إنكولوي 800و800H و800HT عبارة عن ثلاث سبائك من النيكل-الحديد-الكروم مرتبطة بشكل وثيق ومصممة لخدمة درجات الحرارة العالية-. وهي تشترك في نفس التركيب الأساسي: ما يقرب من 32% نيكل، و21% كروم، و46% حديد، مع كميات ضئيلة من الكربون والألومنيوم والتيتانيوم. ومع ذلك، فإن الدرجات الثلاث لها تسميات ASTM مختلفة، وضغوط مختلفة مسموح بها في كود ASME، ونقاط سعر مختلفة. يكمن الاختلاف الرئيسي في التحكم في محتويات الكربون والتيتانيوم-وتوضح هذه المقالة متى تكون هذه الاختلافات مهمة.
إذا قمت بتحديد هذه السبائك، فمن المحتمل أن تكون قد سألت: "هل تستحق 800HT القسط على 800H؟ هل يمكنني استخدام 800H بدلاً من 800HT؟ ماذا يحدث إذا قمت باستبدال 800 بـ 800H؟" تُطرح هذه الأسئلة في تصميم أفران البتروكيماويات، وأنابيب التسخين بالبخار، وسلال المعالجة الحرارية، والعديد من التطبيقات الأخرى التي تعمل عند درجة حرارة من 600 إلى 1000 درجة.
تقدم هذه المقالة مقارنة نهائية تعتمد على البيانات-. سنقوم بدراسة الاختلافات التركيبية، وشرح الدور المعدني للتيتانيوم في مقاومة الزحف، ومقارنة الخواص الميكانيكية عند درجات حرارة مرتفعة، وتقديم إرشادات اختيار واضحة مع دراسات الحالة.
الاستنتاج النهائي:يحتوي 800HT على محتوى تيتانيوم عالي التحكم (0.85–1.20% مقابل . 0.15–0.60% في 800H) بالإضافة إلى تحكم أكثر إحكامًا في الكربون. وهذا يمنح 800HT قوة تمزق أعلى بنسبة 20–40% عند درجات حرارة أعلى من 700 درجة. بالنسبة للتطبيقات التي تقل عن 700 درجة، تكون 800H و800HT متكافئة وظيفيًا. أكثر من 700 درجة في الخدمة-طويلة الأمد، يبرر 800HT علاوة التكلفة من خلال عمر زحف أطول وتصميمات جدران أقل سمكًا.
عائلة Incoloy 800: ثلاث درجات، مؤسسة واحدة
تم تطوير Incoloy 800 بواسطة شركة Inco (المعروفة الآن باسم Special Metals) في الأربعينيات من القرن العشرين كبديل أقل-من النيكل لـ Inconel 600 لتطبيقات درجات الحرارة العالية-. إن محتوى الحديد في السبيكة (حوالي 46٪) جعلها أرخص بكثير من Inconel مع توفير مقاومة جيدة للأكسدة وقوة معتدلة عند درجة حرارة مرتفعة.
بحلول الستينيات، كشفت الخبرة في مجال الخدمات البتروكيماوية أن سبيكة 800 الأصلية كانت تتمتع بمقاومة زحف غير متناسقة بسبب مستويات الكربون والتيتانيوم غير الخاضعة للرقابة. أدى ذلك إلى تطوير سبيكة 800H (H="عالية الكربون") مع التحكم في الكربون بنسبة 0.05–0.10% لتحسين قوة درجات الحرارة العالية-.
في السبعينيات، تم إنتاج المزيد من التحسينسبيكة 800HT(HT="درجة حرارة عالية")، والتي تجمع بين الكربون العالي البالغ 800H والتيتانيوم المتحكم فيه (0.85–1.20%) والألومنيوم (0.15–0.60%) لزيادة قوة التمزق الزاحف إلى أقصى حد من خلال تصلب الترسيب. واليوم، تتواجد جميع الدرجات الثلاث في السوق، وتخدم قطاعات مختلفة من سوق السبائك ذات درجات الحرارة المرتفعة-.
