310एस बनाम इंकोलॉय 800: भट्ठी और भट्ठी अनुप्रयोगों के लिए गर्मी प्रतिरोधी मिश्र धातु का चयन

परिचय

फर्नेस, भट्टी, और थर्मल प्रसंस्करण इंजीनियरों को नियमित रूप से एक ही सामग्री निर्णय का सामना करना पड़ता है: एक लागत प्रभावी गर्मी प्रतिरोधी स्टेनलेस स्टील निर्दिष्ट करें, या निरंतर उच्च तापमान ताकत के लिए निकल {33 लौह {44 क्रोमियम मिश्र धातु तक बढ़ें।310S स्टेनलेस स्टीलऔर इंकोलॉय 800 (800एच और 800एचटी वेरिएंट सहित) इस निर्णय के लिए दो सबसे अधिक तुलना किए जाने वाले उम्मीदवार हैं। दोनों उच्च तापमान पर ऑक्सीकरण का विरोध करते हैं, दोनों आसानी से निर्मित और वेल्डेड होते हैं, और दोनों भट्ठी के दरवाजे, मफल्स, रेडियंट ट्यूब और गर्मी उपचार फिक्स्चर में नियमित रूप से दिखाई देते हैं।

हालाँकि, एक बार कार्ब्युराइजिंग वातावरण, निरंतर यांत्रिक भार, या लंबे समय तक सेवा अंतराल तस्वीर में प्रवेश करते हैं, तो उनका प्रदर्शन तेजी से भिन्न होता है। यह लेख संरचना, तापमान क्षमता, ऑक्सीकरण और कार्बराइजेशन प्रतिरोध, रेंगने की शक्ति, निर्माण आवश्यकताओं और स्वामित्व की कुल लागत के आधार पर दो मिश्र धातुओं की तुलना करता है, ताकि इंजीनियर और खरीदार अन्य तरीके के बजाय मिश्र धातु का मिलान अनुप्रयोग से कर सकें।

धातुकर्म की दृष्टि से 310S को Incoloy 800 से क्या अलग करता है?

इस आलेख में चर्चा किए गए प्रत्येक डाउनस्ट्रीम प्रदर्शन अंतर का मूल कारण संरचना अंतर है। इंकोलॉय 800 उस अनुपात को उलट देता है: निकेल बहुसंख्यक मिश्रधातु है, क्रोमियम द्वितीयक है, और लोहा आधार धातु होने के बजाय संतुलन बनाता है। उच्च निकल सामग्री वह है जो 800 - श्रृंखला के मिश्र धातुओं को कार्बन प्रसार के प्रति प्रतिरोध और तापमान पर उनकी बरकरार ताकत प्रदान करती है - लेकिन निकल भी अधिक महंगा कच्चा माल इनपुट है, यही कारण है कि इंकोलॉय 800 श्रृंखला के उत्पाद 310 एस से अधिक लगातार लागत प्रीमियम रखते हैं।

स्रोत: एएसटीएम ए240/ए480 (310एस); एएसटीएम बी407/बी408/बी409 और यूएनएस एन08810 मिल विनिर्देश (इंकोलॉय 800एच)। श्रेणियाँ नाममात्र विनिर्देश सीमाएँ हैं; वर्तमान मिल परीक्षण रिपोर्ट के विरुद्ध सत्यापन करें।

फर्नेस सेवा के लिए दो अन्य संरचना विवरण मायने रखते हैं। पहला, 310S मानक ग्रेड 310 का निम्न {{2}कार्बन संस्करण है (जो 0.25% तक कार्बन की अनुमति देता है); 310S में निचला कार्बन वेल्डिंग के बाद संवेदीकरण और इंटरग्रेनुलर जंग के प्रतिरोध में सुधार करता है। दूसरा, इंकोलॉय 800H अपने आप में बेस इंकोलॉय 800 का एक नियंत्रित {8}कार्बन, नियंत्रित {{9} ग्रेन - आकार का संस्करण है, और इंकोलॉय 800HT एल्यूमीनियम को और अधिक मजबूत करता है {{13}प्लस {{14}टाइटेनियम रेंज - दोनों शोधन विशेष रूप से भट्टी और प्रक्रिया के लिए रेंगने की क्षमता बढ़ाने के लिए मौजूद हैं और प्रक्रिया के लिए टूटन शक्ति बढ़ाने के लिए हैं, जिस पर धारा 4 में चर्चा की गई है।

कौन सा मिश्र धातु उच्च निरंतर परिचालन तापमान का सामना करता है?

