Kokiais konkrečiais tikslais reikėtų rinktis Incoloy 909 vamzdį, o ne Incoloy 800HT?

1. Kl.: Kokie yra esminiai Incoloy 909 ir Incoloy 800HT vamzdžių sudėties ir metalurgijos skirtumai?

A:„Incoloy 909“ ir „Incoloy 800HT“ tarnauja radikaliai skirtingoms reikmėms, o jų skirtumai prasideda nuo iš esmės skirtingų lydinio dizaino filosofijų.

Incoloy 909 (UNS N09909)yra geležies -nikelio-kobalto lydinys, specialiai sukurtas kontroliuojamam-plėtimuisi. Jo vardinė sudėtis – 38–42 % nikelio, 12–16 % kobalto, 4,5–6,0 % niobio, 1,3–1,8 % titano ir balanso geležies. Labai svarbu, kad jame beveik nėra chromo (paprastai daugiausia 0,25 %). Chromo nebuvimas yra tyčinis{15}}chromas sutrikdytų šio lydinio mažo šiluminio plėtimosi charakteristikas. Vietoj to, Incoloy 909 savo savybes pasiekia kietėjant krituliams naudojant niobį ir titaną, kurie sudaro Ni₃ (Nb, Ti) ir Ni₃ (Ti, Al) fazes. Lydiniui taip pat būdingas labai mažas šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE), maždaug 5–6 × 10⁻⁶/laipsnis F (9–11 × 10⁻⁶/laipsnis) nuo kambario temperatūros iki 800 laipsnių F (427 laipsnių), panašus į borosilikatinį stiklą ir keramines medžiagas.

Incoloy 800HT (UNS N08811), priešingai, yra aukštai{0}}šliaužimui-atsparus lydinys iš geležies-nikelio-chromo šeimos. Jo sudėtis – 30–35 % nikelio, 19–23 % chromo, 0,06–0,10 % anglies, 0,15–0,60 % aliuminio, 0,15–0,60 % titano ir balanso geležies. Didelis chromo kiekis (19–23%) užtikrina išskirtinį atsparumą oksidacijai ir karburizacijai aukštesnėje temperatūroje. Aliuminio ir titano priedai kartu su aukštos temperatūros tirpalo atkaitinimu (mažiausiai 2150 F / 1177 laipsnių) skatina kritulių stiprinimą ir optimizuoja grūdelių struktūrą, kad būtų atsparus valkšnumui. Incoloy 800HT šiluminio plėtimosi koeficientas yra maždaug 8,5–9,5 × 10⁻⁶/laipsnis F (15–17 × 10⁻⁶/laipsnis), žymiai didesnis nei Incoloy 909.

Metalurgijos pasekmės:„Incoloy 909“ skirtas matmenų stabilumui ir pastoviam elastingumo moduliui įvairiuose temperatūrų diapazonuose. Dėl mažo plėtimosi jį galima derinti su keramika, stiklu ar kitomis mažai -plečiančiomis medžiagomis, nesukuriant šiluminio neatitikimo įtempių. Tačiau dėl chromo trūkumo jis netinkamas aukštos-temperatūroms oksiduojančioms aplinkoms-, jis greitai plečiasi ir oksiduojasi aukštesnėje nei 1200 laipsnių F (649 laipsnių) temperatūroje. Priešingai, „Incoloy 800HT“ yra sukurtas eksploatuoti itin aukštoje{10}}temperatūroje iki 1800 F (982 laipsnių) ir naudoja chromo oksido skalę. Jis negali prilygti mažam Incoloy 909 išplėtimui.

Norint pasirinkti vieną iš jų, reikia atsakyti į vieną klausimą: ar programa reikalaujamažas šiluminis plėtimasis su vidutine temperatūros galia(pasirinkite Incoloy 909) arbaatsparumas aukštai-temperatūrai ir atsparumas oksidacijai(Pasirinkite Incoloy 800HT)?

---

2. Kl.: Kodėl Incoloy 909 vamzdis naudojamas dujų turbinose ir aero{2}}varikliuose, nepaisant to, kad jame nėra chromo?

A:„Incoloy 909“ vamzdis yra ypač svarbus dujų turbinose ir aviaciniuose{1}}varikliuose ne dėl atsparumo korozijai, o dėl unikalausmažas šiluminis plėtimasis, pastovus tamprumo modulis ir didelis stiprumasesant temperatūrai iki 1200 laipsnių F (649 laipsnių). Šios savybės išsprendžia specifines dizaino problemas, kurių negali išspręsti joks kitas lydinys.

