Incoloy 800 versus 800H versus 800HT: verschillen in koolstofgehalte, korrelgrootte en kruipsterkte

Invoering

Incoloy 800, 800H en 800HTbehoren tot dezelfde familie van nikkel-ijzer-chroomlegeringen, ontwikkeld door Special Metals Corporation vanaf de jaren vijftig om hitte- en corrosiebestendigheid te leveren zonder afhankelijk te zijn van het grote nikkelgehalte dat INCONEL-legering 600 destijds tot een strategisch schaars materiaal maakte. Alle drie delen dezelfde nominale nikkel-, chroom- en ijzerbereiken. Wat hen scheidt - en wat een specificerend ingenieur of inkoopmanager eigenlijk moet begrijpen - is een klein aantal samenstellings- en metallurgische controles: koolstofgehalte, aluminium-plus- titaniumgehalte, en de korrelgrootte die wordt bereikt door het uiteindelijke uitgloeien. Samen bepalen deze controles hoeveel kruip- en spannings- en breuksterkte het materiaal kan leveren gedurende jaren van continu gebruik bij hoge temperaturen.

In dit artikel worden alle drie de kwaliteiten rechtstreeks vergeleken, waarbij gebruik wordt gemaakt van de beperkende chemische samenstellingen en lange{0}} breuksterktes- die zijn gepubliceerd door Special Metals Corporation in de technische bulletins INCOLOY-legering 800 (SMC-046) en INCOLOY-legering 800H en 800HT (SMC-047), zodat kopers de juiste kwaliteit kunnen koppelen aan de juiste gebruikstemperatuur en ontwerplevensduur.

Wat is het fundamentele verschil tussen legering 800, 800H en 800HT?

Alle drie de legeringen hebben dezelfde 30-35% nikkel / 19-23% chroom / 39,5% min. ijzeren basis, maar 800H en 800HT zijn metallurgisch verbeterde versies van 800 - geproduceerd met strengere koolstof- en aluminium-plus-titaniumlimieten en met een hoge- temperatuuroplossing die een grovere korrelstructuur laat groeien, met name om de kruip- en spannings-breuksterkte te verhogen voor langdurige- gebruik bij hoge- temperaturen.

De eigen technische literatuur van Special Metals is expliciet op dit punt: de basiselementen in alle drie de legeringen zijn hetzelfde, en de fysieke en thermische eigenschappen van de legeringen (dichtheid, thermische uitzetting, elektrische weerstand, elasticiteitsmodulus) zijn in wezen identiek omdat hun algehele samenstellingsbereiken elkaar overlappen. De verschillen die er toe doen zijn metallurgisch en niet chemisch in de brede zin van het woord. - Ze hebben betrekking op hoe strak drie specifieke parameters worden gecontroleerd: het koolstofgehalte, het aluminium-plus-titaniumgehalte en de uiteindelijke korrelgrootte.

Daarom is legering 800 over het algemeen de hogere- sterktekeuze voor belasting op korte- termijn bij kamertemperatuur of gematigde temperatuur, terwijl 800H en 800HT de juiste keuze zijn wanneer een onderdeel tijd-afhankelijke vervorming (kruip) moet weerstaan ​​tijdens jaren van continue blootstelling boven ongeveer 1000 graden F (540 graden).

Hoe verschilt het koolstofgehalte tussen de drie klassen, en waarom is dit van belang?

Legering 800 laat koolstof toe tot 0,10% zonder gespecificeerd minimum; legering 800H vereist 0,05–0,10% koolstof; en legering 800HT verscherpt dat bereik verder tot 0,06–0,10% koolstof - een steeds smallere, hogere vloer die de grootste hefboom is voor kruip-scheursterkte in deze legeringsfamilie.

In de bulletins van Special Metals wordt opgemerkt dat al lang werd onderkend dat legering 800 met een hogere-koolstof hogere kruip- en breukeigenschappen had dan materiaal met een laag-koolstofgehalte met dezelfde nominale samenstelling. Daarom begon het bedrijf te smelten tot een bereik van 0,05–0,10% - het bovenste deel van het maximaal toegestane percentage van 0,10% voor standaardlegering 800 - ruim voordat dat bereik werd geformaliseerd als zijn eigen kwaliteit. Koolstof uit deze legeringsfamilie slaat neer als chroomcarbiden op de korrelgrenzen tijdens blootstelling aan hoge- temperaturen; Deze carbiden worden gecontroleerd op het juiste niveau en de juiste korrelgrootte, leggen de korrelgrenzen vast en zijn bestand tegen grensverschuivingen die kruipvervorming veroorzaken.