310S को आमतौर पर इसकी उच्च क्रोमियम सामग्री के कारण लगभग 2,000 डिग्री F (1,093 डिग्री) तक निरंतर ऑक्सीकरण प्रतिरोध और समान सीमा तक रुक-रुक कर या हल्के चक्रीय सेवा के लिए रेट किया गया है। भट्टी और भट्टी सेवा में 310S के लिए व्यावहारिक सीमक ऑक्साइड स्केल - नहीं है, यह सिग्मा {{8}चरण निर्माण है। लगभग 1,200 डिग्री फ़ारेनहाइट और 1,650 डिग्री फ़ारेनहाइट (650-900 डिग्री) के बीच लंबे समय तक एक्सपोज़र के बाद, 310 - फ़ैमिली स्टेनलेस स्टील्स एक भंगुर इंटरमेटेलिक सिग्मा चरण बना सकते हैं जो कमरे के तापमान की कठोरता और लचीलापन को कम कर देता है। उपकरण जो इस तापमान बैंड के माध्यम से बार-बार चक्र करते हैं, जैसे भट्ठी के दरवाजे और बर्नर घटक, उन उपकरणों की तुलना में इस प्रभाव के अधिक संपर्क में आते हैं जो तापमान सीमा के शीर्ष पर लगातार काम करते हैं।

इंकोलॉय 800Hऔर 800एचटी को लगभग 2,000 डिग्री फ़ारेनहाइट (1,093 डिग्री) तक लंबी अवधि की सेवा के लिए रेट किया गया है, त्वरित शक्ति हानि और ऑक्सीकरण की कीमत पर इससे ऊपर छोटी अवधि की यात्रा संभव है। क्योंकि 800{9}श्रृंखला के मिश्रधातुओं को मोटे, अधिक रेंगने वाले प्रतिरोधी अनाज संरचना का उत्पादन करने के लिए न्यूनतम 2,100 डिग्री एफ (1,149 डिग्री) पर घोल दिया जाता है, और क्योंकि उनकी उच्च निकल सामग्री उसी सिग्मा-चरण तंत्र को दबा देती है जो 310S को प्रभावित करती है, वे बार-बार थर्मल साइक्लिंग सहित भट्ठी ऑपरेटिंग रेंज के एक व्यापक हिस्से में प्रयोग करने योग्य लचीलापन और कठोरता बनाए रखते हैं।

कौन सा मिश्र धातु ऑक्सीकरण और कार्बराइजिंग वातावरण के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदान करता है?

दोनों मिश्र धातुओं में ऑक्सीकरण प्रतिरोध मुख्य रूप से क्रोमियम से आता है, जो उच्च तापमान पर एक सुरक्षात्मक क्रोमियम {{0}ऑक्साइड स्केल बनाता है . 310S वास्तव में Incoloy 800H (लगभग 25% बनाम लगभग 21%) की तुलना में अधिक क्रोमियम रखता है, जो एक कारण है कि 310S वायु भट्टियों, भट्ठी के गोले और बर्नर हार्डवेयर जैसे स्वच्छ ऑक्सीकरण वातावरण में एक मजबूत, किफायती प्रदर्शनकर्ता बना हुआ है।