أرقام UNS ومواصفات ASTM
|
درجة |
رقم يو إن إس |
مواصفات ASTM |
مواصفات ASME |
النماذج المشتركة |
|
إنكولوي 800 |
N08800 |
B409 (لوحة/ورقة)، B407 (أنبوب غير ملحوم)، B408 (شريط) |
SB-409، SB-407، SB-408 |
ورقة، لوحة، الأنابيب، شريط، التجهيزات |
|
إنكولوي 800H |
N08810 |
B409، B407، B408 (مع نطاق كربون محدد) |
SB-409، SB-407، SB-408 |
الأنابيب واللوحة والتجهيزات غير الملحومة |
|
إنكولوي 800HT |
N08811 |
B409، B407، B408 (مع نطاقات C+Ti+Al محددة) |
SB-409، SB-407، SB-408 |
الأنابيب والألواح والتجهيزات غير الملحومة لخدمة HT المهمة |
الاستنتاج النهائي:لاحظ أرقام UNS: N08800 (800)، N08810 (800H)، وN08811 (800HT). وهي غير قابلة للتبديل في كود ASME-لكل منها قيم ضغط مختلفة مسموح بها. قم بالتحديد دائمًا من خلال رقم UNS، وليس فقط الاسم التجاري.
التركيب الكيميائي
|
عنصر |
إنكولوي 800 |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
دلالة |
|
النيكل (ني) |
30.0–35.0% |
30.0–35.0% |
30.0–35.0% |
مثبت الأوستينيت مقاومة الأكسدة |
|
الكروم (الكروم) |
19.0–23.0% |
19.0–23.0% |
19.0–23.0% |
مقاومة الأكسدة/الكربنة |
|
الحديد (الحديد) |
39.5% الحد الأدنى (الرصيد) |
39.5% الحد الأدنى (الرصيد) |
39.5% الحد الأدنى (الرصيد) |
خفض التكاليف؛ القوة عند درجة حرارة معتدلة |
|
الكربون (ج) |
0.10% كحد أقصى |
0.05–0.10% |
0.06–0.10% |
800H/HT: يتم التحكم في الكربون من أجل قوة الزحف |
|
التيتانيوم (تي) |
0.15–0.60% |
0.15–0.60% |
0.85–1.20% |
الفرق الرئيسي: يحتوي HT على 2-8x أكثر من Ti |
|
الألومنيوم (آل) |
0.15–0.60% |
0.15–0.60% |
0.15–0.60% |
يشكل رواسب جاما -الرئيسية (Ni₃(Al,Ti)) |
|
تي + آل |
0.30–1.20% |
0.30–1.20% |
1.00–1.80% |
يحتوي HT على نسبة أعلى من Ti+Al للتصلب بالترسيب |
|
المنغنيز (من) |
1.50% كحد أقصى |
1.50% كحد أقصى |
1.50% كحد أقصى |
مزيل الأكسدة. قابلية التشغيل الساخنة |
|
الكبريت (S) |
0.015% كحد أقصى |
0.015% كحد أقصى |
0.015% كحد أقصى |
تم تصغيره لمنع التشقق الساخن |
|
السيليكون (سي) |
1.00% كحد أقصى |
1.00% كحد أقصى |
1.00% كحد أقصى |
مقاومة الأكسدة (السي الزائد ضار) |
|
النحاس (النحاس) |
0.75% كحد أقصى |
0.75% كحد أقصى |
0.75% كحد أقصى |
النجاسة؛ يقتصر على منع الفصل |
|
النيتروجين (ن) |
غير محدد |
غير محدد |
غير محدد |
عادة<0.03% (air-melted alloys) |
الاستنتاج النهائي:الفرق الأساسي في التركيب هو التيتانيوم: 800HT يتطلب 0.85-1.20% Ti، بينما 800 و800H يسمحان بـ 0.15-0.60%. يبلغ مجموع Ti+Al في 800HT 1.00-1.80% مقابل 0.30-1.20% في 800H. هذه الزيادة بمقدار 2-3x في العناصر المكونة لهطول الأمطار هي ما يمنح 800HT قوة زحف فائقة.
عند درجات الحرارة المرتفعة (أعلى من 600 درجة)، تتشوه المعادن ببطء تحت الضغط-وهي ظاهرة تسمى "الزحف". الزحف هو وضع -الحد من الأعطال لأنابيب الفرن، وأجهزة تسخين البخار، وأنابيب الإصلاح. يتطلب التعزيز ضد الزحف إما:
• تعزيز الحلول الصلبة:عناصر صناعة السبائك الذائبة في الشبكة المعدنية تعيق حركة الخلع. في سبائك السلسلة 800، يوفر الكروم والنيكل هذا التأثير.
• تصلب الهطول:تتشكل الجسيمات الدقيقة للمرحلة الثانية داخل الحبوب، مما يعيق حركة الخلع وانزلاق حدود الحبوب. في 800HT، يتحد التيتانيوم والألومنيوم مع النيكل لتكوين رواسب جاما - الأولية (Ni₃(Al,Ti)) والتي تكون فعالة للغاية عند درجات حرارة تتراوح بين 600-900 درجة.
