การใช้งานเฉพาะของ Incoloy 800H ท่อกลมไร้ตะเข็บมีอะไรบ้าง

1. ถาม: อะไรคือความแตกต่างหลักในองค์ประกอบทางเคมี การรักษาความร้อน และความแข็งแรงของการคืบระหว่างท่อกลมไร้ตะเข็บ Incoloy 800, 800H และ 800HT?

A:
ทั้งสามเกรดใช้ระบบ-เหล็ก-โครเมียมนิกเกิลเดียวกัน (Ni 30–35%, Cr 19–23%, Fe balance) แต่ความแตกต่างที่ได้รับการควบคุมในเรื่องปริมาณคาร์บอน ขนาดเกรน และการตกตะกอน-องค์ประกอบการชุบแข็งจะสร้างระดับประสิทธิภาพที่แตกต่างกันสำหรับบริการที่อุณหภูมิสูง-

อินคอลอยย์ 800 (UNS N08800):

ปริมาณคาร์บอน: น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.10% (ไม่มีขีดจำกัดล่าง)

ขนาดเกรน: ไม่มีข้อกำหนดเฉพาะ (โดยทั่วไปจะเป็นเกรนละเอียด-)

อลูมิเนียม + ไทเทเนียม: 0.15–0.60%

กลไกการเสริมสร้างความเข้มแข็ง:สารละลายโซลิด-ที่มีการตกตะกอนของคาร์ไบด์จำกัด

ความแข็งแรงของการคืบทั่วไป (การแตกร้าว 100,000 ชม. ที่ 700 องศา):อยู่ที่ 35 เมกะปาสคาล

อุณหภูมิบริการสูงสุด:600 องศา (1112 องศา F) สำหรับการใช้งานแบริ่งโหลด-

อินคอลอยย์ 800H (UNS N08810):

ปริมาณคาร์บอน: 0.05–0.10% (ควบคุมอย่างเข้มงวด)

ขนาดเกรน: ขั้นต่ำ ASTM No. 5 (เกรนหยาบ)

อลูมิเนียม + ไทเทเนียม: 0.15–0.60%

กลไกการเสริมสร้างความเข้มแข็ง:ควบคุมขนาดเกรน + การตกตะกอนของคาร์ไบด์ M₂₃C₆ สม่ำเสมอที่ขอบเขตเกรน

ความแข็งแรงของการคืบทั่วไป (การแตกร้าว 100,000 ชม. ที่ 700 องศา):อยู่ที่ 55 เมกะปาสคาล

อุณหภูมิบริการสูงสุด:900 องศา (1652 องศาฟาเรนไฮต์)

อินคอลอยย์ 800HT (UNS N08811):

ปริมาณคาร์บอน: 0.06–0.10%

ขนาดเกรน: ขั้นต่ำ ASTM No. 5

อลูมิเนียม + ไทเทเนียม: 0.85–1.20% (สูงกว่ามาก)

กลไกการเสริมสร้างความเข้มแข็ง:เม็ดหยาบ + คาร์ไบด์ M₂₃C₆ + คาร์บอนไนไตรด์ Ti(C,N) ละเอียดที่ต้านทานการหยาบ

ความแข็งแรงของการคืบทั่วไป (การแตกร้าว 100,000 ชม. ที่ 700 องศา):อยู่ที่ 70 เมกะปาสคาล

อุณหภูมิบริการสูงสุด:980 องศา (1796 องศาฟาเรนไฮต์)

ความแตกต่างในการผลิตที่สำคัญ:
โดยทั่วไปแล้ว 800 จะถูกจ่ายในสารละลาย-สภาวะอบอ่อน (1100–1200 องศา เย็นเร็ว) โดยไม่มีการบำบัดความร้อนเพิ่มเติม. 800H และ 800HT ต้องใช้สารละลายขั้นสุดท้ายอบอ่อนที่ 1150–1200 องศา (2100–2190 องศา F) ตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้โครงสร้างเกรนหยาบที่ระบุ การอบอ่อนที่อุณหภูมิสูง-นี้จะละลายคาร์ไบด์และควบคุมการเจริญเติบโตของเกรนได้ ซึ่งจำเป็นสำหรับการต้านทานการคืบ

