Incoloy 800 vs 800H vs 800HT: 탄소 함량, 입자 크기 및 크리프 강도 차이

소개

인콜로이 800, 800H, 800HT동일한 니켈-철-크롬 합금 제품군에 속하며, INCONEL 합금 600은 당시 전략적으로 희귀한 소재였던 큰 니켈 함량에 의존하지 않고 내열성과 내식성을 제공하기 위해 1950년대부터 Special Metals Corporation에서 개발되었습니다. 세 가지 모두 동일한 명목상 니켈, 크롬 및 철 범위를 공유합니다. 이를 구별하는 요소 -와 지정 엔지니어 또는 조달 관리자가 실제로 이해해야 하는 것 -은 탄소 함량, 알루미늄-+-티타늄 함량, 최종 어닐링에 의해 달성된 입자 크기 등의 작은 구성 및 야금 제어 세트입니다. 이러한 제어 기능을 통해 수년간 연속 고온 서비스를 제공하는 동안 재료가 얼마나 많은 크리프 및 응력{11}}파단 강도를 제공할 수 있는지 결정합니다.

이 기사에서는 Special Metals Corporation이 INCOLOY 합금 800(SMC-046) 및 INCOLOY 합금 800H 및 800HT(SMC-047) 기술 게시판에 게시한 제한적인 화학 조성과 장기 파열-강도 데이터를 사용하여 세 가지 등급을 모두 직접 비교하므로 구매자가 올바른 등급을 올바른 서비스 온도 및 설계 수명에 맞출 수 있습니다.

합금 800, 800H 및 800HT의 근본적인 차이점은 무엇입니까?

세 가지 합금 모두 동일한 30~35% 니켈 / 19~23% 크롬 / 39.5% 최소를 공유합니다. 철 기반이지만 800H 및 800HT는 더 엄격한 탄소 및 알루미늄-과-티타늄 제한으로 생산된 800 -의 야금학적으로 업그레이드된 버전이며, 특히 장기간 고온 서비스에 대한 크리프 및 응력-파단 강도를 높이기 위해 더 거친 입자 구조를 성장시키는 고온 용체 어닐링을 제공합니다.-

Special Metals의 자체 기술 문헌은 이 점에 대해 명시적으로 설명합니다. 세 가지 합금의 기본 요소는 모두 동일하며 합금의 물리적 및 열적 특성(밀도, 열팽창, 전기 저항률, 탄성 계수)은 전체 구성 범위가 겹치기 때문에 본질적으로 동일합니다. 중요한 차이점은 넓은 의미에서 화학적이 아니라 야금학적입니다. - 이는 세 가지 특정 매개변수, 즉 탄소 함량, 알루미늄-+-티타늄 함량 및 최종 입자 크기가 얼마나 엄격하게 제어되는지와 관련이 있습니다.

이로 인해 합금 800은 일반적으로 실내 온도 또는 적당한 온도에서 단기간 하중을 가할 때 더 높은-강도를 선택하는 반면, 부품이 약 1,000°F(540°) 이상에서 수년간 연속 노출되는 동안 시간에 따른 변형(크리프)에 저항해야 하는 경우에는 800H 및 800HT가 올바른 선택입니다.

탄소 함량은 세 등급에 따라 어떻게 다르며 왜 중요한가요?

합금 800은 지정된 최소값 없이 최대 0.10%의 탄소를 허용합니다. 합금 800H에는 0.05~0.10%의 탄소가 필요합니다. 합금 800HT는 그 범위를 0.06~0.10% 탄소로 더욱 강화합니다. - 이 합금 계열에서 크리프-파단 강도를 결정하는 가장 큰 단일 레버인 층은 점점 더 좁아지고 높아집니다.

Special Metals의 회보에서는 고-탄소 합금 800이 동일한 공칭 구성의 저탄소 재료보다 더 높은 크리프 및 파열 특성을 갖는다는 사실이 오랫동안 인식되어 왔다고 언급하고 있습니다. 이것이 바로 이 회사가 자체 등급으로 공식화되기 훨씬 전에 표준 합금에 허용되는 최대 0.10%의 상위 부분인 0.05~0.10% 범위-로 용융되기 시작한 이유입니다.800 - 이 합금 계열의 탄소는 고온에 노출되는 동안 결정립 경계에 크롬 탄화물로 침전됩니다.- 올바른 수준과 입자 크기로 제어되면 이러한 탄화물은 입자 경계를 고정하고 크리프 변형을 유발하는 경계 슬라이딩에 저항합니다.