تم تصميم سبيكة 800HT لتعظيم تصلب الهطول. يضمن المحتوى العالي من التيتانيوم أنه أثناء تصلب المحلول والخدمة اللاحقة عند درجة حرارة مرتفعة، يتشكل تشتت دقيق لجاما - رواسب في جميع أنحاء المصفوفة. تكون هذه الرواسب شبه متماسكة مع الشبكة الأوستنيتية، مما يعني أنها تعيق بشدة حركة الخلع دون التسبب في هشاشة. النتيجة: قوة تمزق زحف-أعلى بكثير من 800H.
تعتمد السبائك 800H بشكل أساسي على تقوية المحلول الصلب (الكربون في المحلول) وترسيب الكربيد عند حدود الحبوب. يحتوي على بعض جاما-أولية من محتوى Ti+Al الأدنى، لكن ليس بما يكفي لتحقيق تأثير تصلب الترسيب الكامل-. للخدمة أقل من 700 درجة، وهذا يكفي. فوق 700 درجة، يصبح الفرق حاسما.
الخواص الميكانيكية في الغرفة ودرجة الحرارة المرتفعة
خصائص درجة حرارة الغرفة
|
ملكية |
إنكولوي 800 |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
مقارنة |
|
قوة الشد |
75 كيلو لكل بوصة مربعة (517 ميجا باسكال) دقيقة |
80 كيلو لكل بوصة مربعة (552 ميجا باسكال) دقيقة |
80 كيلو لكل بوصة مربعة (552 ميجا باسكال) دقيقة |
800H/HT أعلى قليلاً بسبب التحكم C |
|
قوة الخضوع (0.2%) |
30 كيلو لكل بوصة مربعة (207 ميجا باسكال) دقيقة |
30 كيلو لكل بوصة مربعة (207 ميجا باسكال) دقيقة |
30 كيلو لكل بوصة مربعة (207 ميجا باسكال) دقيقة |
يعادل بشكل أساسي في RT |
|
استطالة (في 2 ") |
30% دقيقة |
30% دقيقة |
30% دقيقة |
جميعها لديها ليونة ممتازة |
|
صلابة |
150-200 HB نموذجي |
150-200 HB نموذجي |
150-210 HB نموذجي |
قابلة للمقارنة |
|
معامل المرونة |
28.5 × 10^6 رطل لكل بوصة مربعة (196 جيجا باسكال) |
28.5 × 10^6 رطل لكل بوصة مربعة (196 جيجا باسكال) |
28.5 × 10^6 رطل لكل بوصة مربعة (196 جيجا باسكال) |
نفس المعامل |
|
كثافة |
0.287 رطل/بوصة3 (7.95 جم/سم3) |
0.287 رطل/بوصة3 (7.95 جم/سم3) |
0.287 رطل/بوصة3 (7.95 جم/سم3) |
تطابق |
ارتفاع-قوة الشد في درجة الحرارة
الجدول 4:-مقارنة قوة الشد في درجات الحرارة العالية (القيم النموذجية)
|
درجة حرارة |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
اختلاف |
|
20 درجة (رت) |
552 ميجا باسكال |
552 ميجا باسكال |
0% |
|
500 درجة |
462 ميجا باسكال |
470 ميجا باسكال |
+2% (HT) |
|
600 درجة |
393 ميجا باسكال |
414 ميجا باسكال |
+5% (HT) |
|
700 درجة |
310 ميجا باسكال |
345 ميجا باسكال |
+11% (HT) |
|
800 درجة |
221 ميجا باسكال |
262 ميجا باسكال |
+19% (HT) |
|
900 درجة |
145 ميجا باسكال |
186 ميجا باسكال |
+28% (HT) |
|
1000 درجة |
90 ميجا باسكال |
117 ميجا باسكال |
+30% (HT) |
الاستنتاج النهائي:في درجة حرارة الغرفة، 800H و800HT لهما خصائص شد متطابقة بشكل أساسي. مع زيادة درجة الحرارة فوق 700 درجة، تنمو ميزة قوة 800HT بشكل كبير-بنسبة تصل إلى 30% قوة شد أعلى عند 900-1000 درجة. هذا هو تأثير الترسيب-التصلب.