คำแนะนำในการเลือก:

ใช้800สำหรับการบริการที่ต่ำกว่า 600 องศา โดยที่การคืบคลานไม่เป็นปัญหา

ใช้800Hสำหรับการบริการระหว่าง 600–900 องศาภายใต้โหลดแบบคงที่

ใช้800HTสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง-ที่มีความต้องการมากที่สุด (การแตกร้าวของเอทิลีน การปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ) หรือในกรณีที่การหมุนเวียนด้วยความร้อนรุนแรง

---

2. ถาม: เหตุใดท่อกลมไร้ตะเข็บ Incoloy 800H / 800HT จึงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับผมเปียของเตาปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ (SMR) และท่อส่งถ่าย

A:
การปฏิรูปมีเทนด้วยไอน้ำ (SMR) เป็นกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลักสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ผมเปียทางออกและสายส่งก๊าซที่ปรับสภาพแล้ว (H₂, CO, CO₂, H₂O, CH₄ ที่เหลือ) จากส่วนการแผ่รังสีที่อุณหภูมิ 800–950 องศา (1472–1742 องศา F) และความดัน 15–35 บาร์ สภาวะเหล่านี้สร้างการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของการคืบ ความล้าจากความร้อน และความท้าทายในการกัดกร่อน

เหตุใดจึงระบุ 800H / 800HT:

1. ความแรงของการคืบคลานที่อุณหภูมิ:
ท่อทางออก SMR พบกับแรงดันภายในคงที่ (ความเค้นของห่วง) ที่อุณหภูมิซึ่งโลหะผสมส่วนใหญ่จะเสียรูปอย่างรวดเร็ว โครงสร้างคาร์บอนและเกรนหยาบที่ควบคุมได้ 800H/800HT ให้ความต้านทานการแตกตัวของครีปนาน 100,000 ชั่วโมงที่ประมาณ 40–50 MPa ที่ 900 องศา ช่วยให้นักออกแบบสามารถใช้ความหนาของผนังที่เหมาะสม (โดยทั่วไปคือ 4–8 มม. สำหรับท่อขนาด 4–8 นิ้ว) โดยมีระดับความเค้นที่ปลอดภัย

2. ความต้านทานต่อความเหนื่อยล้าจากความร้อน:
เตา SMR ได้รับการสตาร์ทและปิดบ่อยครั้ง- (บางครั้งต่อสัปดาห์เพื่อการบำรุงรักษา) โครงสร้างเกรนหยาบ-ของ 800H/800HT ให้ความต้านทานความล้าจากความร้อนได้ดีกว่า-เกรนเกรน 800 ปริมาณนิกเกิลสูง (30–35%) ยังรักษาความเหนียวไว้ได้หลังจาก-เสื่อมสภาพในระยะยาว ซึ่งป้องกันการแตกหักเปราะในระหว่างรอบความร้อน

3. ความต้านทานต่อคาร์บูไรเซชัน:
ก๊าซที่ปฏิรูปประกอบด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์และมีเทน ซึ่งสามารถคาร์บูไรเซชันโลหะผสมหลายชนิด ทำให้เกิดการเปราะและการแตกร้าว Incoloy 800H/800HT สร้างสเกล Cr₂O₃ ที่เสถียรและเติบโตช้า- ซึ่งต้านทานการซึมผ่านของคาร์บอน ปริมาณซิลิคอนที่ได้รับการควบคุม (โดยทั่วไป 0.3–0.7%) ช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดคาร์บูไรเซชันเพิ่มเติมโดยการสร้างชั้น SiO₂ ในระดับย่อย-

4. ความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน:
ปริมาณโครเมียม 19–23% ให้ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง-ได้ดีเยี่ยม แม้จะมีไอน้ำอยู่ (ซึ่งสามารถเร่งการเกิดออกซิเดชันของโลหะผสมบางชนิดได้) 800H/800HT ยังคงระดับการป้องกันเอาไว้

5. ความสามารถในการผลิต:
ผมเปีย SMR ต้องการการโค้งงอและการเชื่อมที่ซับซ้อน. 800ท่อ H/800HT สามารถงอแบบเย็นหรือแบบร้อนได้ และเชื่อมโดยใช้เทคนิคมาตรฐาน (GTAW พร้อมตัวเติม ERNiCr-3) ไม่จำเป็นต้องมีการบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม ช่วยลดความยุ่งยากในการผลิตภาคสนาม

หลีกเลี่ยงโหมดความล้มเหลว:

800 (ละเอียด-เนื้อละเอียด)จะต้องทนทุกข์ทรมานจากการคืบคลานแตกภายใน 2-3 ปีเนื่องจากการเลื่อนขอบเขตของเมล็ดข้าว

สแตนเลส 310จะเกิดคาร์บูไรเซชันและเปราะภายใน 12–18 เดือน

ล้อแม็ก 600จะทำงานคล้าย ๆ กัน แต่มีต้นทุนสูงกว่ามาก

ประสบการณ์ภาคสนาม:
ท่อไร้รอยต่อ Incoloy 800HT เป็นมาตรฐานสำหรับผมเปีย SMR ในโรงงานไฮโดรเจนทั่วโลก โดยมีอายุการใช้งานโดยทั่วไป 8-12 ปี การเปลี่ยนมักเกิดจากการบิดเบี้ยวของการคืบ (โป่ง) หรือการแตกร้าวเมื่อยล้าจากความร้อนหลังจาก 80,000–100,000 ชั่วโมง แทนที่จะเป็นความล้มเหลวที่เกิดจากภัยพิบัติ

---

3. ถาม: แนวทางปฏิบัติในการเชื่อมและโลหะเติมที่แนะนำสำหรับการต่อท่อไร้รอยต่อทรงกลม Incoloy 800H / 800HT คืออะไร และจำเป็นต้อง-ให้ความร้อนหลังการเชื่อมหรือไม่

A:
Incoloy 800H และ 800HT สามารถเชื่อมได้ง่ายโดยใช้กระบวนการเชื่อมอาร์กทั่วไป แต่การเลือกโลหะเติมและเทคนิคที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษา-ความแข็งแกร่งของอุณหภูมิสูง

กระบวนการเชื่อม:

GTAW (TIG)– เหมาะสำหรับท่อผนังบาง-และรูตพาส ให้การควบคุมอินพุตความร้อนและสระเชื่อมได้ดีที่สุด

GMAW (MIG)– เหมาะสำหรับการเติมและปิดฝาผนังที่หนากว่า

สมาว (แท่ง)– ยอมรับได้สำหรับการเชื่อมภาคสนามในกรณีที่ไม่มีอุปกรณ์ GTAW

คำแนะนำโลหะฟิลเลอร์:

สำหรับการเชื่อม 800H ถึง 800H:แนะนำให้ใช้ ERNiCr-3 ให้โลหะเชื่อมที่มีนิกเกิลประมาณ 70–80%, โครเมียม 20% และไนโอเบียม 2–3% ปริมาณนิกเกิลที่สูงช่วยรักษาความเหนียว ในขณะที่ไนโอเบียมป้องกันการแตกร้าวจากความร้อน

สำหรับการเชื่อม 800H กับโลหะที่ไม่เหมือนกัน (เช่น สเตนเลส 310 หรือ 347):
ใช้ ERNiCr-3 หรือ ERNiCrFe-6 ตัวเติมนิกเกิลสูงรองรับการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างโลหะผสม

