Incoloy 800 vs 800H vs 800HT: Perbedaan Kandungan Karbon, Ukuran Butir, dan Kekuatan Rambat

Perkenalan

Incoloy 800, 800H, dan 800HTtermasuk dalam kelompok paduan-besi-kromium nikel yang sama, yang dikembangkan oleh Special Metals Corporation mulai tahun 1950-an untuk memberikan ketahanan terhadap panas dan korosi tanpa bergantung pada kandungan nikel yang besar sehingga menjadikan paduan INCONEL 600 sebagai bahan yang sangat langka pada saat itu. Ketiganya memiliki kisaran nominal nikel, kromium, dan besi yang sama. Yang membedakannya - dan apa yang sebenarnya perlu dipahami oleh insinyur atau manajer pengadaan - adalah serangkaian kecil kontrol komposisi dan metalurgi: kandungan karbon, kandungan aluminium-ditambah-titanium, dan ukuran butir yang dicapai oleh anil akhir. Bersama-sama, kontrol ini menentukan seberapa besar kekuatan mulur dan{11}}tegangan pecah yang dapat dihasilkan material selama bertahun-tahun digunakan secara terus menerus-pada suhu tinggi.

Artikel ini membandingkan ketiga tingkatan secara langsung, menggunakan komposisi kimia pembatas dan data-kekuatan pecah-jangka panjang yang diterbitkan oleh Special Metals Corporation dalam buletin teknis paduan INCOLOY 800 (SMC-046) dan paduan INCOLOY 800H & 800HT (SMC-047), sehingga pembeli dapat mencocokkan tingkat yang tepat dengan suhu servis dan umur desain yang benar.

Apa Perbedaan Mendasar Antara Paduan 800, 800H, dan 800HT?

Ketiga paduan tersebut mengandung 30–35% nikel / 19–23% kromium / 39,5% min. berbahan dasar besi, namun 800H dan 800HT adalah versi 800 - yang ditingkatkan secara metalurgi yang diproduksi menjadi batas karbon dan aluminium yang lebih ketat-ditambah-titanium dan diberi anil larutan suhu tinggi yang menumbuhkan struktur butiran lebih kasar, khususnya untuk meningkatkan kekuatan retak mulur dan tegangan untuk layanan suhu tinggi dalam jangka panjang.

Literatur teknis Special Metals sendiri secara eksplisit menyatakan hal ini: elemen dasar dalam ketiga paduan adalah sama, dan sifat fisik dan termal paduan (densitas, muai panas, resistivitas listrik, modulus elastisitas) pada dasarnya identik karena rentang komposisi keseluruhannya tumpang tindih. Perbedaan yang penting adalah metalurgi, bukan kimia dalam arti luas - perbedaan ini berkaitan dengan seberapa ketat tiga parameter spesifik dikontrol: kandungan karbon, kandungan aluminium-ditambah-titanium, dan ukuran butir akhir.

Oleh karena itu, paduan 800 umumnya merupakan pilihan-kekuatan yang lebih tinggi untuk-pembebanan jangka pendek pada suhu kamar atau suhu sedang, sedangkan 800H dan 800HT adalah pilihan yang tepat ketika komponen harus menahan deformasi-yang bergantung pada waktu (creep) selama bertahun-tahun paparan terus menerus di atas sekitar 1.000 derajat F (540 derajat ).

Apa Perbedaan Kandungan Karbon di antara Ketiga Kelas tersebut, dan Mengapa Itu Penting?

Paduan 800 memungkinkan karbon hingga 0,10% tanpa batas minimum yang ditentukan; paduan 800H membutuhkan 0,05–0,10% karbon; dan pengencang paduan 800HT yang berkisar hingga 0,06–0,10% karbon - lantai yang semakin sempit dan lebih tinggi yang merupakan faktor terbesar untuk kekuatan retak-dalam kelompok paduan ini.