Bron: Special Metals Corporation, INCOLOY-legering 800H & 800HT technisch bulletin, publicatie nr. SMC-047 (tabel 1).

Een belangrijke nuance voor kopers: omdat het koolstofplafond van legering 800 (max. 0,10%) volledig overlapt met de 800H- en 800HT-reeksen, kan de hitte van gewone legering 800, alleen al door de chemie, al binnen het 800H-koolstofvenster vallen. Het koolstofgehalte alleen maakt een Heat 800H- niet geschikt, maar - moet ook aan de hieronder besproken eis voor de korrelgrootte voldoen en deze verifiëren.

Waarom is de korrelgrootte van belang voor de kruipsterkte?

Legering 800 heeft geen gespecificeerde vereiste voor de korrelgrootte, terwijl zowel 800H als 800HT een gemiddelde ASTM-korrelgrootte van No. 5 of grover vereisen, bereikt door oplossingsgloeien bij 2.100–2.200 graden F (1.150–1.200 graden ) - een grovere korrelstructuur die op betekenisvolle wijze de weerstand tegen kruip en spanningsbreuk bij verhoogde temperaturen verhoogt, tegen enige kosten taaiheid na-blootstelling.

Korrelgrootte en kruipweerstand zijn bij dit legeringssysteem rechtstreeks met elkaar verbonden, omdat kruipvervorming bij hoge temperaturen hoofdzakelijk wordt veroorzaakt door glijden langs korrelgrenzen. Een grovere korrelstructuur heeft proportioneel minder korrel{1}}grensoppervlak per volume-eenheid, wat de beschikbare paden voor dat grensverschuivingen verkleint en, in combinatie met hardmetalen vastzetten, de spanning verhoogt die een onderdeel kan verdragen voordat het onaanvaardbaar vervormt of scheurt gedurende een bepaalde ontwerplevensduur.

Het bulletin van Special Metals is specifiek over hoe dit tijdens de productie wordt bereikt: de legeringen 800H en 800HT worden oplossingsgegloeid als laatste productiestap bij 2.100–2.200 graden F (1.150–1.200 graden), waarbij de tijd bij temperatuur wordt aangepast aan de sectiegrootte en ovenkarakteristieken om een ​​minimale gemiddelde korrelgrootte van ASTM Nee te bereiken.. 5.

Het bulletin markeert ook het punt van afnemende opbrengsten en de daarmee samenhangende trade-direct: temperatuur en tijd moeten worden gecontroleerd om overmatige korrelgroei te beperken, aangezien er weinig extra kruipsterkte wordt verkregen boven een bepaalde grofheid, terwijl zeer grove korrel de taaiheid verlaagt na blootstelling aan hoge- temperaturen. Voor toepassingen waarbij meer dan ongeveer 20% koudvervormen zal volgen, of waar een fijne oppervlakteafwerking vereist is, raadt hetzelfde bulletin aan om materiaal in plaats daarvan in een fijne- korrelconditie te bestellen, waarbij wordt onderstreept dat de grove- korrelbehandeling een doelbewuste service -specifieke afweging- is, en geen universele upgrade.

Bron: Special Metals Corporation, INCOLOY-legering 800H & 800HT technisch bulletin, publicatienummer SMC-047 (tabel 1 en gloeien - basispraktijk).

Speciale (fijnere of grovere) korrelgroottes-groottes - ASTM 1–5 voor plaat en buis/pijp, en ASTM 2–5 voor plaat - kunnen ook worden overeengekomen voor specifieke bestellingen. Kopers met een ongebruikelijke combinatie van vorm- en servicevereisten moeten de korrelgrootte expliciet opgeven op de inkooporder in plaats van uit te gaan van de standaard ASTM 5-of grovere standaard.

Hoe verschillen de niveaus van aluminium-plus- titanium tussen 800H en 800HT?

Legering 800 en 800H laten beide 0,30–1,20% gecombineerd aluminium plus titanium toe, maar legering 800HT beperkt dat gecombineerde bereik tot een smallere, hogere 0,85–1,20% - de derde controle, naast koolstof- en korrelgrootte, die Special Metals gebruikt om de kruip-breeksterkte van 800HT boven die van 800H te brengen.