Kontroliuojamas šiluminis plėtimasis:Dujų turbininiuose varikliuose komponentai, tokie kaip kompresoriaus korpusai, velenai ir sandarikliai, turi išlaikyti mažus tarpus plačiame temperatūrų diapazone-nuo šalto užvedimo aplinkos temperatūroje iki visos darbinės temperatūros, viršijančios 1 000 F (538 laipsnių). Jei korpusas plečiasi labiau nei vidiniai besisukantys komponentai, padidėja tarpai, sumažėja efektyvumas ir didėja degalų sąnaudos. Jei korpusas mažiau plečiasi, atsiranda trukdžių, dėl kurių gali nusitrinti, nusidėvėti arba pražūtingi priepuoliai. Mažas Incoloy 909 CTE (maždaug 5,5 × 10⁻⁶/F laipsnis) labai panašus į nikelio -superlydinių (pvz., Inconel 718, Waspaloy), naudojamų turbinų diskams ir mentėms. Šios rungtynės išlaiko pastovius tarpus visomis eksploatavimo sąlygomis, optimizuodamos efektyvumą ir sumažindamos susidėvėjimą.

Pastovus tamprumo modulis (E) esant temperatūrai:Daugumos lydinių standumas (Youngo modulis) smarkiai sumažėja, kai temperatūra pakyla. „Incoloy 909“ sukurtas taip, kad išlaikytų beveik pastovų modulį iki maždaug 800–1000 laipsnių F (427–538 laipsnių). Ši savybė yra labai svarbi besisukantiems velenams, kur kritiniai greičiai (natūralūs dažniai) kinta priklausomai nuo temperatūros. Nuolatinis modulis apsaugo nuo rezonanso kirtimų, galinčių sukelti destruktyvią vibraciją. Dizaineriai gali tiksliai numatyti veleno dinamiką be sudėtingų nuo temperatūros priklausomų modelių.

Kritulių{0}}stiprumas:Dėl kontroliuojamo sendinimo (tirpalo atkaitinimas 1800 laipsnių F/982 laipsniais, po to sendinimas 1325 laipsnių F/718 ir 1150 laipsnių F/621 laipsniais), Incoloy 909 pasiekia 100–130 ksi (690–896 MPa) takumo ribą. Šis stiprumo lygis ir mažas plėtimasis leidžia sukurti plonasienes konstrukcijas, kurios taupo svorį{13}}aviacijos erdvėje.

Kodėl gi ne naudoti Incoloy 800HT?Incoloy 800HT CTE yra beveik dvigubai didesnis nei Incoloy 909. Naudojant dujų turbinos korpusą, naudojant 800HT sukeltų nepriimtinus tarpo pokyčius, dėl kurių sumažėtų efektyvumas arba sutrinka mechaniniai trukdžiai. Didelis „Incoloy 800HT“ chromo kiekis ir atsparumas oksidacijai šiuo atveju nėra svarbūs, nes vamzdis nėra veikiamas degimo dujų,{5}}jis valdo kompresoriaus orą arba tarnauja kaip alyvos ar degalų tiekimo linija kontroliuojamoje temperatūroje{6}}.

Tipiškos programos:Kompresoriaus išleidimo oro linijos, veleno sandariklio korpusai, guolių atramos, pavaros linijos ir degalų dozavimo sistemos vamzdynai. Šiuose vaidmenyse Incoloy 909 matmenų stabilumas užtikrina patikimą veikimą per tūkstančius terminių ciklų.

---

3. Kl.: Kodėl „Incoloy 800HT“ vamzdis yra tinkamiausia medžiaga itin aukštos{2}}temperatūros naftos chemijos paslaugoms, kai „Incoloy 909“ sugestų?

A:„Incoloy 800HT“ vamzdis dominuoja taikant taikymus, susijusius su ilgalaike aukšta temperatūra, viršijančia 1200 °F (649 °F) oksiduojančios, karbiuruojančios arba azotinančiose atmosferose. Tokiose aplinkose Incoloy 909 nukentėtų greitai ir katastrofiškai. Trys specifinės savybės paaiškina 800HT pranašumą.