출처: Special Metals Corporation, INCOLOY 합금 800H 및 800HT 기술 게시판, 간행물 번호 SMC-047(표 1).

구매자에게 중요한 차이: 합금 800의 탄소 천장(최대 0.10%)이 800H 및 800HT 범위와 완전히 겹치기 때문에 일반 합금 800의 열은 화학적으로만 이미 800H 탄소 창 안에 들어갈 수 있습니다. 탄소 함량만으로는 열 800H-를 충족할 수 없지만 - 아래에 설명된 입자 크기 요구 사항도 충족하고 검증해야 합니다.

입자 크기가 크리프 강도에 중요한 이유는 무엇입니까?

합금 800에는 지정된 입자 크기 요구 사항이 없지만 800H 및 800HT는 모두 2,100~2,200도(1,150~1,200도)에서 용액 어닐링을 통해 달성되는 No. 5 이상의 평균 ASTM 입자 크기가 필요합니다. 노출 후 인성-.

고온에서의 크리프 변형은 결정립 경계를 따라 미끄러짐에 의해 실질적으로 발생하기 때문에 결정립 크기와 크리프 저항성은 이 합금 시스템에서 직접적으로 연결됩니다. 더 거친 결정립 구조는 비례적으로 단위 부피당 더 작은 결정립-경계 슬라이딩에 사용할 수 있는 경로를 줄이고 카바이드 피닝과 결합하여 부품이 허용할 수 없을 정도로 변형되거나 주어진 설계 수명 동안 파열되기 전에 부품이 견딜 수 있는 응력을 높입니다.

Special Metals의 회보에서는 이것이 생산 과정에서 어떻게 달성되는지 구체적으로 설명합니다. 합금 800H 및 800HT는 최종 생산 단계로 화씨 2,100~2,200도(1,150~1,200도)에서 용체화 어닐링되며, 온도 시간은 단면 크기 및 용광로 특성에 따라 조정되어 ASTM No.의 최소 평균 입자 크기에 도달합니다.{10}}

이 게시판에서는 또한 수익 감소 지점과 관련 절충안을 직접적으로 표시합니다.{0}}온도와 시간은 과도한 입자 성장을 제한하기 위해 제어되어야 합니다. 특정 거칠기 이상으로 추가 크리프 강도를 얻을 수 있는 것이 거의 없고, 매우 거친 입자는 고온 노출 후 인성을 낮추기 때문입니다.- 약 20% 이상의 냉간 성형이 이루어지거나 미세한 표면 마감이 필요한 응용 분야의 경우 동일한 게시판에서는 대신 미세한 입자 상태의 재료를 주문할 것을 권장하며 거친-입자 처리는 보편적인 업그레이드가 아닌 의도적인 서비스-특정 절충-임을 강조합니다.

출처: Special Metals Corporation, INCOLOY 합금 800H 및 800HT 기술 게시판, 간행물 번호 SMC-047(표 1 및 어닐링 - 기본 관행 섹션).

특수(더 미세한 또는 더 거친) 입자- 크기 범위 - 플레이트 및 튜브/파이프용 ASTM 1–5 및 시트용 ASTM 2–5 -도 특정 주문에 대해 합의될 수 있으므로 성형 및 서비스 요구 사항의 특이한 조합을 가진 구매자는 표준 ASTM 5-또는 더 거친 기본값을 가정하는 대신 구매 주문에 입자 크기를 명시적으로 지정해야 합니다.

800H와 800HT의 알루미늄-플러스-티타늄 수준은 어떻게 다릅니까?

합금 800과 800H는 모두 0.30~1.20%의 알루미늄과 티타늄의 결합을 허용하지만 합금 800HT는 결합 범위를 더 좁고 더 높은 0.85~1.20%로 제한합니다. - 탄소 및 입자 크기와 함께 특수 금속이 800HT의 크리프-파단 강도를 800H 이상으로 높이는 데 사용하는 세 번째 제어입니다.