ข้อควรระวังในการเชื่อม:

ไม่จำเป็นต้องอุ่นเครื่อง– การอุ่นก่อนไม่จำเป็นและอาจส่งเสริมให้เมล็ดหยาบในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ)-

อุณหภูมิระหว่างทาง– รักษาอุณหภูมิต่ำกว่า 150 องศา (300 องศา F) อุณหภูมิอินเตอร์พาสที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดอาการแพ้หรือการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่ไม่พึงประสงค์

อินพุตความร้อนต่ำ– ใช้ 0.5–1.5 กิโลจูล/มม. เม็ดบีด (ไม่ต้องทอ) และแผ่นบางหลายชั้นทำให้เกิดโครงสร้างจุลภาคที่ดีที่สุด

ย้อนกลับ-การล้างข้อมูล– สำหรับการเชื่อมท่อ ให้ล้างกลับ-ด้วยอาร์กอนเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันของรูทพาส เม็ดบีดที่ผ่านการออกซิไดซ์ทำให้ความแข็งแรงของการคืบลดลง

ก๊าซป้องกัน– อาร์กอน 100% สำหรับ GTAW สำหรับ GMAW ให้ใช้ส่วนผสมอาร์กอน-ฮีเลียม (75% Ar + 25% He) เพื่อปรับปรุงการเจาะทะลุ

การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT):
โดยทั่วไปไม่จำเป็นสำหรับท่อ 800H/800HT ที่ใช้งานอุณหภูมิสูง- โครงสร้างแบบเชื่อม-ยังคงความแข็งแรงของการคืบที่เพียงพอสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่

อย่างไรก็ตาม อาจระบุ PWHT (การหลอมสารละลายที่ 1150–1200 องศาตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว) สำหรับ:

ท่อที่ทำงานด้วยความเย็นอย่างหนัก-และนำไปเชื่อมในภายหลัง (คืนความเหนียวกลับคืนมา)

ส่วนประกอบที่ต้องการกำลังการคืบสูงสุดในบริเวณรอยเชื่อม

สภาวะการบริการที่มีการหมุนเวียนความร้อนอย่างรุนแรง (PWHT ทำให้โครงสร้างจุลภาคของการเชื่อมเป็นเนื้อเดียวกัน)

หมายเหตุสำคัญ:หากดำเนินการ PWHT ชุดประกอบท่อทั้งหมดจะต้องได้รับความร้อน-อย่างสม่ำเสมอ PWHT เฉพาะที่ (เช่น การทำความร้อนด้วยคบเพลิงในการเชื่อม) ไม่ได้ผลและอาจทำให้เกรนเติบโตหรือบิดเบี้ยวได้

ข้อกำหนดของ NACE:โดยทั่วไปแล้ว 800H/800HT จะไม่ใช้ในการบริการแบบเปียกเปรี้ยว สำหรับบริการไฮโดรเจนที่อุณหภูมิสูง- (เช่น ร้านรีฟอร์มเมอร์) ไม่มีข้อจำกัดของ NACE

---

4. ถาม: การใช้งานเฉพาะใดบ้างที่ท่อกลมไร้ตะเข็บ Incoloy 800H ได้รับคำสั่งให้มากกว่ามาตรฐาน 800 และต้องใช้ 800HT แทน 800H ที่ไหน

A:
ตัวเลือกระหว่าง 800, 800H และ 800HT ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในการทำงาน ระดับความเครียด และอายุการใช้งานที่คาดหวัง

การใช้งานที่กำหนดให้ Incoloy 800H มากกว่า 800:

การใช้งานที่กำหนดให้ Incoloy 800HT มากกว่า 800H:

ตัวอย่างอายุการใช้งานเปรียบเทียบ (เตาแคร็กเอทิลีน TLE ที่ 950 องศา 5 MPa):