Pirma, chromo{0}}pagrįstas atsparumas oksidacijai.„Incoloy 800HT“ sudėtyje yra 19–23 % chromo, kuris sudaro vientisą, prilimpančią ir savaime gijančią chromo oksido (Cr₂O₃) skalę ant visų atvirų paviršių. Ši skalė apsaugo pagrindinį metalą nuo deguonies, anglies, azoto ir sieros esant maždaug 1800 laipsnių F (982 laipsnių) temperatūrai. „Incoloy 909“ chromo praktiškai nėra (maks. 0,25 %). Esant aukštesnei nei 800 laipsnių F (427 laipsnių) oro temperatūrai, Incoloy 909 pradeda formuoti neapsaugines geležies oksido apnašas (rūdis), kurios lengvai išsiskleidžia. Iki 1200 laipsnių F (649 laipsnių) oksidacija tampa stipri, o metalo praradimo greitis matuojamas coliais per metus. Etileno krekingo krosnyje, veikiančioje 1600–1700 laipsnių F (870–927 laipsnių) temperatūroje, Incoloy 909 vamzdis visiškai oksiduojasi per kelias savaites ar mėnesius.

Antra, atsparumas karbiuracijai.Naudojant angliavandenilius, pvz., garų metano riformingo arba etileno krekingo, anglį{0}}turinčios dujos (CH4, CO, C2H4) aukštoje temperatūroje išsklaido anglį į lydinio paviršius -tai reiškinys vadinamas karburizacija. Karbiuruoti sluoksniai tampa trapūs, praranda plastiškumą ir atsiranda didelių šiluminio plėtimosi neatitikimų. Incoloy 800HT didelis nikelio kiekis (30–35%) sumažina anglies tirpumą ir difuziškumą. Jo chromo oksido nuosėdos veikia kaip fizinis barjeras. Nepaisant didelio nikelio kiekio (38–42 %), Incoloy 909 neturi chromo oksido nuosėdų ir greitai karburizuojasi, sudarydamas trapius metalo karbidus, kurie naikina plastiškumą.

Trečia, valkšnumo stiprumas esant ekstremalioms temperatūroms.Incoloy 800HT yra specialiai sukurtas taip, kad būtų atsparus šliaužimui 1600–1800 laipsnių F (870–982 laipsnių) temperatūroje. Jo stambi, kontroliuojama grūdelių struktūra (pasiekiama atkaitinant tirpalą mažiausiai 2150 F / 1177 laipsnių temperatūroje) ir Ni₃ (Al, Ti) fazių stiprinimas nuo kritulių užtikrina išskirtinį atsparumą laiko -priklausomai deformacijai esant nuolatiniam lanko įtempimui. „Incoloy 909“ skirtas vidutinei temperatūrai (maksimaliai iki 1200 laipsnių F / 649 laipsnių). Virš 1200 laipsnių F, jo stiprėjimas sukelia perteklinį poveikį ir greitai sutirštėja, prarasdamas efektyvumą. Mažos lydinio plėtimosi charakteristikos tampa nereikšmingos, kai medžiaga smunka ir išsipučia dėl savo svorio.

Lyginamieji gedimų režimai:Reformatoriaus krosnies išleidimo kolektorius esant 1650 laipsnių F (899 laipsnių) ir 400 psi (2,8 MPa) vidiniam slėgiui:

„Incoloy 800HT“ patiria lėtą, nuspėjamą maždaug 0,1–0,2 % valkšnumo įtempimą per metus, o tai užtikrina 10+ metų tarnavimo laiką.

„Incoloy 909“ greitai oksiduojasi, karbonizuojasi ir šliaužia įtempimą, viršijantį 1 % per mėnesį, todėl per kelias savaites jis plyš.

Taikymo pavyzdžiai, kai 800HT yra privalomas:Etileno krekingo krosnies vamzdžiai, perdavimo linijų šilumokaičiai, vandenilio riformingo maišytuvai ir kolektoriai, amoniako gamyklos atliekų šilumos katilai ir perkaitintuvų vamzdžiai pažangiose ultra{0}}superkritinėse elektrinėse.

---

4. Kl.: Kokie yra svarbiausi suvirinimo reikalavimai Incoloy 909 ir Incoloy 800HT vamzdžiams?

A:„Incoloy 909“ ir „Incoloy 800HT“ suvirinimas reikalauja iš esmės skirtingų požiūrių, nes jų metalurgija skiriasi. Taikant netinkamą procedūrą, atsiranda įtrūkimų, savybių praradimas arba ankstyvas paslaugos gedimas.

