Incoloy 800과 HK-40 주조 합금 비교: 석유화학로 튜브용 단조 재료와 주조 재료 비교

인코로이 800(및 고온 변형 800H/800HT) 및 HK{4}}40 주조 합금은 모두 석유화학 용광로 튜브 사양에 나타나지만 근본적으로 다른 경로(- 하나, 하나의 단조, 하나의 주조)로 생산되며 이러한 제조 차이는 달성 가능한 튜브 크기, 극한 온도에서의 크리프 강도, 연성, 용접성 및 현장 수리 옵션과 같은 거의 모든 실질적인 결정을 내리게 합니다.

이 가이드에서는 제조 공정, 미세 구조, 기계적 성능 및 실제{0}}로 응용 분야 전반에 걸쳐 두 가지 재료를 비교하므로 엔지니어와 조달 팀은 더 친숙한 합금을 기본값으로 지정하는 대신 올바른 튜브 재료를 지정할 수 있습니다.

Incoloy 800과 HK-40은 무엇이며 왜 Furnace Tube와 비교됩니까?

Incoloy 800은 열간 가공 및 냉간 인발 방식으로 생산되는 연철-니켈-크롬 합금 튜브인 반면, HK-40은 주로 원심(스핀) 주조 방식으로 생산되는 내열성 철-크롬{7}}니켈 합금입니다. 둘 다 석유화학 용광로에 사용되지만 일반적으로 상호 교환이 가능하지 않고 서로 다른 튜브 크기와 온도 범위에 맞게 선택됩니다.

근거: Incoloy 800/800H/800HT(UNS N08800/N08810/N08811)는 단조 이음매 없는 튜브로 제조됩니다. 주조 잉곳을 열간-압출하거나 천공한 다음 냉간 인발하고 최종 크기로 어닐링하여 균질하고 미세한--제어된-결립 구조를 생성합니다. 높은 연성을 가지고 있습니다.

HK{4}}40(UNS J94204, ASTM A297/A608에 따름)은 정적 또는 원심 주조 튜브로 제조됩니다. 용융 합금을 회전 주형에 붓고 튜브 형태로 직접 응고되어 -주조 수지상 미세 구조를 생성합니다. 두 합금 모두 유사한 크롬-니켈-철 베이스를 공유하므로 동일한 용광로에 대해 자주 비교되지만, 생산 경로를 통해 하나는 작은 직경의 코일 튜브 및 피팅(Incoloy 800 시리즈)에 더 적합하고 다른 하나는 큰 직경의 긴 단일 피스 방사 튜브(HK-40)에 더 적합합니다.

표 1 - ASTM B407/B163(Incoloy 800H/800HT) 및 ASTM A297/A608(HK{10}}40)에 따른 대표적인 구성 및 제조 경로. HK-40의 훨씬 더 높은 탄소 함량은 의도적이고 고온 강도의 핵심입니다.

단조 및 주조 제조 공정은 어떻게 다르며 왜 중요한가요?

단조 가공은 높은 연성 및 설계 유연성을 갖춘 균질한 등축 결정립 구조를 생성하는 반면, 원심 주조는 튜브 외부 표면에서 안쪽으로 방사되는 원주형/수지상 결정립 구조를 생성합니다. 이는 일부 연성을 희생하지만 HK-40의 뛰어난 고온 강도를 담당하는 수지상 간 탄화물 네트워크를 가능하게 합니다.

단조 Incoloy 800 생산 시 열간 압출 및 냉간 인발은 원래의 주조 잉곳 구조를 분해하고 어닐링 중에 이를 새롭고 보다 균일한 입자로 재결정화합니다. 이 공정은 -주물 분리 및 다공성을 적극적으로 제거하여 예측 가능한 등방성 기계적 특성과 굽힘, 플레어링 및 복잡한 형상의 용접을 위한 우수한 성형성을 갖춘 재료를 생성합니다.

HK-40의 원심 주조에서 용융 금속은 후속 열간 가공 없이 최종 튜브 형태로 직접 응고됩니다. 따라서 생성된 입자 구조 - 외부 직경 근처의 거친 원주형 입자가 보어 근처의 등축 입자로 전환되는 - 완성된 부품에 영구적으로 남아 있습니다. 이-주조 구조에는 돌기 간 경계를 따라 1차 크롬 탄화물 네트워크가 포함되어 있으며, 이는 바로 HK-40에 고온 크리프 강도를 제공하는 미세 구조적 특징입니다.

