkon v niekoľkých špecifických a náročných prostrediach. Pochopenie týchto rozdielov zabraňuje nesprávnemu použitiu materiálu a predčasnému zlyhaniu.
Vysokoteplotná{0}oxidácia:Nad 1500 stupňov F (816 stupňov), 304L a 316L vykazujú rýchle odlupovanie a odlupovanie. Ich obsah chrómu (18 % pre 304L, 16–18 % pre 316L) je nedostatočný na udržanie ochrannej vrstvy oxidu pri týchto teplotách, najmä pri tepelných cykloch. 21 % chróm Incoloy 800 v kombinácii s 30 – 35 % niklu vytvára priľnavejší, samoliečiaci sa Cr₂O₃ stupnicu, ktorý zostáva ochranný až do približne 1800 stupňov F (982 stupňov) pre prerušovanú prevádzku a 2000 stupňov F (1093 stupňov) pre nepretržitú prevádzku. Medzi aplikácie, ktoré z toho ťažia, patria komponenty pecí, prípravky na tepelné spracovanie a vysokoteplotné{21}}potrubia.
Chloridové korózne praskanie (SCC):Toto je pravdepodobne najvýznamnejšia výhoda série Incoloy 800. Austenitické nehrdzavejúce ocele sú notoricky citlivé na chloridový SCC v prítomnosti kyslíka pri teplotách nad približne 140 stupňov F (60 stupňov). Dokonca aj nízke koncentrácie chloridov (10 – 100 ppm) môžu spôsobiť praskanie v 304L a 316L, najmä v podmienkach vyparovania, ako sú parné systémy, výmenníky tepla a izolované potrubia, ktoré navlhnú. Vyšší obsah niklu v Incoloy 800 (30–35 % oproti. 8–12 % pre 304L/316L) zásadne mení mechanizmus SCC. Nikel zvyšuje energiu vrstvenia zliatiny, čím je odolnejšia voči anodickej dráhe rozpúšťania, ktorá šíri trhliny SCC. Incoloy 800 sa považuje za vysoko odolný voči chloridovému SCC pri všetkých teplotách vyskytujúcich sa vo vodnom prostredí. Vďaka tomu je vynikajúcou voľbou pre ohrievače napájacej vody, potrubia parného generátora a potrubia plošiny na mori, kde je možný prenos chloridov.
Nauhličovacie atmosféry:V prostrediach obsahujúcich plyny obsahujúce uhlík- (CO, CH₄ atď.) pri vysokej teplote môže uhlík difundovať do zliatinových povrchov a vytvárať vnútorné karbidy, ktoré krehnú materiál. Zatiaľ čo 316L ponúka určitú odolnosť, vyšší obsah niklu v Incoloy 800 výrazne znižuje difúznosť uhlíka. Táto výhoda je obzvlášť cenná v petrochemických procesoch, ako je reformovanie metanolu, výroba vodíka a pece na tepelné spracovanie s endotermickou atmosférou.
Korózne praskanie kyselinou polytionovou:V rafinérskych službách môžu austenitické nehrdzavejúce ocele citlivé počas zvárania alebo vystavenia vysokej teplote- popraskať, keď sú vystavené pôsobeniu polytionových kyselín vytvorených zo sulfidov železa a vlhkosti. Vyšší obsah niklu v Incoloy 800 znižuje hnaciu silu pre túto formu útoku.
Obmedzenia, ktoré treba rozpoznať:Séria Incoloy 800 nie je univerzálnou náhradou za nehrdzavejúce ocele. V redukčných kyslých prostrediach (napr. zriedená kyselina sírová alebo chlorovodíková pri nízkych až stredných teplotách) 316L často funguje podobne alebo lepšie pri nižších nákladoch. Okrem toho, Incoloy 800 sa nezhoduje s odolnosťou 316L vo vodných roztokoch obsahujúcich chlorid-pri okolitých teplotách-molybdén v 316L (2–3 %) poskytuje špecifickú odolnosť proti důlkovej korózii, ktorá Incoloy 800 chýba.
Ekonomické rozhodnutie by malo vyvážiť počiatočné náklady na materiál (Incoloy 800 zvyčajne stojí 3 až 5-krát viac ako 316 l) s dôsledkami zlyhania, očakávanou životnosťou a prístupom k údržbe. Rúry Incoloy série 800 poskytujú spoľahlivosť, ktorej sa štandardné nehrdzavejúce ocele nevyrovnajú, pre kritické,-teploty alebo služby náchylné na SCC-.