Buletin Special Metals mencatat bahwa telah lama diketahui bahwa-paduan karbon 800 yang lebih tinggi memiliki sifat mulur dan pecah yang lebih tinggi dibandingkan material-karbon rendah dengan komposisi nominal yang sama, itulah sebabnya perusahaan mulai melebur hingga kisaran 0,05–0,10% - bagian atas dari maksimum 0,10% yang diizinkan untuk paduan standar 800 - jauh sebelum kisaran tersebut diformalkan sebagai kadarnya sendiri. Karbon dalam kelompok paduan ini mengendap sebagai kromium karbida pada batas butir selama paparan suhu tinggi; dikontrol pada tingkat dan ukuran butir yang tepat, karbida ini menyematkan batas butir dan menahan geseran batas yang mendorong deformasi mulur.

Sumber: Special Metals Corporation, buletin teknis paduan INCOLOY 800H & 800HT, Publikasi No. SMC-047 (Tabel 1).

Nuansa penting bagi pembeli: karena batas atas karbon paduan 800 (maks. 0,10%) tumpang tindih seluruhnya dengan rentang 800H dan 800HT, panas kaleng paduan 800 biasa, secara kimia saja, sudah termasuk dalam jendela karbon 800H. Kandungan karbon saja tidak membuat panas 800H-memenuhi syarat, namun - persyaratan ukuran butir yang dibahas di bawah juga harus dipenuhi dan diverifikasi.

Mengapa Ukuran Butir Penting untuk Kekuatan Rambat?

Paduan 800 tidak memiliki persyaratan ukuran butir yang ditentukan, sedangkan 800H dan 800HT memerlukan ukuran butir ASTM rata-rata No. 5 atau lebih kasar, yang dicapai dengan anil larutan pada 2.100–2.200 derajat F (1.150–1.200 derajat ) - struktur butir lebih kasar yang secara signifikan meningkatkan ketahanan terhadap mulur dan pecah tegangan pada suhu tinggi, dengan biaya yang harus dibayar pasca-ketangguhan paparan.

Ukuran butir dan ketahanan mulur berhubungan langsung dalam sistem paduan ini karena deformasi mulur pada temperatur tinggi didorong secara substansial oleh pergeseran sepanjang batas butir. Struktur butiran yang lebih kasar memiliki luas batas-butir per satuan volume yang secara proporsional lebih kecil, sehingga mengurangi jalur yang tersedia untuk geseran batas tersebut dan, jika dikombinasikan dengan penyematan karbida, akan meningkatkan tegangan yang dapat ditahan oleh suatu komponen sebelum komponen tersebut mengalami deformasi yang tidak dapat diterima atau pecah selama umur desain tertentu.

Buletin Special Metals menjelaskan secara spesifik tentang bagaimana hal ini dicapai dalam produksi: paduan 800H dan 800HT dianil dengan larutan sebagai langkah produksi akhir pada suhu 2.100–2.200 derajat F (1.150–1.200 derajat ), dengan waktu pada suhu yang disesuaikan dengan ukuran bagian dan karakteristik tungku untuk mencapai ukuran butir rata-rata minimum ASTM No. 5.

Buletin ini juga menandai titik keuntungan yang semakin berkurang dan trade-off-yang terkait secara langsung: suhu dan waktu harus dikontrol untuk membatasi pertumbuhan butir yang berlebihan, karena sedikit tambahan kekuatan mulur yang diperoleh melebihi kekasaran tertentu, sedangkan butir yang sangat kasar menurunkan ketangguhan setelah pemaparan-suhu tinggi. Untuk aplikasi yang memerlukan pembentukan dingin lebih dari 20%, atau yang memerlukan penyelesaian permukaan halus, buletin yang sama merekomendasikan pemesanan material dalam kondisi-butir halus, dengan menggarisbawahi bahwa perlakuan-butir kasar adalah layanan-pengorbanan khusus-yang disengaja, bukan peningkatan yang universal.