De bulletins van Special Metals beschrijven dit rechtstreeks als een doelbewuste strategie: het bedrijf handhaafde het aluminium- en titaniumgehalte in het bovenste gedeelte van het gespecificeerde bereik voor zijn eigen 800H-productie, vooral omdat dit hogere kruip- en spanningsbreuk-eigenschappen opleverde dan het 800H-materiaal van de concurrentie dat alleen aan de minimumvereisten voldeed. In plaats van deze praktijk in het hogere- bereik als een interne voorkeur te laten, heeft Special Metals het geformaliseerd in een afzonderlijke, beperkte-chemieklasse - 800HT - met een verplichte Al+Ti-vloer en -plafond van 0,85–1,20%, plus het koolstofbereik van 0,06–0,10% en een minimumoplossing van 2100 graden F (1149 graden)-de uitgloeitemperatuur die hierboven is beschreven.

Omdat het 800HT-chemievenster volledig binnen het 800H-venster zit, voldoet alle warmte die wordt geproduceerd volgens de 800HT-vereisten automatisch ook aan de 800H-vereisten -. Daarom is 800HT-materiaal routinematig dubbel-gecertificeerd voor zowel UNS N08811 als UNS N08810. Het omgekeerde is niet waar: gewoon 800H-materiaal kan niet worden gecertificeerd als 800HT tenzij het onafhankelijk voldoet aan de strengere vereisten voor koolstof, Al+Ti en korrelgrootte.

Volledige samenstellingsvergelijking: legering 800 versus 800H versus 800HT

De drie kwaliteiten verschillen alleen wat betreft koolstof, aluminium, titanium en korrelgrootte. - Elk ander beperkend samenstellingselement (nikkel, chroom, ijzer, mangaan, zwavel, silicium, koper) wordt voor alle drie op dezelfde manier gespecificeerd.

Bron: Special Metals Corporation, INCOLOY-legering 800H & 800HT technisch bulletin, publicatienummer SMC-047, tabel 1 - beperkende chemische samenstellingen voor INCOLOY-legeringen 800, 800H en 800HT.

Welke legering heeft de hoogste kruip-breuksterkte?

Legering 800HT levert de hoogste kruipsterkte op lange termijn- van de drie kwaliteiten, gevolgd door 800H; gewone legering 800 wordt niet aanbevolen door Special Metals voor toepassingen die optimale kruip-breukeigenschappen vereisen, vooral boven 1500 graden F (816 graden).

Special Metals stelt duidelijk dat legering 800H en 800HT een aanzienlijk hogere kruip- en breuksterkte hebben dan legering 800, en dat legering 800 normaal gesproken niet wordt gebruikt waar optimale kruip-breukeigenschappen vereist zijn. - 800In plaats daarvan moet H of 800HT worden gespecificeerd. Deze rangschikking geldt specifiek voor langdurige -duur, verhoogde- temperatuurbelasting; bij kamertemperatuur en tijdens korte-blootstelling kan legering 800 feitelijk een hogere treksterkte vertonen dan 800H of 800HT, omdat de grove-korrelige,-hoge-temperatuur-uitgloeiende toestand van 800H/800HT een korte-sterkte inruilt voor lange- kruipweerstand.

De onderstaande tabel geeft de representatieve breuksterktewaarden van 10.000-, 30.000-, 50.000- en 100.000 uur van Special Metals weer voor de legeringen 800H en 800HT, die in het bulletin van de fabrikant als één enkele dataset worden behandeld omdat beide kwaliteiten hetzelfde doel voor oplossings-gloeikorrelgrootte delen; De nauwere koolstof- en Al+Ti-chemie van 800HT verhoogt zijn positie binnen dit spanningsbereik en wordt afzonderlijk weerspiegeld in de toegestane ontwerpspanningen van ASME (besproken in de volgende sectie).

Bron: Special Metals Corporation, INCOLOY-legering 800H & 800HT technisch bulletin, publicatienummer SMC-047, tabel 7 - Representatieve breuksterktewaarden voor INCOLOY-legeringen 800H/800HT.

Praktisch gelezen: de breuksterkte neemt sterk af bij zowel stijgende temperatuur als langere ontwerplevensduur, en dat is precies wat een kruip-breukmechanisme voorspelt. Een onderdeel dat is ontworpen voor een levensduur van 100.000-uur (ongeveer 11,4-jaar) bij 1600 graden F (870 graden), kan slechts ongeveer 2,5 ksi (17 MPa) - dragen versus 3,5 ksi bij dezelfde temperatuur voor een ontwerplevensduur van 10.000-uur. Dit is de reden waarom het matchen van de juiste kwaliteit en de juiste ontwerplevensduur met de daadwerkelijke bedrijfstemperatuur van cruciaal belang is voor een veilig, aan de norm voldoend apparatuurontwerp in deze legeringsfamilie, en waarom het simpelweg aflezen van een enkel "maximumtemperatuur" -getal uit een gegevensblad geen adequate ontwerpbasis is voor kruipbeperkte service.

