1. درجات و مشخصات مواد (AMS 5766 در مقابل AMS 5871 در مقابل ASTM B408)
س: بسته مهندسی ما "Incoloy 800H" را مشخص می کند اما به استانداردهای متعددی اشاره می کند: ASTM B408 برای لوله، AMS 5766 برای استوک میله و AMS 5871 برای ورق. آیا این آلیاژهای متفاوت هستند یا این مواد در اشکال مختلف محصول یکسان است؟
پاسخ: این یک تمایز مهم در تهیه آلیاژهای-در دمای بالا است. شما به همان خانواده پایه-آلیاژ آهن-نیکل-کروم که معمولاً به نام Incoloy 800 شناخته میشود، نگاه میکنید، اما با انواع خاص «H» (کربن بالا) که برای مقاومت در برابر خزش در دمای بالا طراحی شدهاند. مشخصات مختلف مربوط به فرم محصول و بدنه صنعت کنترل کننده است.
شیمی مشترک: هر سه مشخصات به نسخه-پر کربن آلیاژ 800، معروف به 800H اشاره دارد. متمایز کننده اصلی از آلیاژ استاندارد 800 محدوده کربن کنترل شده (0.05٪ تا 0.10٪) و اندازه دانه درشت (ASTM #5 یا درشت تر) است. این ترکیب برای مقاومت بهینه خزش و پارگی بالای 1000 درجه فارنهایت (540 درجه) ضروری است.
ASTM B408: این مشخصات استاندارد برای میله، میله و سیم نیکل-آهن-آلیاژ کروم (UNS N08810) است. اگر در حال خرید فلنج یا اتصالات میلهای جامد به ماشین آلات برای کوره کربورسازی خود هستید، به ASTM B408 سفارش میدهید. تحمل ابعادی و خواص مکانیکی برای مقاطع جامد را پوشش می دهد.
AMS 5766: این یک مشخصات مواد هوافضای دقیق تر برای همان شیمی UNS N08810 است، اما به طور خاص برای میله ها، آهنگری ها و حلقه ها. اغلب زمانی استفاده می شود که مواد باید الزامات تضمین کیفیت هوافضا (قابلیت ردیابی، بازرسی اولتراسونیک و غیره) را برآورده کنند. اگر استوک میله شما وارد یک بخش نگهدارنده فشار بحرانی{5}}می شود، ممکن است به جای ASTM B408 تجاری، از AMS 5766 استفاده شود.
AMS 5871: این مشخصات مواد هوافضای مربوطه برای UNS N08810 به شکل ورق، نوار و صفحه است. این آینه کنترل شیمی و اندازه دانه از درجه "H" است.
دیدگاه صنعت:
برای کوره کربورسازی، شما معمولاً لوله و لوله ها را مطابق با ASTM B407 (معادل لوله بدون درز B408) با درجه N08810 خریداری می کنید. شرط "H" با بررسی اندازه دانه در گزارش آزمایش آسیاب تأیید می شود. مشخصات AMS (5766/5871) معمولاً برای اجزای موتورهای هوافضا یا برنامه های هسته ای که در آن تضمین کیفیت اضافی الزامی است، محفوظ است.
2. مقاومت کربوریزه شدن در کوره های اتیلن
س: ما در حال لوله گذاری مجدد یک کوره پیرولیز اتیلن هستیم. چرا Incoloy 800H (UNS N08810) استاندارد صنعتی برای سیمپیچهای تابشی و خطوط انتقال در معرض اتمسفر کربنکننده است؟
پاسخ: انتخاب Incoloy 800H برای تجهیزات کربورسازی-بهویژه کورههای پیرولیز اتیلن و اصلاحکنندههای متان بخار{2}} بر اساس توانایی منحصربهفرد آن در مقاومت در برابر دو مکانیسم تخریب همزمان است: کربنسازی و خزش.
مکانیسم کربورسازی:
در یک اتمسفر کربن دار (فعالیت کربن بالا، فشار جزئی اکسیژن کم)، کربن حاصل از گاز فرآیند می تواند به سطح فلز پخش شود. این کاربیدهای کروم داخلی را تشکیل می دهد که:
با تخلیه کروم از ماتریس، مواد را "حساس" کنید و مقاومت در برابر خوردگی موضعی را کاهش دهید.
باعث انبساط حجمی فلز شود که منجر به "گرد و غبار فلز" یا شکنندگی شدید شود.
چرا 800H موفق می شود:
محتوای نیکل بالا (~32%): نیکل حلالیت و سرعت انتشار کربن را در ماتریس مبتنی بر آهن کاهش می دهد. در مقایسه با فولادهای زنگ نزن نیکل پایین تر (مانند 309 یا 310)، میزان نیکل بالاتر در 800H سدی برتر برای ورود کربن ایجاد می کند.
کروم کنترل شده (~21%): کروم یک مقیاس اکسید محافظ و چسبنده (Cr2O3Cr2O3) را تشکیل می دهد. تحت شرایط فرآیند مناسب، این مقیاس به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می کند و از تماس کربن با فلز لخت جلوگیری می کند.