Sumber: Special Metals Corporation, buletin teknis paduan INCOLOY 800H & 800HT, Nomor Publikasi. SMC-047 (Tabel 1 dan Annealing - bagian Praktik Dasar).

Kisaran ukuran butiran khusus (lebih halus atau kasar)-- ASTM 1–5 untuk pelat dan tabung/pipa, dan ASTM 2–5 untuk lembaran - juga dapat disetujui untuk pesanan tertentu, sehingga pembeli dengan kombinasi persyaratan pembentukan dan layanan yang tidak biasa harus menentukan ukuran butiran secara eksplisit pada pesanan pembelian daripada mengasumsikan default ASTM 5-standar atau lebih kasar.

Apa Perbedaan Kadar Aluminium-Plus-Titanium Antara 800H dan 800HT?

Paduan 800 dan 800H memungkinkan gabungan 0,30–1,20% aluminium plus titanium, namun paduan 800HT membatasi kisaran gabungan tersebut menjadi lebih sempit, lebih tinggi 0,85–1,20% - kontrol ketiga, di samping karbon dan ukuran butir, yang digunakan Logam Khusus untuk mendorong kekuatan pecah-rayap 800HT di atas 800H.

Buletin Special Metals menggambarkan hal ini secara langsung sebagai strategi yang disengaja: perusahaan mempertahankan kandungan aluminium dan titanium di bagian atas kisaran yang ditentukan untuk produksi 800H miliknya sendiri khususnya karena hal ini menghasilkan sifat mulur dan tegangan-pecah yang lebih tinggi dibandingkan material 800H pesaing yang hanya memenuhi persyaratan minimum. Daripada membiarkan praktik rentang atas tersebut sebagai preferensi internal, Special Metals memformalkannya menjadi kelas kimia - 800HT - yang berbeda dan terbatas dengan lantai dan langit-langit Al+Ti wajib 0,85–1,20%, ditambah rentang karbon 0,06–0,10% dan larutan minimum 2.100 derajat F (1.149 derajat )-suhu anil yang dijelaskan di atas.

Karena jendela kimia 800HT sepenuhnya berada di dalam jendela 800H, setiap panas yang dihasilkan sesuai persyaratan 800HT secara otomatis memenuhi persyaratan 800H juga - itulah sebabnya material 800HT secara rutin disertifikasi ganda-untuk UNS N08811 dan UNS N08810. Hal sebaliknya tidak terjadi: material 800H biasa tidak dapat disertifikasi sebagai 800HT kecuali material tersebut secara independen memenuhi persyaratan karbon, Al+Ti, dan ukuran butir yang lebih ketat.

Perbandingan Komposisi Lengkap: Paduan 800 vs 800H vs 800HT

Ketiga tingkatan tersebut hanya berbeda dalam karbon, aluminium, titanium, dan ukuran butiran - setiap elemen komposisi pembatas lainnya (nikel, kromium, besi, mangan, belerang, silikon, tembaga) ditentukan secara identik di ketiganya.

Sumber: Special Metals Corporation, buletin teknis paduan INCOLOY 800H & 800HT, Nomor Publikasi. SMC-047, Tabel 1 - Pembatas Komposisi Kimia untuk paduan INCOLOY 800, 800H, dan 800HT.

Paduan Mana yang Memiliki Creep-Kekuatan Pecah Tertinggi?

Paduan 800HT menghasilkan kekuatan pecah-jangka panjang-yang tertinggi di antara ketiga tingkatan tersebut, diikuti oleh 800H; paduan polos 800 tidak direkomendasikan oleh Special Metals untuk aplikasi yang memerlukan sifat keruntuhan mulur yang optimal, khususnya di atas 1.500 derajat F (816 derajat ).