การวิเคราะห์ต้นทุน-ผลประโยชน์:
โดยทั่วไปแล้ว ท่อไร้รอยต่อ 800HT มีราคาสูงกว่า 800H ถึง 10–20% แต่อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น (มักจะเป็นสองเท่า) ทำให้คุ้มค่า-สำหรับชิ้นส่วนที่มีความสำคัญและยาก-ในการเปลี่ยน- สำหรับการวางท่อที่เข้าถึงได้ง่ายที่อุณหภูมิปานกลาง (600–750 องศา ) 800H ยังคงเป็นตัวเลือกมาตรฐาน

กฎการเลือกหลัก:

T < 600 องศา ไม่ต้องกังวลเรื่องการคืบ → 800

600 องศา < T < 850 องศา บริการต่อเนื่อง → 800H

T > 850 องศา หรือการหมุนเวียนด้วยความร้อน หรือ ความเครียด > 5 MPa →800HT

T > 950 องศา →800HT เป็นขั้นต่ำ; พิจารณาโลหะผสมหล่อหรือโลหะทนไฟสำหรับสภาวะที่รุนแรง

---

5. ถาม: ข้อกำหนดการรักษาความร้อนที่สำคัญสำหรับท่อไร้รอยต่อทรงกลม Incoloy 800H และ 800HT คืออะไร และข้อกำหนดเหล่านี้ส่งผลต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติอย่างไร

A:
ต่างจากโลหะผสมที่มีการตกตะกอน{0}}หลายชนิด Incoloy 800H และ 800HT ได้รับความแข็งแรงในการคืบผ่านขนาดเกรนที่ควบคุมและการกระจายตัวของคาร์ไบด์ ไม่ใช่ผ่านการบ่ม อย่างไรก็ตาม การหลอมสารละลายที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญ

การหลอมสารละลาย – การอบชุบด้วยความร้อนวิกฤต:

สำหรับอินคอลอยย์ 800H:

อุณหภูมิ:1150–1200 องศา (2100–2190 องศาฟาเรนไฮต์)

เวลา:15-60 นาที (ขึ้นอยู่กับความหนาของผนัง)

คูลลิ่ง:รวดเร็ว (ดับน้ำหรือบังคับอากาศ)

ขนาดเกรนที่ได้:ASTM ขั้นต่ำ. 5 (หยาบ)

สำหรับอินคอลอยย์ 800HT:

อุณหภูมิ:1150–1200 องศา (2100–2190 องศาฟาเรนไฮต์)

เวลา:15–60 นาที

คูลลิ่ง:รวดเร็ว (โดยทั่วไปต้องดับน้ำ)

ขนาดเกรนที่ได้:ASTM ขั้นต่ำหมายเลข. 5 โดยมีคาร์บอนไนไตรด์ Ti(C,N) สม่ำเสมอ

เหตุใดการรักษาความร้อนจำเพาะนี้จึงมีความสำคัญ:

การควบคุมขนาดเกรน– การอบอ่อนที่อุณหภูมิสูง-จะละลายคาร์ไบด์ทั้งหมดและช่วยให้เกรนเติบโตเป็นขนาดหยาบที่ระบุ (ASTM No. 5 สอดคล้องกับเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยประมาณ 64–128 µm) เมล็ดหยาบช่วยลดพื้นที่ขอบเขตของเมล็ดพืช ซึ่งช่วยลดขอบเขตของเมล็ดข้าวให้เหลือน้อยที่สุด - กลไกการคืบหลักที่อุณหภูมิสูง

การละลายและการตกตะกอนของคาร์ไบด์– ในระหว่างการหลอมสารละลาย คาร์ไบด์ M₂₃C₆ ทั้งหมดจะละลาย เมื่อเย็นตัวลง คาร์ไบด์ละเอียดจะตกตะกอนอย่างสม่ำเสมอตามขอบเขตของเกรน คาร์ไบด์เหล่านี้จะปักหมุดการเคลื่อนที่และป้องกันการเคลื่อนตัวของขอบเกรนระหว่างการใช้งาน