„Incoloy 909“ vamzdžiui:

Užpildo metalo pasirinkimas:NaudokiteERNiFeCr-2(Inconel 718 užpildas) arba specializuotasERNiCo-1(panašus į lydinio 909 sudėtį). Užpildas turi atitikti mažo netauriojo metalo plėtimosi charakteristikas. Niekada nenaudokite stipriai besiplečiančių užpildų (pvz., 308L nerūdijančio plieno arba ERNiCr-3), kurie šiluminio ciklo metu sukuria liekamuosius įtempius ir šiluminio neatitikimo įtrūkimus.

Itin jautrus įtempimui-senėjimo įtrūkimams:„Incoloy 909“ yra labai jautrus įtempimui-senėjimo įtrūkimams-. Tai reiškinys, kai nuo kritulių kietėjant po-suvirinimo terminio apdorojimo susidaro įtempiai, kurie sutrūkinėja suvirinimo šilumos{4}}paveikta zona. Prevencijos strategijos apima:

Prieš suvirinimą atkaitinkite vamzdį tirpalu (minkšta)

Suvirinkite minimaliai suvaržydami ir pašildykite iki 300–400 laipsnių F (149–204 laipsnių)

Atlikite lėtą, kontroliuojamą po-suvirinimo terminį apdorojimą: pakilkite iki 1325 laipsnių F (718 laipsnių) iki maksimalios 200 laipsnių F (93 laipsnių) per valandą, palaikykite 8 valandas, krosnį atvėsinkite iki 1150 laipsnių F (621 laipsnio) iki maksimalios 200 laipsnių F per valandą, palaikykite 8 valandas, tada lėtai atvėsinkite iki kambario temperatūros.

Venkite greito gesinimo ar aušinimo

Šilumos tiekimo valdymas:Maksimali tarpo temperatūra: 300 laipsnių F (149 laipsniai). Šilumos tiekimas ribojamas iki 20–35 kJ/colis (8–14 kJ/cm). Didesnis šilumos kiekis sukelia niobio segregaciją ir prasidedantį tirpimą.

Incoloy 800HT vamzdžiui:

Užpildo metalo pasirinkimas:NaudokiteERNiCr-3(AWS A5.14) bendrajai tarnybai. Norėdami atlikti reikliausią šliaužimo paslaugą virš 1500 laipsnių F (816 laipsnių), naudokiteERNiCrCoMo-1(Inconel 617). Niekada nenaudokite nerūdijančio plieno užpildų.

Šilumos tiekimo valdymas:Maksimali praėjimo temperatūra: 200 laipsnių F (93 laipsniai). Šilumos tiekimas ribojamas iki 25–45 kJ/colis (10–18 kJ/cm). Per didelis šilumos įvedimas grubina grūdelių struktūrą, todėl 800HT yra atsparus valkšnumui.

Po{0}}suvirinimo siūlės terminis apdorojimas (PWHT):Paprastai nereikalaujama vamzdynams būdingo sienelių storio. Jei reikalingas maksimalus valkšnumo stiprumas, pilnas tirpalo atkaitinimas 2150 °F (1177 °F) temperatūroje, po kurio greitai atvėsinama, atkuriama optimizuota mikrostruktūra. Lauko PWHT retai būna praktiškas.

Kritinis įspėjimas dėl Incoloy 909:Niekada nevirinkite „Incoloy 909“ be dokumentais patvirtintos, kvalifikuotos procedūros, kuri apima kontroliuojamą po-suvirinimo senėjimą. Beveik garantuojama, kad suvirinant pasenusioje (kietoje) būsenoje atsiras deformacijų{3}}senėjimo įtrūkimai. Lydinio jautrumas įtrūkimams yra taip gerai žinomas, kad pagal daugelį specifikacijų reikalaujama, kad suvirinimas būtų sėkmingas atliekant ardomuosius bandymus (skerspjūvio mikroskopiją) naudojant procedūrų kvalifikacijos kuponus.

Kritinis įspėjimas dėl Incoloy 800HT:Niekada nebandykite seninti{0}}Incoloy 800HT. Lydinys nereaguoja į kietėjimą krituliais taip pat, kaip Incoloy 909, o senėjimo apdorojimas nesuteikia jokios naudos, nes padidina nereikalingą šiluminį įtampą ir iškraipymus.

---

5. Kl.: Kokiais konkrečiais tikslais reikėtų rinktis Incoloy 909 vamzdį, o ne Incoloy 800HT, ir atvirkščiai?

A:Pasirinkimas tarp „Incoloy 909“ ir „Incoloy 800HT“ vamzdžių yra dvejetainis-jie aptarnauja visiškai skirtingas rinkas ir beveik nesutampa. Netinkamo lydinio pasirinkimas sukelia greitą ir brangų gedimą.