Logam Khusus menyatakan dengan jelas bahwa paduan 800H dan 800HT memiliki kekuatan mulur dan pecah yang jauh lebih tinggi dibandingkan paduan 800, dan paduan 800 biasanya tidak digunakan jika sifat mulur-pecah yang optimal diperlukan - 800H atau 800HT harus ditentukan sebagai gantinya. Peringkat ini berlaku khusus untuk pemuatan-durasi panjang dan suhu tinggi; pada suhu kamar dan selama pemaparan dalam waktu singkat, paduan 800 sebenarnya dapat menunjukkan kekuatan tarik yang lebih tinggi daripada 800H atau 800HT, karena kondisi anil 800H/800HT berbutir kasar, bersuhu tinggi, mengubah kekuatan jangka pendek menjadi ketahanan mulur jangka panjang.

Tabel di bawah ini mereproduksi nilai kekuatan pecah 10.000-, 30.000-, 50.000-, dan 100.000 jam dari Logam Khusus untuk paduan 800H dan 800HT, yang diperlakukan sebagai kumpulan data tunggal dalam buletin pabrikan karena kedua tingkatan memiliki target ukuran butir anil larutan yang sama; Karbon 800HT yang lebih ketat dan kandungan kimia Al+Ti meningkatkan posisinya dalam kisaran tegangan ini dan tercermin secara terpisah dalam tegangan desain yang diijinkan ASME (dibahas di bagian berikutnya).

Sumber: Special Metals Corporation, buletin teknis paduan INCOLOY 800H & 800HT, No Publikasi. SMC-047, Tabel 7 - Nilai Kekuatan Pecah yang Representatif untuk paduan INCOLOY 800H/800HT.

Baca secara praktis: kekuatan pecah menurun tajam seiring dengan meningkatnya suhu dan bertambahnya umur desain, dan hal ini persis seperti yang diprediksi oleh mekanisme{0}}pecahnya rangkak. Komponen yang dirancang untuk masa pakai 100.000-jam (kira-kira 11,4-tahun) pada suhu 1.600 derajat F (870 derajat ) hanya dapat membawa sekitar 2,5 ksi (17 MPa) - versus 3,5 ksi pada suhu yang sama untuk masa pakai desain 10.000-jam. Inilah sebabnya mengapa mencocokkan grade yang benar dan nilai tegangan umur desain yang benar dengan suhu pengoperasian sebenarnya sangat penting dalam desain peralatan yang aman dan sesuai kode dalam keluarga paduan ini, dan mengapa hanya membaca satu angka "suhu maksimum" dari lembar data bukanlah dasar desain yang memadai untuk layanan dengan batas mulur.

Bagaimana Perbandingan Penekanan Desain Kasus Kode ASME?

Paduan 800HT (ASME Code Case 1987) memiliki tegangan desain maksimum yang diijinkan lebih tinggi dibandingkan paduan 800H (ASME Code Case 1325) pada rentang layanan 1.100–1.650 derajat F, yang merupakan konsekuensi langsung yang diakui kode-dari karbon 800HT yang lebih ketat dan kandungan kimia Al+Ti dan merupakan alasan praktis banyak pembeli menentukan 800HT meskipun 800H akan memenuhi persyaratan minimum persyaratan.

Berdasarkan Kode Boiler dan Bejana Tekan ASME, tekanan desain paduan 800 untuk konstruksi Bagian I dan Bagian VIII, Divisi 1 dicantumkan langsung di Bagian II, Bagian D dan mencakup layanan hingga 1.500 derajat F (816 derajat). Tegangan desain Alloy 800H juga tercantum di Bagian II, Bagian D dan selanjutnya ditangani oleh Kasus Kode 1325 (hingga 1.500 derajat F/816 derajat) dan Kasus Kode 1983 untuk Bagian VIII, layanan Divisi 1 hingga 1.800 derajat F (982 derajat).

Tegangan maksimum yang diperbolehkan pada paduan 800HT, yang tercakup dalam Code Case 1987, secara eksplisit lebih tinggi dari 800H pada kisaran 1.100–1.650 derajat F, dan material yang disertifikasi sebagai 800HT secara otomatis memenuhi semua persyaratan 800H - itulah sebabnya 800HT biasanya diberi stempel ganda-ke UNS N08811 dan UNS N08810 di pabrik sertifikat.