زحف-قوة التمزق
بالنسبة للتصميمات ذات درجات الحرارة العالية-، تعد قوة التمزق-الزحفية هي الخاصية الأكثر أهمية. يوفر الجزء الثاني من كود ASME للغلايات وأوعية الضغط الضغوط المسموح بها بناءً على بيانات الزحف. يوضح الجدول التالي الوقت اللازم للتمزق عند مستويات الإجهاد ودرجات الحرارة المختلفة-البيانات التي تحدد عمر التصميم.
الجدول 5: الزحف-مقارنة بيانات التمزق - 800H مقابل 800HT
|
حالة |
درجة حرارة |
ضغط |
وقت التمزق (800 هـ) |
وقت التمزق (800HT) |
ميزة |
|
تمزق 100000 ساعة |
700 درجة |
105 ميجا باسكال |
~100,000 ساعة |
~150,000 ساعة |
800HT: عمر أطول بنسبة 50% |
|
تمزق 100000 ساعة |
750 درجة |
75 ميجا باسكال |
~ 70,000 ساعة |
~120,000 ساعة |
800HT: عمر أطول بنسبة 70% |
|
تمزق 100000 ساعة |
800 درجة |
50 ميجا باسكال |
~60,000 ساعة |
~100,000 ساعة |
800HT: عمر أطول بنسبة 67% |
|
تمزق 100000 ساعة |
850 درجة |
32 ميجا باسكال |
~50,000 ساعة |
~90,000 ساعة |
800HT: عمر أطول بنسبة 80% |
|
تمزق 100000 ساعة |
900 درجة |
20 ميجا باسكال |
~ 40،000 ساعة |
~ 75,000 ساعة |
800HT: عمر أطول بنسبة 88% |
|
الإجهاد لمدة 100،000 ساعة |
700 درجة |
? |
105 ميجا باسكال |
120 ميجا باسكال |
800HT: 14% إجهاد أعلى مسموح به |
|
الإجهاد لمدة 100،000 ساعة |
800 درجة |
? |
50 ميجا باسكال |
65 ميجا باسكال |
800HT: 30% أعلى من الضغط المسموح به |
|
الإجهاد لمدة 100،000 ساعة |
900 درجة |
? |
20 ميجا باسكال |
30 ميجا باسكال |
800HT: إجهاد أعلى بنسبة 50% |
الضغوط المسموح بها في كود ASME
يوفر الجزء الثاني من رمز ASME للغلايات وأوعية الضغط الحد الأقصى لقيم الضغط المسموح بها لكل سبيكة عند درجات حرارة مختلفة. يتم اشتقاق هذه القيم من الحد الأدنى من بيانات قوة الشد، وقوة الخضوع، والزحف- مع عوامل الأمان المناسبة. يحدد الضغط المسموح به الحد الأدنى المطلوب لسماكة الجدار للمكونات المحتوية على الضغط.
الجدول 6: ASME القسم II الجزء D الإجهادات المسموح بها - 800H مقابل 800HT
|
درجة حرارة |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
النسبة (HT/H) |
ملحوظات |
|
200 درجة |
138 |
138 |
1.00 |
منطقة الشد-التي يتم التحكم فيها |
|
400 درجة |
123 |
123 |
1.00 |
منطقة التحكم في العائد- |
|
500 درجة |
108 |
110 |
1.02 |
يتم التحكم في الانتقال إلى الزحف-. |
|
600 درجة |
86 |
92 |
1.07 |
يبدأ الزحف في السيطرة |
|
650 درجة |
71 |
80 |
1.13 |
ظهور ميزة كبيرة لـ HT |
|
700 درجة |
57 |
68 |
1.19 |
19% أعلى المسموح به لـ HT |
|
750 درجة |
45 |
55 |
1.22 |
22% أعلى المسموح به لـ HT |
|
800 درجة |
35 |
45 |
1.29 |
29% أعلى المسموح به لـ HT |
|
850 درجة |
26 |
36 |
1.38 |
38% أعلى المسموح به لـ HT |
|
900 درجة |
19 |
27 |
1.42 |
42% أعلى المسموح به لـ HT |
|
950 درجة |
13 |
19 |
1.46 |
46% أعلى المسموح به لـ HT |
|
1000 درجة |
9 |
13 |
1.44 |
800HT يسمح بجدران أرق عند أقصى T |
الاستنتاج النهائي:فوق 700 درجة، يسمح ASME بضغط أعلى بنسبة 19-46% لـ 800HT مقابل 800H. بالنسبة للأنبوب أو الأنبوب تحت الضغط الداخلي، فإن الضغط المسموح به يتناسب عكسيًا مع سمك الجدار المطلوب. الضغط المسموح به بنسبة 40% يعني جدران أرق بنسبة 40%، ومواد أقل بنسبة 40%، وتكلفة مواد أقل بنسبة 40%-والتي غالبًا ما تتجاوز القسط المدفوع مقابل 800HT على 800H.