Pasirinkite Incoloy 909 vamzdį, kai:

Taikymas apima mažus terminius tarpus ir temperatūrą iki 1100 laipsnių F (593 laipsnių).Pavyzdžiai:

Dujų turbinų kompresorių korpuso oro linijos ir oro išleidimo sistemos

Aero{0}}variklio guolių atrama ir sandariklių korpusai

Didelio našumo{0}}automobilių turbokompresoriaus komponentai (rečiau)

Didelės{0}}galios mikrobangų įrenginių elektroninė pakuotė (bangų kreiptuvas ir korpusas)

Suskystintų gamtinių dujų (SGD) prietaisų linijos, kuriose terminis susitraukimas aušinimo metu turi atitikti kitus komponentus

Kodėl Incoloy 800HT nepavyksta šiose programose:Dėl didelio jo šiluminio plėtimosi (15–17 × 10⁻⁶/laipsnis) šiluminio ciklo metu sumažėtų klirensas arba susidarytų per dideli tarpai. Dujų turbinoje naudojant 800HT kompresoriaus oro linijai, vamzdis išsiplės daugiau nei aplinkinis korpusas, todėl gali kilti kontakto, susidėvėjimo ir vibracijos problemų.

Pasirinkite Incoloy 800HT vamzdį, kai:

Naudojimas apima nuolatinę aukštą temperatūrą, viršijančią 1200 laipsnių F (649 laipsnių) oksiduojančioje, karbiuruojančioje arba azotinėje aplinkoje.Pavyzdžiai:

Etileno krekingo krosnies vamzdžiai ir perdavimo linijos šilumokaičiai (1600–1900 laipsnių F / 870–1040 laipsnių)

Garo metano keitiklio kotai, kolektoriai ir išleidimo angos (1500–1700 laipsnių F / 816–927 laipsniai)

Amoniako gamyklos pirminio reformatoriaus vamzdeliai (1600–1800 laipsnių F / 871–982 laipsniai)

Perkaitintuvas ir šildytuvo vamzdeliai pažangiose ultra-superkritinėse elektrinėse (1300–1450 laipsnių F / 704–788 laipsniai)

Termiškai apdoroti krosnies komponentus ir spinduliavimo vamzdžius

Kodėl „Incoloy 909“ sugenda šiose programose:Chromo trūkumas sukelia greitą oksidaciją virš 800 laipsnių F (427 laipsnių). Esant 1600 laipsnių F (871 laipsniui), Incoloy 909 visiškai oksiduojasi per kelias savaites. Be to, jo kritulių{7}}kietėjimo fazės perauga ir sutirštėja, prarasdamos visas jėgas.

Temperatūros persidengimo zona (1100–1200 laipsnių F / 593–649 laipsnių):Šiame siaurame diapazone abu lydiniai gali būti techniškai įmanomi, tačiau dėl skirtingų priežasčių. Incoloy 909 siūlo mažą plėtimąsi; Incoloy 800HT pasižymi atsparumu oksidacijai. Pasirinkimas priklauso nuo pirminio dizaino apribojimo. Jei matmenų stabilumas yra svarbiausias, rinkitės 909, nepaisant jo oksidacijos apribojimų (su sąlyga, kad aplinka nėra labai oksiduojanti). Jei dominuoja atsparumas korozijai, rinkitės 800HT ir suprojektuokite prošvaisa, kad atitiktų didesnį jo plėtimąsi.

Ekonominiai sumetimai:Incoloy 909 yra žymiai brangesnis nei Incoloy 800HT dėl kobalto kiekio ir sudėtingų terminio apdorojimo reikalavimų. Kobaltas yra strateginis, didelių sąnaudų{3}}elementas, kuriam priklauso kainų svyravimas. „Incoloy 800HT“, nors ir vis dar brangus, palyginti su nerūdijančiu plienu, paprastai yra ekonomiškesnis aptarnaujant aukštoje temperatūroje{6}}. Niekada nenurodykite „Incoloy 909“ taikymui, kuris nereikalauja mažo šiluminio plėtimosi -tai padidina išlaidas be naudos. Ir atvirkščiai, niekada nenurodykite „Incoloy 800HT“ mažai{12}}plėtros programai,{13}}tai sukels mechaninius trikdžius arba sumažės efektyvumas.

Apibendrinta sprendimų matrica: