Incoloy 800H กับ 800HT: Extra Titanium มีความสำคัญเมื่อใด

อินคอลอยย์ 800, 800H และ 800HT เป็นโลหะผสมนิกเกิล-เหล็ก-โครเมียมสามชนิดที่เกี่ยวข้องกันอย่างใกล้ชิด ซึ่งออกแบบมาเพื่อการให้บริการที่อุณหภูมิสูง- โดยมีองค์ประกอบพื้นฐานเหมือนกัน คือ นิกเกิลประมาณ 32% โครเมียม 21% และเหล็ก 46% โดยมีคาร์บอน อลูมิเนียม และไทเทเนียมในปริมาณเล็กน้อย แต่ทั้งสามเกรดมีการกำหนด ASTM ที่แตกต่างกัน ความเค้นที่อนุญาตในรหัส ASME ต่างกัน และราคาที่แตกต่างกัน ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ที่การควบคุมปริมาณคาร์บอนและไทเทเนียม-และบทความนี้จะอธิบายว่าเมื่อใดที่ความแตกต่างเหล่านั้นมีความสำคัญ

หากคุณระบุโลหะผสมเหล่านี้ คุณอาจถามว่า: "800HT คุ้มค่ากับระดับพรีเมียมมากกว่า 800H หรือไม่ ฉันสามารถใช้ 800H แทน 800HT ได้หรือไม่ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าฉันเปลี่ยน 800 เป็น 800H" คำถามเหล่านี้เกิดขึ้นในการออกแบบเตาปิโตรเคมี ท่อเครื่องทำน้ำร้อนซุปเปอร์ฮีตเตอร์ ตะกร้าบำบัดความร้อน- และการใช้งานอื่นๆ อีกมากมายที่ทำงานที่อุณหภูมิ 600 องศาถึง 1,000 องศา

บทความนี้จะให้การเปรียบเทียบที่ชัดเจนโดยอาศัยข้อมูล- เราจะตรวจสอบความแตกต่างขององค์ประกอบ อธิบายบทบาททางโลหะวิทยาของไทเทเนียมในการต้านทานการคืบ เปรียบเทียบคุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูง และให้แนวทางการเลือกที่ชัดเจนพร้อมกรณีศึกษา

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:800HT มีปริมาณไทเทเนียมที่ได้รับการควบคุมสูงกว่า (0.85–1.20% เทียบกับ. 0.15–0.60% ใน 800H) รวมกับการควบคุมคาร์บอนที่เข้มงวดยิ่งขึ้น ซึ่งจะทำให้ 800HT มีความต้านการแตกร้าวสูงขึ้น 20–40%- ที่อุณหภูมิสูงกว่า 700 องศา สำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 700 องศา 800H และ 800HT จะเทียบเท่ากับการใช้งาน การบริการระยะยาวที่สูงกว่า 700 องศา- 800HT จะช่วยลดต้นทุนระดับพรีเมียมด้วยอายุการใช้งานของครีปที่ยาวนานขึ้นและการออกแบบผนังที่บางลง

Incoloy 800 Family: สามเกรด หนึ่งรองพื้น

Incoloy 800 ได้รับการพัฒนาโดย Inco (ปัจจุบันคือโลหะพิเศษ) ในปี 1940 โดยเป็นทางเลือก-นิกเกิลที่ต่ำกว่า Inconel 600 สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง- ปริมาณธาตุเหล็กของโลหะผสม (ประมาณ 46%) ทำให้ราคาถูกกว่าอินโคเนลอย่างมาก ในขณะที่ยังคงต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดีและมีความแข็งแรงปานกลางที่อุณหภูมิสูง

ในช่วงทศวรรษ 1960 ประสบการณ์ในการบริการปิโตรเคมีเผยให้เห็นว่า Alloy 800 ดั้งเดิมมีความต้านทานการคืบคลานที่ไม่สอดคล้องกันเนื่องจากระดับคาร์บอนและไทเทเนียมที่ไม่สามารถควบคุมได้ สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนาอัลลอยด์ 800H (H="คาร์บอนสูง") โดยมีการควบคุมคาร์บอนอยู่ที่ 0.05–0.10% เพื่อปรับปรุงความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง-

ในทศวรรษ 1970 มีการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติมล้อแม็ก 800HT(HT="อุณหภูมิสูง") ซึ่งรวมคาร์บอนสูง 800H เข้ากับไทเทเนียมควบคุม (0.85–1.20%) และอะลูมิเนียม (0.15–0.60%) เพื่อเพิ่มความแข็งแรงในการแตกร้าวของการคืบ-ให้สูงสุดผ่านการชุบแข็งด้วยการตกตะกอน ปัจจุบัน เกรดทั้งสามมีอยู่ในตลาดร่วมกัน โดยให้บริการในส่วนต่างๆ ของตลาดโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง-

หมายเลข UNS และข้อกำหนด ASTM

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:สังเกตหมายเลข UNS: N08800 (800), N08810 (800H) และ N08811 (800HT) สิ่งเหล่านี้ไม่สามารถใช้แทนกันได้ในโค้ด ASME- แต่ละโค้ดมีค่าความเครียดที่อนุญาตต่างกัน ระบุด้วยหมายเลข UNS เสมอ ไม่ใช่เพียงชื่อทางการค้า

องค์ประกอบทางเคมี

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:ความแตกต่างขององค์ประกอบที่สำคัญคือไทเทเนียม: 800HT ต้องใช้ Ti 0.85–1.20% ในขณะที่ 800 และ 800H ต้องใช้ 0.15–0.60% Ti+Al แบบรวมใน 800HT คือ 1.00–1.80% เทียบกับ 0.30–1.20% ใน 800H องค์ประกอบที่ก่อให้เกิดการตกตะกอนเพิ่มขึ้น 2-3 เท่านี้ทำให้ 800HT มีความแข็งแกร่งในการคืบที่เหนือกว่า

ที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 600 องศา) โลหะจะเสียรูปอย่างช้าๆ ภายใต้ความเครียด-ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "คืบ" การคืบคือชีวิต-ที่จำกัดโหมดความล้มเหลวสำหรับท่อเตาเผา เครื่องทำความร้อนแบบไอน้ำยิ่งยวด และท่อรีฟอร์มเมอร์ การเสริมความแข็งแกร่งให้กับการคืบคลานต้องใช้:

• การเสริมความแข็งแกร่งให้กับโซลูชันที่เป็นของแข็ง:องค์ประกอบโลหะผสมที่ละลายในโครงตาข่ายโลหะขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ ในโลหะผสมซีรีส์ 800 โครเมียมและนิกเกิลให้ผลเช่นนี้

• การตกตะกอนทำให้แข็งตัว:อนุภาคละเอียดของเฟสที่สองก่อตัวขึ้นภายในเมล็ดข้าว ขัดขวางการเคลื่อนที่และการเลื่อนขอบเขตของเมล็ดพืช ใน 800HT ไทเทเนียมและอะลูมิเนียมรวมกับนิกเกิลจะเกิดการตกตะกอนแกมมา-ไพรม์ (Ni₃(Al,Ti)) ซึ่งมีประสิทธิภาพอย่างยิ่งที่อุณหภูมิ 600–900 องศา

ล้อแม็ก 800HT ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มการแข็งตัวของการตกตะกอน ปริมาณไทเทเนียมที่สูงขึ้นช่วยให้แน่ใจว่าในระหว่างการหลอมสารละลายและการบริการในภายหลังที่อุณหภูมิสูงขึ้น การกระจายตัวของแกมมา-อย่างละเอียดจะตกตะกอนก่อตัวทั่วทั้งเมทริกซ์ การตกตะกอนเหล่านี้มีความต่อเนื่องกันกับโครงตาข่ายออสเทนไนต์ ซึ่งหมายความว่าพวกมันขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่อย่างแรงโดยไม่ทำให้เกิดความเปราะ ผลลัพธ์: ความต้านการแตกของคืบ-สูงกว่า 800H อย่างมาก

ล้อแม็ก 800H อาศัยการเสริมความแข็งแกร่งให้กับสารละลายที่เป็นของแข็ง (คาร์บอนในสารละลาย) และการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่ขอบเขตเกรนเป็นหลัก มีแกมมา-ไพรม์จากปริมาณ Ti+Al ที่ต่ำกว่า แต่ไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดผลการตกตะกอนเต็มที่- สำหรับการบริการที่ต่ำกว่า 700 องศา ก็เพียงพอแล้ว สูงกว่า 700 องศา ความแตกต่างกลายเป็นเรื่องสำคัญ

สมบัติทางกลที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง

คุณสมบัติอุณหภูมิห้อง

ความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิสูง-

ตารางที่ 4: การเปรียบเทียบความต้านทานแรงดึงของอุณหภูมิสูง-สูง (ค่าทั่วไป)

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:ที่อุณหภูมิห้อง 800H และ 800HT มีคุณสมบัติแรงดึงที่เหมือนกัน เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นสูงกว่า 700 องศา ความได้เปรียบด้านความแข็งแกร่งของ 800HT จะเติบโตขึ้นอย่างมาก-ความต้านทานแรงดึงสูงขึ้นถึง 30% ที่ 900–1000 องศา นี่คือผลกระทบจากการตกตะกอน{10}}ที่เกิดขึ้นจริง

คืบคลาน-ความแรงของการแตกร้าว

สำหรับการออกแบบที่อุณหภูมิสูง- ความต้านการแตกร้าวของการคืบ-เป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุด รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME ส่วนที่ II ส่วน D ให้ความเค้นที่อนุญาตโดยอิงตามข้อมูลการคืบ ตารางต่อไปนี้แสดงเวลาในการแตกร้าวที่ระดับความเครียดและอุณหภูมิต่างๆ- ซึ่งเป็นข้อมูลที่กำหนดอายุการใช้งานของการออกแบบ

ตารางที่ 5: การคืบ-การเปรียบเทียบข้อมูลการแตกร้าว - 800H กับ 800HT

ความเครียดที่อนุญาตของรหัส ASME

รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME ส่วนที่ II ส่วน D มีค่าความเค้นสูงสุดที่อนุญาตสำหรับโลหะผสมแต่ละชนิดที่อุณหภูมิต่างๆ ค่าเหล่านี้ได้มาจากค่าความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ กำลังรับผลผลิต และ-ข้อมูลการแตกร้าวพร้อมปัจจัยด้านความปลอดภัยที่เหมาะสม ความเค้นที่อนุญาตจะเป็นตัวกำหนดความหนาของผนังขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับความดัน-ส่วนประกอบที่ประกอบด้วย

ตารางที่ 6: ASME ส่วนที่ II ส่วน D ความเครียดที่อนุญาต - 800H เทียบกับ 800HT

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:สูงกว่า 700 องศา ASME อนุญาตให้มีความเครียดสูงขึ้น 19–46% สำหรับ 800HT เทียบกับ 800H สำหรับท่อหรือท่อภายใต้แรงดันภายใน ความเค้นที่อนุญาตจะเป็นสัดส่วนผกผันกับความหนาของผนังที่ต้องการ ความเค้นที่ยอมรับได้สูงขึ้น 40% หมายถึงผนังที่บางลง 40% วัสดุน้อยลง 40% และราคาวัสดุลดลง 40%- ซึ่งมักจะเกินกว่าค่าพรีเมียมที่จ่ายสำหรับ 800HT มากกว่า 800H

ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและคาร์บูไรเซชัน

เกรด Incoloy 800 ทั้งสามเกรดมีโครเมียมเท่ากัน (19–23%) ซึ่งเป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อออกซิเดชัน สเกลโครเมียมออกไซด์ป้องกัน (Cr₂O₃) ที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวจะเหมือนกันสำหรับ 800, 800H และ 800HT ดังนั้นความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันจึงไม่ใช่ปัจจัยที่สร้างความแตกต่าง

ข้อสรุปขั้นสุดท้าย:อย่าเลือก 800HT มากกว่า 800H สำหรับความต้านทานต่อออกซิเดชันหรือคาร์บูไรเซชัน-ซึ่งเทียบเท่ากัน เหตุผลเดียวที่จะระบุ 800HT ก็เพราะว่ามีความต้านการแตกของคืบสูงขึ้น-ที่อุณหภูมิสูงกว่า 700 องศา

การเชื่อมและการผลิต

การวิเคราะห์ต้นทุน

800H หรือ 800HT?

กรณีศึกษาอุตสาหกรรม

กรณีศึกษา: 1: เครื่องปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ - 800HT ช่วยให้สามารถออกแบบท่อที่บางลงได้

โรงงานผลิตไฮโดรเจนระดับรากหญ้าในปี 2024 ในตะวันออกกลางระบุท่อรีฟอร์มเมอร์มีเทนไอน้ำที่ทำงานที่อุณหภูมิทางออก 920 องศา พร้อมแรงดันออกแบบ 25 บาร์ การออกแบบเริ่มแรกโดยใช้ Incoloy 800H จำเป็นต้องมีความหนาของผนัง 15.2 มม. เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดอายุการคืบ 100,000 ชั่วโมง การเปลี่ยนไปใช้ Incoloy 800HT ช่วยลดความหนาของผนังที่ต้องการเป็น 11.8 มม. (ลดลง 22%) ส่งผลให้:

- การลดน้ำหนักวัสดุ: 22%

- การลดต้นทุนวัสดุ: ~12% (หลังจากพิจารณาเบี้ยประกันภัย HT)

- ความเครียดจากความร้อนลดลงเนื่องจากผนังบางลง (การถ่ายเทความร้อนเร็วขึ้น การไล่ระดับอุณหภูมิที่ต่ำกว่า)

- อายุขัยของครีปขยาย: ประมาณ 130,000 ชั่วโมง เทียบกับขั้นต่ำ . 100,000 ชั่วโมง

บทเรียนสำคัญ: ที่อุณหภูมิสูงกว่า 900 องศา ความเค้นที่ยอมรับได้สูงกว่าของ 800HT ช่วยลดความหนาของผนังได้มากกว่าการชดเชยความพรีเมียมของวัสดุ

กรณีศึกษา: 2: เตาแคร็กเอทิลีน - 800HT ช่วยยืดอายุของท่อในการให้บริการแบบวนรอบ

โรงงานแครกเกอร์เอทิลีนในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ประสบกับความล้มเหลวของท่อคอยล์รังสีก่อนกำหนดหลังจากใช้งานไปแล้ว 85,000 ชั่วโมง ท่อเดิมระบุเป็น Incoloy 800H การวิเคราะห์ความล้มเหลวเผยให้เห็นการแตกร้าวของครีพซึ่งเริ่มต้นที่พื้นผิวด้านนอก ซึ่งถูกเร่งด้วยความเครียดจากความร้อนแบบวงจรจากการถอดรหัสทุกๆ 30–40 วัน ในระหว่างการซ่อมบำรุงในปี 2025 โรงงานได้เปลี่ยนขดลวดแผ่รังสีเป็น Incoloy 800HT

หลังจากใช้งานไปแล้ว 50,000 ชั่วโมงด้วยท่อ 800HT ใหม่:

- ไม่พบการแคร็กของครีป

- การประเมินชีวิตที่เหลืออยู่: เพิ่มเติมขั้นต่ำ 80,000 ชั่วโมง

- รอบการถอดรหัสขยายออกไปเป็น 45 วัน (ลดการหมุนเวียนด้วยความร้อน)

บทเรียนสำคัญ: สำหรับการให้บริการที่อุณหภูมิสูง-แบบวงจร การตกตะกอนแบบแกมมา-ไพรม์ของ 800HT ให้ความต้านทานต่อปฏิกิริยาระหว่างการคืบคลาน-ได้ดีกว่า 800H

กรณีศึกษา: 3: Steam Superheater - 800H ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเพียงพอที่อุณหภูมิปานกลาง

โรงไฟฟ้าถ่านหินขนาด 600 เมกะวัตต์-ในอินเดียระบุส่วนหัวของช่องจ่ายฮีทเตอร์ไอน้ำยิ่งยวดซึ่งทำงานที่อุณหภูมิไอน้ำ 540 องศา โดยมีอุณหภูมิโลหะสูงสุด 580 องศา การออกแบบดั้งเดิมถือว่าทั้ง 800H และ 800HT การวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่า:

- ที่ 580 องศา ความเค้นที่อนุญาตของ ASME สำหรับ 800H=92 MPa, 800HT=97 MPa (ต่างกันเพียง 5%)

- ข้อกำหนดอายุการใช้งานการออกแบบ: 200,000 ชั่วโมง (ทั้งสองอย่างง่ายดายที่อุณหภูมินี้)

- คืบไม่ใช่โหมดความล้มเหลวในการควบคุม การเกิดออกซิเดชันและการกัดเซาะเป็นเรื่องที่น่ากังวล

โรงงานเลือก Incoloy 800H ซึ่งประหยัดต้นทุนวัสดุได้มากกว่า 800HT ถึง 12% โดยไม่มีการลดทอนอายุการใช้งาน หลังจากใช้งานมา 15 ปี ส่วนหัวจะยังคงใช้งานได้โดยไม่มีปัญหาที่เกี่ยวข้องกับครีป{5}}

บทเรียนสำคัญ: ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 650 องศา 800H และ 800HT มีฟังก์ชันการทำงานที่เทียบเท่ากัน พรีเมี่ยม 800HT ไม่ได้ให้ประโยชน์ใดๆ

กรณีศึกษา: 4: การแทนที่ใน-ประเภท - ที่ตรงกับข้อกำหนดดั้งเดิม

โครงการบำรุงรักษาในปี 2023 ที่โรงกลั่นของสหรัฐฯ จำเป็นต้องเปลี่ยนชิ้นส่วนของท่อเตาเผา Incoloy 800H ที่ทำให้เกิดการรั่วไหลเล็กน้อยหลังจากใช้งานไปแล้ว 180,000 ชั่วโมง ทีมจัดซื้อจัดจ้างพิจารณาการเปลี่ยน 800HT เพื่อ "ปรับปรุง" การทดแทน แต่การวิเคราะห์ทางวิศวกรรมระบุข้อกังวลสองประการ:

1. ท่อ 800H ดั้งเดิมที่เหลือจะยังคงคืบคลานในอัตราที่แตกต่างจากท่อ 800HT ใหม่ ซึ่งอาจสร้างความเข้มข้นของความเครียดที่รอยเชื่อมทรานซิชัน

2. รหัส ASME-เอกสารที่จำเป็นและหลักเกณฑ์การตรวจสอบแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างสองเกรด

โปรเจ็กต์ดำเนินการเปลี่ยนประเภท-ที่แน่นอนโดยใช้ Incoloy 800H เพื่อให้มั่นใจว่าความเข้ากันได้ทางโลหะและทางกลกับระบบที่มีอยู่

บทเรียนสำคัญ: สำหรับการซ่อมแซมและการเปลี่ยนใหม่ ให้รักษาเกรดวัสดุเดิมไว้เสมอ เว้นแต่การประเมินทางวิศวกรรมใหม่ทั้งหมดจะพิสูจน์ให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลง

แบบฟอร์มผลิตภัณฑ์และข้อมูลจำเพาะ

ข้อผิดพลาดทั่วไปเกี่ยวกับข้อกำหนดที่ควรหลีกเลี่ยง

1. การระบุ "Incoloy 800" โดยไม่มีการกำหนด H หรือ HT

ผลที่ตามมา: อาจได้รับโลหะผสม 800 (UNS N08800) ซึ่งมีคาร์บอนต่ำกว่าและความแข็งแรงของการคืบต่ำกว่า 800H/800HT

วิธีการที่ถูกต้อง: ระบุด้วยหมายเลข UNS เสมอ: N08810 สำหรับ 800H, N08811 สำหรับ 800HT

2. ทดแทน 800H เป็น 800HT โดยไม่มีการตรวจสอบทางวิศวกรรม

ผลที่ตามมา: ที่อุณหภูมิสูงกว่า 750 องศา 800H จะมีอายุการคืบต่ำกว่าที่ออกแบบไว้ 20–40%

วิธีการที่ถูกต้อง: ห้ามแทนที่ 800H ด้วย 800HT โดยไม่คำนวณความหนาของผนังและอายุการคืบใหม่

3. การใช้ 800HT โดยที่ 800H เพียงพอ

ผลที่ตามมา: สิ้นเปลืองงบประมาณวัสดุ 10–15% โดยไม่เกิดประโยชน์ด้านประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิปานกลาง

วิธีการที่ถูกต้อง: สำรอง 800HT สำหรับการใช้งานที่สูงกว่า 750 องศาหรือตามข้อกำหนดอายุการใช้งานการออกแบบที่ยาวนานขึ้น

4. ไม่ตรวจสอบขนาดเกรน

ผลที่ตามมา: ขนาดเกรนละเอียด (ASTM 6-8) ลดความแข็งแรงของการคืบลง 15–30% เมื่อเทียบกับเกรนหยาบ (ASTM 3-5)

วิธีการที่ถูกต้อง: ระบุขนาดเกรน 5 หรือหยาบกว่านั้น coarser ดีกว่าสำหรับการคืบ

5. มองเห็นความแตกต่างของอุณหภูมิหลอมละลายของสารละลาย

ผลที่ตามมา: 800HT ต้องการขั้นต่ำ 1,175 องศา; 800H ต้องการเพียง 1150 องศา วัสดุที่ผ่านการอบอ่อนกว่า-จะไม่พัฒนาความแข็งแรงของการคืบเต็มที่

วิธีการที่ถูกต้อง: ระบุอุณหภูมิการหลอมที่ถูกต้องสำหรับแต่ละเกรด

สรุป