مقاومة الأكسدة والكربنة
تشترك جميع درجات Incoloy 800 الثلاثة في نفس محتوى الكروم (19-23%)، وهو ما يحدد مقاومتها للأكسدة. مقياس أكسيد الكروم الوقائي (Cr₂O₃) الذي يتشكل على السطح مطابق لـ 800 و800H و800HT. ولذلك، فإن مقاومة الأكسدة ليست عاملا مميزا.
|
بيئة |
درجة حرارة |
سلوك |
الفرق بين الدرجات |
|
الهواء/الأكسدة |
تصل إلى 1100 درجة |
ممتاز؛ أشكال مقياس Cr₂O₃ الواقية |
لا شيء - جميع الدرجات مكافئة |
|
الهواء/الأكسدة |
فوق 1100 درجة |
قد يحدث تشظي على نطاق واسع. 1150 درجة كحد أقصى الموصى بها |
لا أحد |
|
أجواء الكربنة |
800-1000 درجة |
مقاومة جيدة يساعد Cr ولكن ليس بجودة سبائك 25Cr |
لا أحد |
|
الكبريتدة (المحتوية على H₂S-) |
500-800 درجة |
معتدل؛ أقل من الكروم 310S أو HK40 |
لا أحد |
|
البخار (بخار الماء) |
تصل إلى 950 درجة |
جيد؛ Cr₂O₃ واقي في البخار |
لا أحد |
|
نيترة |
800-1000 درجة |
معتدل؛ Ti يمكن أن يشكل TiN ولكنه ليس ضارًا |
قد يشكل MINOR - HT طبقة سطحية أكثر من TiN، ولكنه ليس ضارًا |
الاستنتاج النهائي:لا تحدد 800HT على 800H لمقاومة الأكسدة أو الكربنة -فإنهما متساويان. السبب الوحيد لتحديد 800HT هو ارتفاع قوة الزحف-للتمزق عند درجات حرارة أعلى من 700 درجة.
اللحام والتصنيع
|
المعلمة |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
ملحوظات |
|
قابلية اللحام |
جيد |
جيد |
يتم لحام كلا السبيكتين بشكل جيد مع معيار GTAW/GMAW/SMAW |
|
حشو مطابقة (GTAW/GMAW) |
إرنيكر-3 (إنكونيل 82) |
إرنيكر-3 (إنكونيل 82) |
نفس معدن الحشو لكلا الصنفين |
|
مطابقة حشو (SMAW) |
إنيكر في-3 (إنكونيل 182) |
إنيكر في-3 (إنكونيل 182) |
نفس القطب المغطى |
|
سخن |
غير مطلوب |
غير مطلوب |
السبائك الأوستنيتي لا تتصلب عند التبريد |
|
درجة حرارة البينية |
150 درجة كحد أقصى الموصى بها |
150 درجة كحد أقصى الموصى بها |
يؤدي التداخل المفرط إلى تعزيز هطول الأمطار بالكربيد |
|
ما بعد-المعالجة الحرارية للحام |
غير مطلوب لكل ASME |
غير مطلوب لكل ASME |
يصلب الحل اختياريًا للخدمة الشديدة |
|
خطر التحسس |
قليل؛ Ti-استقر |
منخفض جدًا؛ محتوى Ti أعلى |
يتمتع HT بمقاومة IGC أفضل قليلاً |
|
خطر التكسير الساخن |
قليل |
قليل |
كلاهما يتمتع بمقاومة جيدة للتشقق المتصلب |
|
اللحام المتباين (إلى CS) |
إيرنيكر-3 / إينيكرفي-3 |
إيرنيكر-3 / إينيكرفي-3 |
نفس الإجراء لكليهما |
تحليل التكلفة
|
عامل التكلفة |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
النسبة (HT/H) |
|
قسط المواد الخام (لكل كجم) |
خط الأساس 1.0x |
1.08–1.15x |
~10-15% قسط لـ HT |
|
أنبوب غير ملحوم Sch.40 مقاس 4 بوصة (لكل متر) |
$180–220/m |
$200–250/m |
~10-15% قسط |
|
اللوحة (لكل كجم، بسمك 10 مم) |
12-15 دولارًا/كجم |
14-17 دولارًا/كجم |
~10-15% قسط |
|
مستهلكات اللحام |
ERNiCr-3: 40-60 دولاراً للكيلوغرام |
ERNiCr-3: 40-60 دولاراً للكيلوغرام |
نفس المعدن الحشو |
|
عمالة اللحام |
معيار |
معيار |
نفس |
|
المعالجة الحرارية (إذا لزم الأمر) |
الحل يصلب 1150 درجة |
يصلب الحل 1175 درجة |
ارتفاع طفيف في درجة الحرارة لـ HT |
|
التوفر |
ممتاز (منتجين متعددين) |
جيد (عدد أقل من المنتجين الحاصلين على مؤهل HT) |
قد يكون لدى HT مهلة أطول |
|
إجمالي التكلفة المصنعة (على سبيل المثال، أنبوب الفرن) |
خط الأساس |
1.10–1.18x |
10-18% قسط لـ HT |
800H أو 800HT؟
|
حالة التطبيق |
إنكولوي 800H |
إنكولوي 800HT |
توصية |
الأساس المنطقي |
|
درجة حرارة التشغيل <650 درجة |
مناسب |
مناسب ولكن أكثر من -محدد |
800H |
الزحف لا يتحكم؛ 800HT لا يقدم أي فائدة |
|
درجة حرارة التشغيل 650-750 درجة |
مناسب |
مناسبة مع الهامش |
800H (عمر التصميم القصير) أو 800HT (عمر التصميم الطويل) |
التقييم على أساس عمر التصميم المطلوب |
|
درجة حرارة التشغيل> 750 درجة |
هامشي (جدران سميكة أو عمر قصير) |
أفضل |
800HT |
يوفر HT ضغطًا أعلى مسموحًا به بنسبة 20-40٪ |
|
Design life > 150,000 hours at >700 درجة |
تحدي |
مناسب |
800HT |
يهيمن الزحف. رواسب HT تطيل العمر |
|
الخدمة الحرارية الدورية (بدء التشغيل المتكرر) |
مقبول |
أحسن |
800HT (إذا كان T > 700 درجة) |
البنية المجهرية لـ HT تقاوم التعب الحراري بشكل أفضل |
|
أنابيب مسخن البخار (600-800 درجة) |
مناسب |
مناسب |
800H typical; 800HT for >750 درجة |
تستخدم الصناعة كليهما؛ تقييم وفقا لشروط محددة |
|
أنابيب فرن البتروكيماويات (850-950 درجة) |
هامشي |
أفضل |
معيار 800HT |
عادةً ما تحدد أفران الإصلاح والتكسير 800HT |
|
سلال المعالجة الحرارية (700-900 درجة) |
مناسب |
أحسن |
800H مقبول؛ 800HT لحياة طويلة |
الإجهاد الحراري الدوري. HT أفضل للخدمة الممتدة |
|
وعاء الضغط مع درجة حرارة التصميم <600 درجة |
مناسب |
مناسب |
800H |
ليست هناك فائدة من ارتفاع درجات الحرارة-لـ HT |
|
استبدال معدات 800H الموجودة |
تطابق الأصلي |
تطابق الأصلي |
استخدام الصف الأصلي |
عدم خلط الدرجات في نفس النظام بدون تحليل |
|
معدات التشغيل القصير-(العمر التصميمي أقل من 50000 ساعة) |
مناسب |
مناسب |
800H |
انخفاض التكلفة الأولية للخدمة المحدودة |
دراسات حالة الصناعة
دراسة الحالة: 1: مصلح بخار الميثان - 800HT يتيح تصميم أنبوب أرفع
حدد مصنع هيدروجين شعبي في الشرق الأوسط عام 2024 أنابيب إصلاح الميثان البخاري التي تعمل عند درجة حرارة مخرج تبلغ 920 درجة مع ضغط تصميمي يبلغ 25 بار. يتطلب التصميم الأولي باستخدام Incoloy 800H سماكة جدار تبلغ 15.2 مم لتلبية متطلبات عمر الزحف البالغة 100000 ساعة. أدى التحول إلى Incoloy 800HT إلى تقليل سمك الجدار المطلوب إلى 11.8 ملم (تخفيض بنسبة 22%)، مما أدى إلى:
- تخفيض وزن المادة: 22%
- تخفيض تكلفة المواد: ~12% (بعد احتساب قسط HT)
- انخفاض الضغط الحراري بسبب سماكة الجدار (انتقال الحرارة بشكل أسرع، وتدرج درجة الحرارة المنخفض)
- هامش عمر الزحف الممتد: يقدر بـ 130,000 ساعة مقابل. 100,000 ساعة كحد أدنى
الدرس الأساسي: عند درجات حرارة أعلى من 900 درجة، يتيح الضغط الأعلى المسموح به لـ 800HT تقليل سمك الجدار بما يعوض علاوة المادة بشكل أكبر.