कार्बराइजेशन प्रतिरोध एक अलग तंत्र है, और यहीं पर दो मिश्र धातुएं सबसे तेजी से भिन्न होती हैं। कार्बन समृद्ध वातावरण से धातु की सतह में कार्बन का स्थानांतरण काफी हद तक निकल सामग्री पर निर्भर करता है, क्योंकि निकल में कार्बन के लिए बहुत कम घुलनशीलता होती है और यह इसके आंतरिक प्रसार को धीमा कर देता है। कार्बोराइजिंग हाइड्रोकार्बन प्रोसेसिंग सेवा में 800H टयूबिंग पर फील्ड डेटा दिखाता है कि वर्षों के एक्सपोजर के बाद भी मिश्र धातु अपनी लचीलापन और संरचनात्मक अखंडता बनाए रखती है, उन स्थितियों में जहां कम {5}निकल 310{9} पारिवारिक स्टेनलेस स्टील काफी तेजी से कार्बराइज होते हैं। यह प्राथमिक कारण है कि इंकोलॉय 800H एथिलीन पायरोलिसिस ट्यूब, हाइड्रोकार्बन क्रैकिंग फर्नेस घटकों और हीट-ट्रीट बास्केट और फिक्स्चर के लिए मौजूदा सामग्री है जो बार-बार कार्बराइजिंग चक्र देखते हैं।

रिफाइनरी भट्ठी के वातावरण में प्रकाशित संक्षारण दर की तुलना अंतर को दर्शाती है: इंकोलॉय 800H/800HT मिश्र धातु को लगभग 0.15 मिमी/वर्ष (6.0 एमपीवाई) मापा गया है, जबकि तुलनीय परिस्थितियों में 310-परिवार स्टेनलेस स्टील के लिए लगभग 0.23 मिमी/वर्ष (8.9 एमपीवाई) मापा गया है। कम संक्षारण दर सीधे घटक के लंबे जीवन और निरीक्षण या प्रतिस्थापन के लिए कम अनियोजित आउटेज में तब्दील हो जाती है।

ऊंचे तापमान पर रेंगने और तनाव की टूटन शक्ति की तुलना कैसे होती है?

उच्च तापमान पर निरंतर भार के तहत धातु की धीमी, समय-निर्भर विकृति को रेंगना कहा जाता है, और तनाव-टूटना शक्ति यह बताती है कि एक निश्चित सेवा घंटों के बाद सामग्री टूटने से पहले कितना तनाव सहन कर सकती है। यह गुण किसी भी भट्ठी घटक के लिए मायने रखता है जो गर्म होने पर लोड के तहत होता है - आंतरिक दबाव के तहत एक उज्ज्वल ट्यूब, अपवर्तक का समर्थन करने वाला एक हैंगर, या पायरोलिसिस भट्ठी में एक कुंडल - उन घटकों से अलग होता है जो बिना किसी महत्वपूर्ण यांत्रिक भार के गर्मी के संपर्क में आते हैं, जैसे कि मफल लाइनर या ढाल।

310एस मध्यम रेंगने की क्षमता प्रदान करता है, जो हल्के ढंग से लोड किए गए घटकों के लिए पर्याप्त है। इंकोलॉय 800H और 800HT को विशेष रूप से नियंत्रित कार्बन सामग्री (0.05–0.10%) और कम से कम 2,100 डिग्री F (1,149 डिग्री) पर एक मोटे अनाज समाधान एनील के माध्यम से मानक 800 या 310 {{10} पारिवारिक स्टेनलेस स्टील्स प्रदान करने वाले रेंगने वाले जीवन को बढ़ाने के लिए विकसित किया गया था। इंकोलॉय 800HT निरंतर उच्च तापमान तनाव के तहत सबसे लंबे व्यावहारिक सेवा जीवन की मांग करने वाले अनुप्रयोगों, जैसे कि एथिलीन फर्नेस टयूबिंग और पायरोलिसिस कॉइल्स के लिए एल्यूमीनियम {{18} और - टाइटेनियम विनिर्देश को और भी मजबूत करता है।

स्रोत: ASTM A240/B407/B409 विनिर्देश डेटा से संकलित और रिफाइनरी और भट्टी सेवा में 310/310H और Incoloy 800H/800HT के लिए उच्च तापमान संक्षारण दर और यांत्रिक {55 संपत्ति अध्ययन प्रकाशित किया गया है। अंतिम विनिर्देश से पहले वर्तमान एएसएमई अनुभाग II भाग डी या लागू कोड संस्करण के विरुद्ध स्वीकार्य डिज़ाइन को सत्यापित करें।

लागत में क्या अंतर है और प्रीमियम कब उचित है?

निकल लगातार दोनों सामग्रियों के लिए मिश्र धातु अधिभार मूल्य निर्धारण का सबसे बड़ा एकल चालक है, लेकिन इंकोलॉय 800H/HT वजन के हिसाब से 310S की तुलना में लगभग 50 प्रतिशत अधिक निकल वहन करता है, और निकल आम तौर पर क्रोमियम और लोहे के एक महत्वपूर्ण गुणक पर व्यापार करता है जो 310S की अधिकांश मिश्र धातु सामग्री बनाते हैं। इससे निर्माण पर विचार किए जाने से पहले ही 800 -श्रृंखला के मिश्रधातुओं को प्रति{7}पाउंड या प्रति{8}रैखिक-फुट आधार पर खरीदना अधिक महंगा हो जाता है।

ऊपर दी गई तकनीकी तुलना से जो निर्णय रूपरेखा मिलती है वह सीधी है। 310एस निर्दिष्ट करें जब घटक को स्वच्छ ऑक्सीकरण वातावरण, प्रकाश या कोई यांत्रिक भार नहीं, और मध्यम सेवा {{2} जीवन अपेक्षाएं - भट्टी के गोले, दरवाजे, पंखे, और गैर {{4} भार - भार वहन करने वाली ढालें ​​सामान्य फिट दिखाई देती हैं। इंकोलॉय 800H या 800HT निर्दिष्ट करें जब घटक तापमान पर निरंतर भार के अधीन हो, कार्बराइजिंग या सल्फाइडाइजिंग वातावरण के संपर्क में हो, या जब एक असफल घटक को बदलने के लिए अनियोजित शटडाउन की लागत सामग्री लागत प्रीमियम से काफी अधिक हो - रेडिएंट ट्यूब, प्रक्रिया {10}हीटर घटक, एथिलीन क्रैकिंग कॉइल, और लंबे कार्बराइजिंग चक्र के साथ गर्मी उपचार फिक्स्चर सामान्य फिट होते हैं।

फैब्रिकेशन, वेल्डिंग और हीट ट्रीटमेंट आवश्यकताएँ कैसे भिन्न होती हैं?

310S एक ऐसा घोल है जिसे 1,900-2,100 डिग्री F (1,030-1,150 डिग्री) की सीमा में ठंडा किया जाता है, जिसके बाद तेजी से ठंडा किया जाता है, जो कार्बाइड को वापस घोल में डालता है और संक्षारण प्रतिरोध को अधिकतम करता है। यदि 310 {{15} पारिवारिक उपकरण ने 1,200 डिग्री एफ (650 डिग्री) से ऊपर विस्तारित सेवा देखी है और सिग्मा चरण का गठन किया है, तो लचीलापन आमतौर पर उसी समाधान के साथ बहाल किया जा सकता है {{16} एनील चक्र; 1,200 डिग्री फ़ारेनहाइट से ऊपर लगभग हर 1,000 घंटे की सेवा के बाद पुनः एनील करना, सिग्मा बनने की संभावना वाले उपकरणों के लिए आमतौर पर उद्धृत रखरखाव अंतराल है।

इंकोलॉय 800H और 800HT को न्यूनतम 2,100 डिग्री F (1,149 डिग्री) - पर सॉल्यूशन एनील की आवश्यकता होती है, जो विशेष रूप से मोटे अनाज संरचना (आमतौर पर एएसटीएम ग्रेन आकार संख्या . 5 या मोटे) का उत्पादन करने के लिए 310S - के लिए उपयोग किए जाने वाले एनील से काफी अधिक है, जो रेंगने वाले जीवन को बेहतर बनाता है। दोनों मिश्रधातुओं को मानक गैस टंगस्टन चाप द्वारा वेल्ड किया जा सकता है और ढालित धातु चाप प्रक्रियाओं द्वारा मिलान या निकट मिलान वाले भराव धातु के साथ वेल्ड किया जा सकता है, और दोनों पारंपरिक रूप से ठंडे{{13}बनाये जाते हैं, हालांकि 800-श्रृंखला मिश्रधातु अपने मोटे अनाज के आकार के कारण भारी ठंड के बाद एक विशिष्ट सतह बनावट ("नारंगी छील") प्रदर्शित कर सकते हैं।

आपको सामान्य भट्टी और भट्ठी के घटकों के लिए कौन सा मिश्र धातु निर्दिष्ट करना चाहिए?

स्रोत: प्रलेखित मिश्र धातु गुणों और सामान्य औद्योगिक भट्ठी/भट्ठा अभ्यास के आधार पर सामान्य चयन मार्गदर्शन। घटक -विशिष्ट चयन में वास्तविक वायुमंडल रसायन विज्ञान, दबाव रेटिंग, थर्मल साइक्लिंग आवृत्ति और लागू डिज़ाइन कोड को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

प्रश्न: क्या 310S और Incoloy 800H को एक ही भट्टी में एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जा सकता है?

उत्तर: आम तौर पर नहीं. उनके पास अलग-अलग थर्मल विस्तार दर और अलग-अलग रेंगने का व्यवहार है, इसलिए उन्हें लोड के तहत एक ही वेल्डेड असेंबली में मिलाने से अलग-अलग तनाव पैदा हो सकता है। जहां दोनों मिश्र धातुएं एक ही भट्टी में दिखाई देती हैं, उनका उपयोग आम तौर पर अलग-अलग, स्वतंत्र रूप से समर्थित घटकों - में किया जाता है, उदाहरण के लिए, इंकोलॉय 800H आंतरिक टयूबिंग के साथ 310S शेल।

प्रश्न: क्या इंकोलॉय 800, इंकोलॉय 800एच या 800एचटी के समान है?

उत्तर: नहीं। मानक इंकोलॉय 800 (यूएनएस एन08800) व्यापक कार्बन रेंज की अनुमति देता है और मोटे अनाज, उच्च तापमान वाले घोल को नहीं ले जाता है जो 800एच (यूएनएस एन08810) और 800एचटी (यूएनएस एन08811) को उनकी बेहतर रेंगने की ताकत देता है। वर्तमान भट्टी और प्रक्रिया {{11}हीटर विनिर्देशों में, 800एच और 800एचटी ने बड़े पैमाने पर मानक 800 को प्रतिस्थापित कर दिया है।

प्रश्न: क्या 310एस को पोस्ट-वेल्ड ताप उपचार की आवश्यकता होती है?

उत्तर: अधिकांश भट्ठी अनुप्रयोगों में संक्षारण प्रतिरोध के लिए नहीं, क्योंकि 310S वेल्ड संबंधित संवेदीकरण के लिए अच्छे प्रतिरोध के साथ कम {{1}कार्बन ग्रेड है। यदि उपकरण को सिग्मा {{4} चरण {{5} बनाने की सीमा में विस्तारित सेवा दिखाई देगी, तो एक आवधिक समाधान एनील - तनाव राहत नहीं - उचित सुधारात्मक उपचार है, न कि नियमित पोस्ट {{8} वेल्ड आवश्यकता।

प्रश्न: निरंतर 310एस सेवा के लिए व्यावहारिक तापमान सीमा क्या है?

ए: निरंतर ऑक्सीकरण सेवा के लिए लगभग 2,000 डिग्री एफ (1,093 डिग्री), इस चेतावनी के साथ कि 1,200-1,650 डिग्री एफ (650-900 डिग्री) रेंज के माध्यम से साइकिल चलाने वाले उपकरण समय के साथ सिग्मा चरण भंगुरता के संपर्क में आते हैं और आवधिक पुन: एनीलिंग के लिए मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

प्रश्न: कार्बराइजेशन प्रतिरोध के लिए निकल सामग्री इतनी अधिक क्यों मायने रखती है?

उत्तर: कार्बन की निकेल में घुलनशीलता बहुत कम होती है और यह लोहे या क्रोमियम की तुलना में इसमें अधिक धीरे-धीरे फैलता है। चूँकि Incoloy 800H में 310S के लिए लगभग 19-22% की तुलना में लगभग 30-35% निकल होता है, कार्बन समान कार्बराइजिंग स्थितियों के तहत इसकी सतह में अधिक धीरे-धीरे प्रवेश करता है, जो मुख्य कारण है कि 800H कार्बराइजिंग फर्नेस वायुमंडल में 310-फैमिली स्टेनलेस स्टील्स से बेहतर प्रदर्शन करता है।