Hoe zijn de ontwerpspanningen van de ASME-code te vergelijken?

Legering 800HT (ASME Code Case 1987) draagt hogere maximaal toelaatbare ontwerpspanningen dan legering 800H (ASME Code Case 1325) in het servicebereik van 1.100–1.650 graden F, wat het directe, code-erkende gevolg is van de nauwere koolstof- en Al+Ti-chemie van 800HT en de praktische reden is dat veel kopers 800HT specificeren, zelfs als 800H anders aan de minimumeisen zou voldoen.

Volgens de ASME Boiler and Pressure Vessel Code worden de ontwerpspanningen van legering 800 voor de constructie van Sectie I en Sectie VIII, Divisie 1 direct vermeld in Sectie II, Deel D en dekken service tot 1.500 graden F (816 graden). De ontwerpspanningen van legering 800H worden ook vermeld in Sectie II, Deel D en worden verder behandeld in Code Case 1325 (tot 1.500 graden F/816 graden) en Code Case 1983 voor Sectie VIII, Divisie 1-service tot 1.800 graden F (982 graden).

De maximaal toegestane spanningen van legering 800HT, gedekt door Code Case 1987, zijn expliciet hoger dan die van 800H in het bereik van 1100–1650 graden F, en materiaal dat is gecertificeerd als 800HT voldoet automatisch aan alle 800H-vereisten -. Daarom wordt 800HT gewoonlijk dubbel gestempeld volgens zowel UNS N08811 als UNS N08810 op de fabriek certificaten.

• Legering 800 (N08800) - Sectie I / Sectie VIII, Div. 1 & 2 ontwerpspanningen volgens ASME II Deel D; service tot 1.500 graden F (816 graden).
• Legering 800H (N08810) - ASME Code Case 1325 (tot 1.500 graden F/816 graden) en Code Case 1983 voor Sectie VIII, Div. 1 service tot 1.800 graden F (982 graden).
• Legering 800HT (N08811) - ASME Code Case 1987 (laatste revisie); hogere toelaatbare spanningen dan 800H van 1.100–1.650 graden F; ook gedekt tot 1.800 graden F (982 graden) via Code Case 1983-waarden.

Een aanbestedingsnota die de moeite waard is om eerlijk te markeren: uit de historische gegevens blijkt dat deze toegestane spanningen eerder zijn verplaatst en opnieuw kunnen bewegen. Volgens het eigen verslag van Special Metals werden, toen de ASME Metals Property Council de samengevoegde 800H-kruip-breukgegevens van 87 heats en 1.052 datapunten van meerdere producenten opnieuw analyseerde, - inclusief materiaal dat zwakker was dan de eigen heats van Special Metals - de toegestane 800H-ontwerpspanningen van de Code naar beneden herzien voor de 1.100–1.500 graden F (593–816 graden) bereik. Die episode is precies de reden waarom 800HT bestaat als een aparte, strakkere-chemieklasse: het liet Special Metals doorgaan met het aanbieden van de hogere ontwerpeisen die zijn eigen materiaal zou kunnen ondersteunen, ondersteund door zijn eigen gegevens, onafhankelijk van de samengevoegde 800H-revisie.

Wanneer moet u legering 800 versus 800H versus 800HT specificeren?

Specificeer gewone legering 800 voor algemene corrosie- en hitte-bestendige toepassingen onder ongeveer 1500 graden F (816 graden), waarbij kruip niet de heersende ontwerpvoorwaarde is; specificeer 800H als het basisniveau waar de kruip-breuksterkte de ontwerplevensduur boven dat bereik bepaalt; en specificeer 800HT waarbij de toepassing de hogere toegestane ontwerpspanning en dubbele UNS-certificering rechtvaardigt - doorgaans de hoogste-temperatuur, langste-ontwerp-levensdruk-grenscomponenten.

Gelegeerde 800 - ovenmanden, -platen en -bevestigingen; warmtewisselaars en leidingen in salpeter-zuur- of chloride-dragende media waarbij weerstand tegen spanning-corrosiescheuren belangrijker is dan de kruiplevensduur; elektrische verwarming-elementomhulling.

Legering 800H - stoom-/koolwaterstofreformer-katalysatorbuizen, convectiebuizen, pigtails en uitlaatspruitstukken; ethyleenkraak- en convectiebuizen; stralingsbuizen, moffels en retorten in warmtebehandelingsovens-; stoom-generator- en oververhitterbuizen.