دراسة الحالة: 2: فرن تكسير الإيثيلين - 800HT يطيل عمر الأنبوب في الخدمة الدورية
شهدت إحدى وحدات تكسير الإيثيلين في جنوب شرق آسيا فشلًا مبكرًا في أنبوب الملف المشع بعد 85000 ساعة من الخدمة. تم تحديد الأنابيب الأصلية باسم Incoloy 800H. كشف تحليل الفشل عن حدوث تشققات زحف بدأت على السطح الخارجي، وتم تسريعها بسبب الإجهاد الحراري الدوري الناتج عن عمليات فك التآكل كل 30-40 يومًا. خلال فترة التحول في عام 2025، استبدل المصنع الملفات المشعة بـ Incoloy 800HT.
بعد 50000 ساعة من الخدمة مع أنابيب 800HT الجديدة:
- لم يتم اكتشاف أي تشققات زحف
- تقييم الحياة المتبقية: 80000 ساعة إضافية كحد أدنى
- تم تمديد دورة التزيين إلى 45 يومًا (دورة حرارية منخفضة)
الدرس الأساسي: بالنسبة لخدمة درجات الحرارة المرتفعة الدورية-، توفر الرواسب الأولية لجاما 800HT - مقاومة أفضل لتفاعل التعب الزحف- مقارنة بـ 800H.
دراسة الحالة: 3: أثبت جهاز التسخين البخاري الفائق - 800H أنه مناسب عند درجة حرارة معتدلة
حددت محطة طاقة تعمل بالفحم بقدرة 600 ميجاوات- في الهند رؤوس منافذ مسخن البخار التي تعمل عند درجة حرارة بخار تبلغ 540 درجة، مع درجة حرارة معدنية قصوى تبلغ 580 درجة . التصميم الأصلي يعتبر كلا من 800H و800HT. أظهر التحليل:
- عند 580 درجة، الإجهاد المسموح به من ASME لـ 800H=92 ميجا باسكال، 800HT=97 ميجا باسكال (فرق 5% فقط)
- متطلبات عمر التصميم: 200000 ساعة (يسهل تلبيتها بواسطة كليهما عند درجة الحرارة هذه)
- الزحف ليس هو وضع فشل التحكم؛ الأكسدة والتآكل هي المخاوف
اختار المصنع Incoloy 800H، مما حقق توفيرًا في تكلفة المواد بنسبة 12% مقارنة بـ 800HT دون التنازل عن عمر الخدمة. وبعد 15 عامًا من التشغيل، تظل الرؤوس في الخدمة دون أي مشكلات متعلقة بالزحف-.
الدرس الأساسي: عند درجات حرارة أقل من 650 درجة، تكون 800H و800HT متكافئة وظيفيًا. قسط 800HT لا يقدم أي فائدة.
دراسة الحالة: 4: الاستبدال في -النوع - المطابق للمواصفات الأصلية
يتطلب مشروع الصيانة لعام 2023 في إحدى مصفاة النفط الأمريكية استبدال جزء من أنبوب فرن Incoloy 800H الذي حدث به تسرب صغير بعد 180,000 ساعة من الخدمة. نظر فريق المشتريات في استبدال 800HT "لتحسين" الاستبدال، لكن التحليل الهندسي حدد مصدري قلق:
1. سوف تستمر أنابيب 800H الأصلية المتبقية في الزحف بمعدل مختلف عن أنبوب 800HT الجديد، مما قد يؤدي إلى خلق تركيزات إجهاد عند اللحام الانتقالي.
2. رمز ASME-الوثائق المطلوبة ونظام الفحص يختلف قليلاً بين الدرجتين.
وقد شرع المشروع في إجراء عملية استبدال عينية-دقيقة باستخدام Incoloy 800H، مما يضمن التوافق المعدني والميكانيكي مع النظام الحالي.
الدرس الأساسي: بالنسبة للإصلاحات والاستبدالات، قم دائمًا بمطابقة درجة المادة الأصلية ما لم تكن عملية إعادة التقييم الهندسي الكاملة تبرر التغيير.