Special Metals의 게시판에서는 이를 고의적인 전략으로 직접 설명합니다. 이 회사는 자체 800H 생산을 위해 알루미늄 및 티타늄 함량을 지정된 범위의 상위 부분으로 유지했습니다. 특히 그렇게 하면 최소 요구 사항만 충족하는 경쟁사의 800H 재료보다 더 높은 크리프 및 응력{1}}파단 특성이 발생했기 때문입니다. 내부 선호 사항으로 높은-범위를 두는 대신 Special Metals는 이를 필수 0.85~1.20% Al+Ti 바닥 및 천장, 0.06~0.10% 탄소 범위 및 위에서 설명한 2,100°F(1,149°)의 최소 용액-어닐링 온도를 갖춘 명확하고 제한된{5}}화학 등급 - 800HT -로 공식화했습니다.

800HT 화학 창은 800H 창 내부에 완전히 위치하므로 800HT 요구 사항에 대해 생성된 모든 열은 자동으로 800H 요구 사항도 충족합니다. -이것이 800HT 재료가 UNS N08811 및 UNS N08810 모두에 대해 일상적으로 이중 인증을 받는 이유입니다-. 그 반대는 사실이 아닙니다. 일반적인 800H 재료는 더 엄격한 탄소, Al+Ti 및 입자 크기 요구 사항을 독립적으로 충족하지 않으면 800HT로 인증될 수 없습니다.{12}}

전체 구성 비교: 합금 800 vs 800H vs 800HT

세 등급은 탄소, 알루미늄, 티타늄만 다르며 입자 크기 - 다른 모든 제한 구성 요소(니켈, 크롬, 철, 망간, 황, 실리콘, 구리)는 세 등급 모두 동일하게 지정됩니다.

출처: Special Metals Corporation, INCOLOY 합금 800H 및 800HT 기술 게시판, 간행물 번호 SMC-047, 표 1 - INCOLOY 합금 800, 800H 및 800HT에 대한 화학 조성 제한.

크리프-파단 강도가 가장 높은 합금은 무엇입니까?

합금 800HT는 세 가지 등급 중 가장 높은 장기-크리프-파단 강도를 제공하고 800H가 그 뒤를 따릅니다. 특수 금속에서는 일반 합금 800을 최적의 크리프{5}}파단 특성, 특히 화씨 1,500도(816도) 이상에서 요구되는 용도로 권장하지 않습니다.

Special Metals에서는 합금 800H 및 800HT가 합금 800보다 크리프 및 파단 강도가 훨씬 더 높으며 합금 800은 일반적으로 최적의 크리프{4}}파단 특성이 필요한 곳에 사용되지 않는다고 명시합니다. - 800대신 H 또는 800HT를 지정해야 합니다. 이 순위는 특히 장기간-온도 부하가 높은-경우에 적용됩니다. 실온 및 단시간 노출 동안-합금 800은 실제로 800H 또는 800HT보다 더 높은 인장 강도를 나타낼 수 있습니다. 왜냐하면 800H/800HT의 거친-결립, 고온-온도{16}}어닐링 조건이 단기-장기 크리프 저항과 맞바꾸기 때문입니다.

아래 표는 800H 및 800HT 합금에 대한 특수 금속의 대표적인 10,000-, 30,000-, 50,000- 및 100,000시간 파열 강도 값을 재현합니다. 두 등급 모두 동일한 용체 어닐링 입자 크기 목표를 공유하기 때문에 제조업체 게시판에서 단일 데이터 세트로 처리됩니다. 800HT의 더 단단한 탄소 및 Al+Ti 화학은 이 응력 범위 내에서 위치를 높이고 ASME의 허용 가능한 설계 응력에 별도로 반영됩니다(다음 섹션에서 논의).

출처: Special Metals Corporation, INCOLOY 합금 800H 및 800HT 기술 게시판, 간행물 번호 SMC-047, 표 7 - INCOLOY 합금 800H/800HT의 대표적인 파열 강도 값.

실제로 읽어보세요. 온도가 상승하고 설계 수명이 길어지면 파열 강도가 급격하게 떨어집니다. 이는 크리프-파단 메커니즘이 예측하는 것과 정확히 같습니다. 1,600°F(870°)에서 100,000-시간(약 11.4-년) 서비스 수명을 위해 설계된 구성요소는 10,000-시간 설계 수명 동안 동일한 온도에서 3.5ksi에 비해 약 2.5ksi(17MPa) -만 전달할 수 있습니다. 이것이 바로 올바른 등급과 올바른 설계 수명 응력 값을 실제 작동 온도에 일치시키는 것이 이 합금 제품군의 안전하고 규정을 준수하는 장비 설계의 핵심이며 단순히 데이터 시트에서 단일 "최대 온도" 숫자를 읽는 것이 크리프 제한 서비스에 대한 적절한 설계 기준이 아닌 이유입니다.