การสร้างคาร์บอนไนไตรด์ (800HT เท่านั้น)– ปริมาณไทเทเนียมและอะลูมิเนียมที่สูงขึ้นใน 800HT ก่อให้เกิด Ti(C,N) คาร์โบไนไตรด์ที่เสถียรในระหว่างการทำความเย็น อนุภาคเหล่านี้ทนทานต่อการแข็งตัวได้ดีกว่าโครเมียมคาร์ไบด์มาก โดยให้ความแข็งแรงในการคืบยาว-ในระยะยาวแม้จะใช้งานไปแล้ว 50,000–100,000 ชั่วโมงก็ตาม

ผลที่ตามมาของการบำบัดความร้อนที่ไม่เหมาะสม:

การอบชุบด้วยความร้อนหลังบริการสามารถทำได้หรือไม่
หลังจากใช้งานเป็นเวลานาน- (เช่น 50,000 ชั่วโมงที่ 850 องศา ) โครงสร้างคาร์ไบด์จะหยาบและความแข็งแรงของการคืบลดลง ตามทฤษฎีแล้ว เป็นไปได้ที่จะคืนคุณสมบัติโดยการหลอมสารละลายใหม่- แต่วิธีนี้ไม่ค่อยได้ผลกับท่อที่ติดตั้งเนื่องจาก:

ข้อจำกัดด้านขนาดและรูปทรง (ความจุเตาหลอม)

ข้อกำหนดในการกำจัดตะกรันออกซิเดชัน

เสี่ยงต่อการบิดเบี้ยวระหว่างการให้ความร้อนซ้ำ

ต้นทุน (มักจะสูงกว่าต้นทุนการเปลี่ยน)

คำแนะนำการปฏิบัติ:

ซื้อท่อ 800H/800HT จากโรงงานที่ผ่านการรับรองเสมอที่รับรองขนาดเกรนและพารามิเตอร์การหลอมสารละลาย

อย่าทำการบำบัดความร้อนเพิ่มเติมบนท่อสำเร็จรูป เว้นแต่จะได้รับอนุมัติจากผู้ผลิตเป็นการเฉพาะ

หากจำเป็นต้องดัดหรือขึ้นรูปสนามดำเนินการในโซลูชัน-สภาวะอบอ่อน (อ่อน) งานเย็นตามด้วยการบรรเทาความเครียดที่ 900–950 องศาไม่เทียบเท่ากับการอบอ่อนสารละลายทั้งหมด และจะไม่คืนความแข็งแรงของการคืบ

การตรวจสอบการตรวจสอบ:
สำหรับการใช้งานที่สำคัญ (การแตกร้าวของเอทิลีน, SMR) ให้ตรวจสอบสิ่งต่อไปนี้ในใบรับรองการทดสอบของโรงงาน:

ขนาดเกรน (ASTM No. 5 ขั้นต่ำ วัดตาม ASTM E112)

ปริมาณคาร์บอน (0.05–0.10% สำหรับ 800H; 0.06–0.10% สำหรับ 800HT)

อะลูมิเนียม + ไทเทเนียม (0.15–0.60% สำหรับ 800H; 0.85–1.20% สำหรับ 800HT)

สมบัติทางกลที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิที่สูงขึ้น (หากระบุ)

หมายเหตุสุดท้าย:800H และ 800HT ไม่สามารถชุบแข็งตามอายุ-ได้ การพยายามดำเนินการรักษาความชราที่อุณหภูมิต่ำ- (เช่น 600–700 องศา ) จะไม่เพิ่มความแข็งแรงและอาจลดความเหนียวลงได้จริงโดยการทำให้คาร์ไบด์หยาบก่อนเวลาอันควร การอบชุบด้วยความร้อนเพียงอย่างเดียวที่สำคัญคือการหลอมสารละลายเบื้องต้น