محتوای سیلیکون: 800H معمولاً حاوی 0.5-1.0٪ سیلیکون است که با تشکیل یک لایه فرعی سیلیس در زیر مقیاس کرومیا، مقاومت در برابر کربوریزه شدن را بیشتر میکند.
اتصال خزش:
در کوره های پیرولیز، لوله ها در دمای 1700 درجه فارنهایت تا 2000 درجه فارنهایت (925 درجه تا 1100 درجه) تحت فشار داخلی کار می کنند. اندازه دانه درشت و کربن کنترل شده درجه "H" قدرت خزش را به حداکثر می رساند. لولهای که کربوریزه میشود، شکننده میشود و میتواند در اثر چرخه حرارتی ترک بخورد. لولهای که بیش از حد خزش میکند، برآمده و میترکد. 800H بهترین تعادل مقاومت را برای هر دو ارائه میکند، و آن را به عنوان نیروی کار صنعت پتروشیمی تبدیل میکند.
3.{1}}ویژگیهای مکانیکی دمای بالا و مقاومت خزشی
س: چه ویژگیهای متالورژیکی خاصی از نوع «H» (UNS N08810) آن را نسبت به استاندارد «درجه 1» (UNS N08800) برای خدمات فشار دمای بالا مانند تجهیزات کربنسازی برتری میدهد؟
پاسخ: تفاوت بین آلیاژ استاندارد 800 (UNS N08800) و آلیاژ 800H (UNS N08810) از نظر شیمی ظریف است اما در عملکرد بسیار زیاد است. اگر لوله استاندارد 800 را در یک سرویس خزش{6}}در دمای بالا نصب کنید، پیش از موعد از کار می افتد. در اینجا به این دلیل است که درجه "H" برای کربورسازی تجهیزات مورد نیاز است:
1. کنترل محتوای کربن:
UNS N08800 (استاندارد): به کربن تا 0.10% اجازه می دهد، اما اغلب کمتر (0.02{4}}0.05%) است. کربن کم برای مقاومت در برابر خوردگی خوب است اما برای مقاومت در دمای بالا بد است.
UNS N08810 (800H): کربن را به محدوده کنترل شده 0.05٪ تا 0.10٪ محدود می کند. این تضمین می کند که کربن کافی برای تشکیل کاربیدهای اولیه پایدار (M23C6M23 C6) در مرزهای دانه در دسترس است.
2. اندازه دانه مورد نیاز:
این مهم ترین عامل است. ASTM B407 (مشخصات لوله) و AMS 5871 مستلزم آن است که آلیاژ 800H دارای اندازه دانه ASTM #5 یا درشت تر باشد.
چرا دانه های درشت؟ در دماهای بالا (بالاتر از 0.5 TmTm)، مکانیسم های تغییر شکل از لغزش نابجایی (ترانس دانه ای) به لغزش مرز دانه (بین دانه ای) تغییر شکل می دهند. دانه های ریز سطح مرز دانه بیشتری دارند، که در واقع مواد را در دماهای بالا ضعیف می کند زیرا مرزها می لغزند و حفره می شوند.
مکانیسم: ساختار دانه درشت ناحیه مرز دانه را به حداقل می رساند. مکانیسم تقویت اولیه به سمت بارش کاربید در این مرزها تغییر می کند، که آنها را پین می کند و از لغزش جلوگیری می کند. این همان چیزی است که قدرت خزش و گسیختگی برتر را فراهم می کند.
3. نتیجه:
برای یک تنش معین در 1500 درجه فارنهایت، UNS N08810 عمر گسیختگی دارد که 3 تا 5 برابر بیشتر از UNS N08800 است. در یک لوله کوره کربورکننده که باید 100،000+ ساعت دوام بیاورد، این نام "H" قابل مذاکره نیست.
4. جوشپذیری و عملیات حرارتی پس از جوش{1}
س: ما در حال جوشکاری لوله های جدید Incoloy 800H در منیفولد خروجی یک اصلاح کننده بخار هستیم. آیا این ماده برای بازیابی مقاومت یا استحکام کربوریزه شدن به عملیات حرارتی پس از جوشکاری (PWHT) نیاز دارد؟
پاسخ: این یک سوال متداول در زمینه ساخت تجهیزات کربورسازی است. پاسخ کوتاه این است: به طور کلی، خیر، PWHT برای Incoloy 800H مورد نیاز نیست، اما شما باید از فلز پرکننده صحیح استفاده کنید و حرارت ورودی را کنترل کنید.
چرا PWHT معمولاً اجتناب می شود:
ساختار آستنیتی: برخلاف فولادهای فریتی، که برای نرم کردن مناطق تحت تأثیر حرارت{0} سخت شده (HAZ) یا کاهش تنشهای پسماند، به PWHT نیاز دارند، 800H کاملاً آستنیتی است. تغییر فازی که سختی ایجاد کند، نمی شود.
حساسسازی: در فولادهای ضد زنگ، PWHT در محدوده 900-1500 درجه فارنهایت میتواند باعث "حساسسازی" (بارش کاربید کروم) شود که به مقاومت خوردگی آبی آسیب میرساند. با این حال، در خدمات با دمای بالا، ما در واقعخواستنکاربیدهای پایدار خطر PWHT حداقل است.
رشد دانه: اگر در دمای خیلی بالا PWHT کنید، در معرض خطر رشد دانه هستید، اما فلز پایه از قبل درشت-دانه شده است.
عوامل حیاتی برای یکپارچگی جوش:
انتخاب فلز پرکننده: باید جوش را بیش از-آلیاژ کنید. توصیه استاندارد اینکونل 82 (ERNiCr-3) یا Inconel 625 (ERNiCrMo-3) است. اینها محتوای نیکل بالاتری نسبت به فلز پایه دارند. این تضمین می کند که رسوب جوش دارای استحکام کافی و مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای عملیاتی است. اگر از پرکننده 800H منطبق استفاده می کنید، ممکن است جوش ضعیف ترین حلقه باشد.
ورودی گرما: دمای بین گذر (معمولاً زیر 350 درجه فارنهایت) را کنترل کنید تا از ترک خوردن داغ جلوگیری کنید. ساختار دانه درشت 800H گاهی اوقات می تواند منجر به فقدان همجوشی شود اگر ورودی گرما خیلی کم باشد، اما خیلی زیاد می تواند باعث ترک خوردگی مایعات شود.
شرایط سرویس: جوش برای کار در دمای بالا طراحی شده است. گرمای سرویس خود به عنوان یک "تسکین دهنده استرس" عمل می کند و کاربیدها را در جوش HAZ رسوب می کند و ریزساختار را به تعادل می رساند. مگر اینکه کد برای هندسه مخازن تحت فشار خاص مورد نیاز باشد (مثلاً مقاطع بسیار ضخیم)، PWHT معمولا حذف می شود.
5. تدارکات و قابلیت ردیابی برای خدمات دمای بالا{1}
س: ما در حال تهیه لوله بدون درز Incoloy 800H به ASTM B407 برای کوره کربورسازی هستیم. چه مدارک و آزمایش خاصی باید از کارخانه درخواست کنیم تا مطمئن شویم که واقعاً مواد درجه "H" را دریافت می کنیم و نه استاندارد 800؟
A: این شایع ترین دام تدارکات است. از آنجایی که محدوده شیمی 800 و 800H با هم همپوشانی دارند، نمیتوانید صرفاً به نام «UNS» در گواهی اعتماد کنید. شما باید معیارهای پذیرش خاصی را در حین خرید برای اطمینان از تناسب{4}} برای سرویس با دمای بالا اعمال کنید.
چک لیست تایید درجه "H":
Chemistry Lock-در:
اطمینان حاصل کنید که گواهی به صراحت UNS N08810 را بیان می کند.
محدوده کربن را بررسی کنید: 0.05٪ تا 0.10٪. اگر کربن 0.03٪ باشد، شما استاندارد 800 دارید، حتی اگر گواهینامه N08810 را نوشته باشد (گاهی اوقات کارخانه ها برچسب اشتباه می زنند).
محتوای آلومینیوم + تیتانیوم را بررسی کنید. در حالی که همیشه یک معیار رد نیست، برای پایداری بهینه دمای بالا، مجموع (Al + Ti) معمولاً باید بالای 0.85٪ باشد تا نیتروژن را ببندد و تقویت کند.
اندازه دانه مورد نیاز ("آزمون تورنسل"):
شما باید صراحتاً از آسیاب بخواهید که آزمایش اندازه دانه را بر اساس ASTM E112 انجام دهد.
مشخصات به اندازه دانه متوسط ASTM #5 یا درشت تر نیاز دارد.
این تنها تأیید واقعی است که این ماده برای دستیابی به ساختار مقاوم در برابر خزش، پردازش شده است (در دمای بالا بازپخت شده است). اگر اندازه دانه شماره 6 یا ریزتر باشد، ماده اساساً از نظر مقاومت خزشی "استاندارد 800" است، حتی اگر کربن درست باشد.
تایید عملیات حرارتی:
گزارش تست آسیاب (MTR) باید دمای بازپخت محلول را ذکر کند. برای 800H، باید حدود 2050 درجه فارنهایت (1120 درجه) یا بالاتر باشد. دمای بازپخت پایین باعث درشت شدن دانه ها نمی شود.
روند:
یک روند جدید در تدارکات، مشخص کردن «تأیید پارگی خزش» یا درخواست دادههای آزمایش خزش تاریخی آسیاب برای گرمای ویژه است، بهویژه برای لولههایی که برای سرویسهای تجزیه در اثر حرارت حیاتی هستند. اگر آسیاب نتواند اندازه دانه را تضمین کند یا کربن را در نیمه بالایی محدوده (0.07-0.10٪) تأمین کند، احتمالاً لوله به دلیل خزش یا ترک خوردگی کربوریزه شدن زود از بین می رود.