ASME 코드 케이스 설계 스트레스는 어떻게 비교됩니까?

합금 800HT(ASME 코드 케이스 1987)는 1,100~1,650°F 사용 범위에서 합금 800H(ASME 코드 케이스 1325)보다 더 높은 최대 허용 설계 응력을 전달합니다. 이는 800HT의 더 엄격한 탄소 및 Al+Ti 화학의 직접적인 코드 인식 결과이며 많은 구매자가 800H가 필요한 경우에도 800HT를 지정하는 실질적인 이유입니다. 그렇지 않으면 최소 요구 사항을 충족합니다.

ASME 보일러 및 압력 용기 규정에 따라 섹션 I 및 섹션 VIII, 디비전 1 구조에 대한 합금 800 설계 응력은 섹션 II, 파트 D에 직접 나열되어 있으며 최대 1,500도 F(816도)까지 커버 서비스를 제공합니다. 합금 800H의 설계 응력은 섹션 II, 파트 D에도 나열되어 있으며 코드 케이스 1325(최대 화씨 1,500도/816도) 및 섹션 VIII, 디비전 1 서비스에 대한 코드 케이스 1983에서 최대 화씨 1,800도(982도)까지 자세히 설명되어 있습니다.

Code Case 1987에 포함된 합금 800HT의 최대 허용 응력은 화씨 1,100~1,650도 범위에서 명시적으로 800H보다 높으며, 800HT로 인증된 재료는 자동으로 모든 800H 요구 사항을 충족합니다. -이것이 800HT가 일반적으로 공장에서 UNS N08811 및 UNS N08810에 모두 이중으로 찍혀 있는 이유입니다.- 인증서.

• 합금 800(N08800) - 섹션 I/섹션 VIII, Div. 1 및 ASME II 파트 D당 2개의 설계 응력; 1,500도 F(816도)까지 서비스합니다.
• 합금 800H(N08810) - ASME 코드 케이스 1325(최대 1,500°F/816도) 및 섹션 VIII, Div. 1 서비스에 대한 코드 케이스 1983, 1,800°F(982도)까지.
• 합금 800HT (N08811) - ASME 코드 사례 1987(최신 개정판); 1,100-1,650F에서 800H보다 더 높은 허용 응력; 또한 Code Case 1983 값을 통해 1,800°F(982°)까지 보장됩니다.

정직하게 표시할 가치가 있는 조달 메모: 역사적 기록에 따르면 이러한 허용 응력은 이전에 이동했으며 다시 이동할 수 있습니다. Special Metals의 자체 설명에 따르면 ASME Metals Property Council이 Special Metals의 자체 히트보다 약한 재료를 포함하여 - 여러 생산업체에 걸쳐 87개의 열과 1,052개의 데이터 지점에서 수집된 800H 크리프-파단 데이터를 재분석했을 때 - 코드의 허용 가능한 800H 설계 응력이 화씨 1,100~1,500도에 대해 하향 수정되었습니다. (593~816도) 범위. 이 에피소드가 바로 800HT가 더 엄격한 별도의 화학 등급으로 존재하는 이유입니다.{17}}이를 통해 Special Metals는 풀링된 800H 개정과 관계없이 자체 데이터를 바탕으로 자체 재료가 지원할 수 있는 더 높은 설계 응력을 계속 제공할 수 있었습니다.

합금 800, 800H, 800HT를 언제 지정해야 합니까?

크리프가 주요 설계 조건이 아닌 약 1,500°F(816°) 미만의 일반 부식- 및 내열성 서비스에 대해 일반 합금 800을 지정합니다. 크리프-파단 강도가 해당 범위 이상의 설계 수명을 좌우하는 기준 등급으로 800H를 지정합니다. 애플리케이션이 더 높은 허용 설계 스트레스와 이중 UNS 인증을 정당화하는 800HT를 지정합니다. - 일반적으로 가장 높은-온도, 가장 긴{11}}설계-수명 압력-경계 구성 요소입니다.

합금 800 - 용광로 바스켓, 트레이 및 고정 장치; 크리프 수명보다 응력{3}}부식 균열에 대한 저항성이 더 중요한 질산-산 또는 염화물- 베어링 매체의 열 교환기 및 배관; 전기 가열-요소 외장.

합금 800H - 증기/탄화수소 개질기 촉매 배관, 대류 배관, 피그테일 및 출구 매니폴드; 에틸렌 분해 및 대류 튜브; 열처리로의 복사관, 머플 및 레토르트-; 증기-발생기 및 과열기 배관.

합금 800HT - 800H와 동일한 크리프-핵심 용광로 및 개질기 응용 분야. 설계 계산에 더 높은 코드 사례 1987 허용 응력이 필요한 경우 또는 구매자가 여러 프로젝트 사양에 걸친 유연성을 위해 이중 N08810/N08811 인증을 원하는 경우 800H 대신 지정됩니다.

실제로 오늘날 대부분의 공장에서는 800HT 자격을 얻을 수 있을 만큼 충분히 조밀한 화학 및 입자 크기에 맞게 합금 800H 재료를 생산하고 이를 공장 테스트 보고서의 두 UNS 번호에 대해 이중으로 인증합니다-. 따라서 구매자는 명목상 "800H" 주문이 자동으로 800HT- 수준의 설계 응력을 수반한다고 가정하기보다는 위의 표 1과 비교하여 실제 MTR 화학 및 입자 크기 결과를 항상 확인해야 합니다.-

자주 묻는 질문

Q: Incoloy 800HT는 단순히 800H의 상위 등급인가요?

A: 완전히 별개의 합금 계열은 아닙니다. - 800HT의 구성은 800H의 제한된 하위 집합이며 항상 800H의 한계 내에 속합니다. 차이점은 800HT는 더 좁은 탄소(0.06–0.10% vs. 0.05–0.10%), 더 높은 알루미늄-+-티타늄(0.85-1.20% vs. 0.30-1.20%) 함량, 2,100°F(1,149°)의 최소 용액 어닐링을 요구하며 더 높은 ASME 허용 설계 응력을 수반한다는 점입니다. 코드 케이스 1987에 따라.

Q: 800HT를 지정하는 프로젝트에서 800HT를 합금 800H로 대체할 수 있습니까?

A: 아니요, 자동으로 아닙니다. 합금 800HT 재료는 항상 800H 요구 사항을 충족하므로 이중-인증을 받을 수 있지만 그 반대는 보장되지 않습니다. - 일반 800H 재료는 실제 화학 및 입자 크기가 독립적으로 더 엄격한 800HT 제한을 충족하는 경우에만 800HT 자격을 얻습니다. 밀 테스트 보고서를 확인해야 합니다.

Q: 입자 크기가 거칠수록 800H와 800HT가 전체적으로 약해 집니까?

A: 아니요, - 이는 '약함'이 일반적으로 의미하는 것과 반대 방향으로 의도적으로 절충한 것입니다.- 더 거친 입자(ASTM No. 5 또는 더 거친)는 고온에서 장기 크리프 및 응력-파단 강도를 향상시키며, 이는 이 등급이 설계된 특성입니다. 그 대신-고온 노출 후 인성이 감소하고-세립 합금 800에 비해 단기-상온 강도가 낮다는- 것이 전체적인 약점은 아니지만{11}}상충됩니다.

Q: 각 등급별 최대 사용 온도는 얼마입니까?

A: ASME 섹션 I 및 섹션 VIII, Division 1에 따라 합금 800은 화씨 1,500도(816도)까지 허용됩니다. 합금 800H는 또한 코드 케이스 1325에 따라 화씨 1,500도(816도)로 나열되어 있으며 섹션 VIII, 디비전 1 서비스는 코드 케이스 1983에 따라 화씨 1,800도(982도)로 확장됩니다. 합금 800HT의 코드 케이스 1987 응력은 더 높은 허용 값에서 800H와 동일한 1,100~1,650도 F 범위를 포괄합니다. 화씨 1,800도(982도) 서비스도 코드 케이스 1983을 통해 해결됩니다.

Q: 세 가지 합금 모두 본질적으로 동일한 내식성을 갖는 이유는 무엇입니까?

A: 내산화성, 내침탄성, 내염화물 응력-부식균열-을 결정하는 원소인 니켈, 크롬, 철-은 세 등급 모두 동일하게 지정됩니다. 800, 800H 및 800HT 간의 구성 차이는 탄소, 알루미늄 및 티타늄으로 제한되며 이는 일반적인 부식 거동보다는 기계적 및 크리프 특성에 영향을 미칩니다.

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