أشكال المنتج ومواصفاته
|
نموذج المنتج |
مواصفات ASTM |
توافر 800H |
توافر 800HT |
ملحوظات |
|
أنبوب/أنبوب غير ملحوم |
B407 |
ممتاز (1/2 بوصة إلى 12 بوصة NPS) |
جيد (1/2 بوصة إلى 8 بوصة NPS) |
قد تتطلب الأحجام الأكبر دحرجة الطاحونة |
|
الأنابيب الملحومة |
B409/B705 |
جيد |
محدود |
يتم استخدام معظم HT كخدمة سلسة للزحف-الحرجة |
|
لوحة / ورقة |
B409 |
ممتاز (جميع السماكات) |
جيد (3 مم إلى 50 مم نموذجيًا) |
لوحة HT لأجزاء الضغط ملفقة |
|
شريط / البليت |
B408 |
ممتاز |
جيد |
شريط للمكونات تشكيله والمطروقات |
|
التجهيزات (لحام بعقب) |
B366 |
ممتاز |
جيد |
الفسفور الأبيض-NCH (800H) / الفسفور الأبيض-NCHT (800HT) |
|
المطروقات |
B564 |
جيد |
جيد |
الشفاه المزورة، الفوهات، صفائح الأنابيب |
|
سلك |
B408 |
متاح |
محدود |
سلك اللحام لم يتم إنتاجه بدرجة 800H/HT (استخدم ERNiCr-3) |
أخطاء المواصفات الشائعة التي يجب تجنبها
1. تحديد "Incoloy 800" بدون تعيين H أو HT
النتيجة: قد تحصل على سبيكة 800 (UNS N08800) التي تحتوي على كربون أقل وقوة زحف أقل من 800H/800HT
النهج الصحيح: حدد دائمًا برقم UNS: N08810 لـ 800H، N08811 لـ 800HT
2. استبدال 800H بـ 800HT بدون مراجعة هندسية
النتيجة: عند درجات حرارة أعلى من 750 درجة، سيكون عمر زحف 800H أقل بنسبة 20-40% من التصميم المصمم
النهج الصحيح: لا تستبدل أبدًا 800H بـ 800HT دون إعادة حساب سمك الجدار وعمر الزحف
3. استخدام 800HT حيث يكون 800H مناسبًا
النتيجة: إهدار 10-15% من ميزانية المواد دون أي فائدة في الأداء عند درجات الحرارة المعتدلة
النهج الصحيح: احتفظ بـ 800HT للتطبيقات التي تزيد عن 750 درجة أو مع متطلبات عمر التصميم الممتد
4. عدم التأكد من حجم الحبوب
النتيجة: حجم الحبوب الناعمة (ASTM 6-8) يقلل من قوة الزحف بنسبة 15-30% مقارنة بالحبوب الخشنة (ASTM 3-5)
النهج الصحيح: تحديد حجم الحبوب 5 أو الخشنة؛ الخشنة أفضل للزحف
5. يطل على حل يصلب الفرق في درجة الحرارة
النتيجة: 800HT يتطلب 1175 درجة كحد أدنى؛ 800H يتطلب 1150 درجة فقط. تحت -لن تتطور المواد الملدنة إلى قوة زحف كاملة
النهج الصحيح: تحديد درجة حرارة التلدين الصحيحة لكل درجة
ملخص
|
معيار |
فوز إنكولوي 800H |
فوز إنكولوي 800HT |
|
التكلفة (سعر المادة) |
~10-15% أقل |
|
|
التوفر |
مخزون أفضل، المزيد من المنتجين |
|
|
درجة حرارة التشغيل <650 درجة |
مناسب؛ HT لا يقدم أي فائدة |
|
|
درجة حرارة التشغيل> 750 درجة |
20-40% أعلى من الضغط المسموح به |
|
|
Design life > 150,000 hr at >700 درجة |
حياة زحف أطول بكثير |
|
|
الخدمة الحرارية الدورية (دورات متكررة) |
مقاومة أفضل للتعب الحراري |
|
|
أنابيب مصلح/تكسير البتروكيماويات |
Industry standard for >850 درجة |
|
|
تحسين سمك الجدار في HT |
يتيح تصميمات جدران أرق |
|
|
إجمالي تكلفة التثبيت (فوق 800 درجة) |
مطلوب جدران أكثر سمكا |
قد يكون متساويًا أو أقل بسبب تقليل الجدار |