Legering 800HT - dezelfde kruip-kritische oven- en reformertoepassingen als 800H, gespecificeerd in plaats van 800H wanneer de ontwerpberekening de hogere toegestane belasting volgens Code Case 1987 vereist, of wanneer de koper dubbele N08810/N08811-certificering wil voor flexibiliteit over meerdere projectspecificaties.

In de praktijk produceren de meeste fabrieken tegenwoordig 800H-legeringsmateriaal wat qua chemie en korrelgrootte zo strak is dat het ook in aanmerking komt als 800HT, en dubbel-certificeert het volgens beide UNS-nummers op het testrapport van de fabriek -, zodat kopers altijd de werkelijke MTR-chemie en korrel-grootte moeten controleren aan de hand van Tabel 1 hierboven, in plaats van aan te nemen dat een nominale "800H"-bestelling automatisch ontwerpspanningen op 800HT--niveau met zich meebrengt.

Veelgestelde vragen

Q: Is Incoloy 800HT gewoon een hogere kwaliteit dan 800H?

A: Niet bepaald een aparte legeringsfamilie. - 800De samenstelling van HT is een beperkte subset van 800H, die altijd binnen de limieten van 800H valt. Het verschil is dat 800HT een smaller koolstofgehalte (0,06–0,10% versus. 0.05–0,10%) en een hoger aluminium-plus-titaniumgehalte (0,85–1,20% versus. 0.30–1,20%) vereist, plus een minimale oplossingsgloeien van 2100 graden F (1149 graden), en hogere ASME-toelaatbare ontwerpspanningen onder Code draagt Zaak 1987.

Q: Kan legering 800H worden vervangen door 800HT bij een project dat 800HT specificeert?

A: Nee, niet automatisch. Gelegeerd 800HT-materiaal voldoet altijd aan de 800H-vereisten, dus het kan dubbel-gecertificeerd zijn, maar het omgekeerde is niet gegarandeerd. - Gewoon 800H-materiaal komt alleen in aanmerking als 800HT als de feitelijke chemie en korrelgrootte onafhankelijk van elkaar voldoen aan de strengere 800HT-limieten. Het molentestrapport moet worden gecontroleerd.

Q: Maakt een grovere korrelgrootte 800H en 800HT in het algemeen zwakker?

A: Nee - het is een bewuste afweging-in de tegenovergestelde richting van wat 'zwakker' doorgaans impliceert. Grovere korrels (ASTM Nee. 5 of grover) verbeteren de kruip- en spannings- en breuksterkte op lange- termijn bij verhoogde temperaturen, wat de eigenschap is waarvoor deze soorten zijn ontworpen. Het compromis-is een verminderde taaiheid na blootstelling aan hoge- temperaturen en een lagere sterkte op korte- kamertemperatuur- in vergelijking met fijne- korrelige legering 800, en geen algehele zwakte.

Q: Wat is de maximale bedrijfstemperatuur voor elke klasse?

A: Volgens ASME Sectie I en Sectie VIII, Divisie 1 is legering 800 toegestaan ​​tot 1.500 graden F (816 graden). Legering 800H wordt ook vermeld tot 1.500 graden F (816 graden) onder Code Case 1325, waarbij Sectie VIII, Divisie 1-service uitgebreid tot 1.800 graden F (982 graden) onder Code Case 1983. De Code Case 1987-spanningen van legering 800HT dekken hetzelfde bereik van 1.100–1.650 graden F als 800H, bij hogere toegestane waarden, met 1.800 graden F (982 graden) service ook behandeld via Code Case 1983.

Q: Waarom hebben alle drie de legeringen in wezen dezelfde corrosieweerstand?

A: Omdat nikkel, chroom en ijzer - de elementen die de oxidatieweerstand, de carburatieweerstand en de weerstand tegen chloridestress-corrosiescheuren- bepalen, voor alle drie de kwaliteiten identiek zijn gespecificeerd. De verschillen in samenstelling tussen 800, 800H en 800HT zijn beperkt tot koolstof, aluminium en titanium, die de mechanische en kruipeigenschappen beïnvloeden in plaats van het algemene corrosiegedrag.

Gerelateerde artikelen

INCONEL-legering 600 versus INCOLOY-legering 800 voor ovencomponenten

SMR's en nikkellegeringen: legering 800H/617/690 selecteren voor reactor-Klasseservice

Ultieme gids voor Inconel 625