• Alloy 800 (N08800) - Bagian I / Bagian VIII, Div. 1 & 2 tegangan desain per ASME II Bagian D; layanan hingga 1,500 derajat F (816 derajat).
• Paduan 800H (N08810) - Kasus Kode ASME 1325 (hingga 1.500 derajat F/816 derajat ) dan Kasus Kode 1983 untuk Bagian VIII, layanan Div. 1 hingga 1.800 derajat F (982 derajat ).
• Alloy 800HT (N08811) - ASME Code Case 1987 (revisi terbaru); tegangan ijin lebih tinggi dari 800H dari 1.100–1.650 derajat F; juga mencakup 1.800 derajat F (982 derajat ) melalui nilai Code Case 1983.

Sebuah catatan pengadaan yang layak untuk dicatat secara jujur: catatan sejarah menunjukkan tekanan-tekanan yang diperbolehkan ini telah terjadi sebelumnya dan dapat terjadi lagi. Menurut laporan Special Metals sendiri, ketika ASME Metals Property Council menganalisis ulang kumpulan data retakan creep-800H dari 87 pemanasan dan 1.052 titik data di beberapa produsen - termasuk bahan yang lebih lemah daripada panas milik Special Metals sendiri - tekanan desain 800H yang diizinkan dalam Kode direvisi ke bawah untuk 1.100–1.500 derajat F (593–816 derajat) rentang. Hal itulah yang menjadi alasan mengapa 800HT hadir sebagai kelas kimia yang terpisah dan lebih ketat: hal ini memungkinkan Special Metals terus menawarkan tekanan desain yang lebih tinggi yang dapat didukung oleh materialnya, didukung oleh datanya sendiri, terlepas dari kumpulan revisi 800H.

Kapan Anda Harus Menentukan Paduan 800 vs 800H vs 800HT?

Tentukan paduan polos 800 untuk layanan tahan korosi- dan-panas secara umum di bawah kira-kira 1.500 derajat F (816 derajat ) dengan mulur bukan merupakan kondisi desain yang menentukan; tentukan 800H sebagai tingkat dasar di mana pun-kekuatan pecah yang mengatur umur desain di atas rentang tersebut; dan tentukan 800HT jika aplikasi membenarkan tegangan desain yang diijinkan lebih tinggi dan sertifikasi ganda UNS - yang biasanya merupakan komponen batas-suhu,{11}}desain-tekanan hidup-tertinggi.

Paduan 800 - keranjang, baki, dan perlengkapan tungku; penukar panas dan perpipaan dalam media yang mengandung-asam nitrat atau klorida-di mana ketahanan terhadap retak-korosi lebih penting daripada umur mulur; pemanas listrik-selubung elemen.

Tabung katalis reformer uap/hidrokarbon paduan 800H -, pipa konveksi, kuncir dan manifold saluran keluar; keretakan etilen dan tabung konveksi; tabung pancaran, peredam, dan retort dalam-tungku pengolah panas; uap-generator dan pipa superheater.

Paduan 800HT - aplikasi tungku dan reformer kritis yang sama dengan 800H, yang ditentukan sebagai ganti 800H ketika penghitungan desain memerlukan tegangan izin Code Case 1987 yang lebih tinggi, atau ketika pembeli menginginkan sertifikasi ganda N08810/N08811 untuk fleksibilitas di beberapa spesifikasi proyek.

Dalam praktiknya, sebagian besar pabrik saat ini memproduksi material paduan 800H terhadap kimia dan ukuran butir yang cukup ketat untuk juga memenuhi syarat sebagai 800HT, dan melakukan sertifikasi ganda-ke kedua nomor UNS pada laporan pengujian pabrik - sehingga pembeli harus selalu memeriksa hasil kimia MTR dan ukuran butir yang sebenarnya berdasarkan Tabel 1 di atas daripada berasumsi pesanan nominal "800H" secara otomatis membawa tekanan desain tingkat-800HT.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Q: Apakah Incoloy 800HT hanyalah kelas yang lebih tinggi dari 800H?

A: Bukan kelompok paduan yang terpisah - 800Komposisi HT adalah subset terbatas dari 800H, selalu berada dalam batas 800H. Perbedaannya adalah 800HT memerlukan kandungan karbon yang lebih sempit (0,06–0,10% vs. 0.05–0,10%) dan kandungan aluminium-plus-titanium (0,85–1,20% vs. 0.30–1,20%) yang lebih tinggi, ditambah anil larutan minimum 2.100 derajat F (1.149 derajat ), dan memiliki tekanan desain yang diizinkan ASME yang lebih tinggi berdasarkan Kode Kasus 1987.

Q: Bisakah paduan 800H diganti dengan 800HT pada proyek yang menentukan 800HT?

A: Tidak, tidak secara otomatis. Material paduan 800HT selalu memenuhi persyaratan 800H, sehingga dapat disertifikasi-ganda, namun hal sebaliknya tidak dijamin - material 800H biasa hanya memenuhi syarat sebagai 800HT jika kandungan kimia dan ukuran butir aktualnya secara independen memenuhi batas 800HT yang lebih ketat. Laporan pengujian pabrik harus diperiksa.

Q: Apakah ukuran butir yang lebih kasar membuat 800H dan 800HT lebih lemah secara keseluruhan?

A: Tidak - ini merupakan pertukaran-yang disengaja dengan arah yang berlawanan dengan apa yang biasanya disiratkan oleh "lebih lemah". Butir yang lebih kasar (ASTM No. 5 atau lebih kasar) meningkatkan-kekuatan retak dan tegangan-jangka panjang pada suhu tinggi, yang merupakan properti yang dirancang untuk grade ini. Kerugiannya adalah berkurangnya ketangguhan setelah paparan suhu tinggi dan kekuatan suhu ruangan jangka pendek yang lebih rendah dibandingkan dengan paduan butiran halus 800, bukan kelemahan keseluruhan.

Q: Berapa suhu servis maksimum untuk setiap kelas?

A: Berdasarkan ASME Bagian I dan Bagian VIII, Divisi 1, paduan 800 diizinkan hingga 1.500 derajat F (816 derajat). Paduan 800H juga terdaftar hingga 1.500 derajat F (816 derajat ) di bawah Kasus Kode 1325, dengan Bagian VIII, layanan Divisi 1 diperluas hingga 1.800 derajat F (982 derajat ) di bawah Kasus Kode 1983. Tekanan Kasus Kode Paduan 800HT 1987 mencakup rentang F 1.100–1.650 derajat yang sama dengan 800H, pada nilai yang diijinkan lebih tinggi, dengan Layanan 1.800 derajat F (982 derajat ) juga ditangani melalui Code Case 1983.

Q: Mengapa ketiga paduan pada dasarnya memiliki ketahanan terhadap korosi yang sama?

A: Karena nikel, kromium, dan besi - unsur-unsur yang mengatur ketahanan oksidasi, ketahanan karburisasi, dan ketahanan terhadap tegangan klorida-retak korosi - ditentukan secara identik di ketiga tingkatan tersebut. Perbedaan komposisi antara 800, 800H, dan 800HT terbatas pada karbon, aluminium, dan titanium, yang mempengaruhi sifat mekanik dan mulur daripada perilaku korosi secara umum.

Artikel Terkait

INCONEL Alloy 600 vs INCOLOY Alloy 800 untuk Komponen Tungku

SMR dan Paduan Nikel: Memilih Paduan 800H/617/690 untuk Reaktor-Layanan Kelas

Panduan Utama untuk Inconel 625