일반적인 용광로 작동 온도에서 크리프{0}}파단 강도가 더 높은 합금은 무엇입니까?

HK-40은 에틸렌 열분해로 및 증기 메탄 개질기의 일반적인 900~1100도 튜브 금속 온도에서 단조 Incoloy 800H/800HT보다 훨씬 더 높은 크리프 파열 강도를 제공합니다. 이는 Incoloy800 -가 아닌 HK-40 -가 대형 개질기 및 분해로 튜브의 표준 재료인 주된 이유입니다.

근거: HK-40의 훨씬 높은 탄소 함량(0.35~0.45%, Incoloy 800H/800HT의 0.06~0.10%)으로 인해 크롬이 풍부한 M23C6/M7C3 탄화물의 조밀하고 연속적인 네트워크가 응고 중에 수지상 돌기 경계를 따라 형성될 수 있습니다. 사용 온도에서 이 탄화물 네트워크는 이러한 온도에서 지배적인 크리프 메커니즘인 결정립 경계 슬라이딩 및 전위 운동에 강력하게 저항합니다.

Incoloy 800H/800HT는 상대적으로 가벼운 탄화물 석출 전략과 제어된 가공 입자 크기에 의존합니다. 이는 대략 800~900도까지 효과적이지만 가장 까다로운 개질기와 분해로 튜브가 작동하는 900~1100도 범위에서 HK-40의 강도와 일치하지 않습니다.

표 2 - 질적 크리프-서비스 비교. 실제 허용 응력 값은 코드- 및 시간-에 따라 다릅니다. 수치 설계 값은 ASME 섹션 I/VIII Division 1 부록 또는 API 530/560 노 튜브 설계 데이터를 참조하십시오.

단조 Incoloy 800과 Cast HK-40의 미세 구조는 어떻게 다릅니까?

Wrought Incoloy 800은 탄화물이 제어된 불연속 패턴으로 결정립 내부와 경계를 따라 분포하는 미세하고 균일한 등축 결정 구조를 갖고 있는 반면, 주조 HK-40은 열 처리만으로는 제거할 수 없는 수상돌기 암 사이에 1차 탄화물의 연속적인 주조 네트워크를 갖춘 거친 원주형-~{4}}등축 구조를 가지고 있습니다.

근거: 가공된 Incoloy 800은 열간 가공 및 어닐링 중에 재결정화되므로 최적의 강도-연성 균형을 위해 입자 구조를 지정된 ASTM 입자 크기로 제어할 수 있습니다. 이와 대조적으로 HK-40의 미세구조는 응고 순간에 고정됩니다. 주조 후 균질화 또는 안정화 열처리는 탄화물 형태를 어느 정도 수정할 수 있지만 근본적으로 주조된 수지상 결정립 구조를 가공된 등축 구조로 변환할 수는 없습니다. 이 영구적인 주조 구조는 HK-40의 고온 강도 장점과 저온에서의 연성 단점의 직접적인 원인입니다.

더 나은 연성 및 용접성을 제공하는 합금은 무엇입니까?

단조 Incoloy 800/800H는 용접 균열이 발생하기 쉽고 일반적으로 성공적인 현장 용접 및 수리를 위해 전문적인 용가재 선택, 예열 및 제어된 냉각이 필요한 주조 HK-40보다 훨씬 더 높은 연성과 더 간단한 용접성을 제공합니다.

표 3 - 단조 Incoloy 800H/800HT 대 주조 HK-40의 비교 연성 및 용접성. HK-40 특성 범위는 사용으로 인한 탄화물 조대화에 크게 영향을 받습니다. 표시된 값은 대표적인 값이며 보편적인 값은 아닙니다.

각 제조 경로에 어떤 튜브 크기와 벽 두께가 실용적인가요?

원심 주조 덕분에 HK-40은 큰-직경, 두꺼운-벽, 긴 단일{5}}튜브에 실용적인 선택이 되었으며, 단조 Incoloy 800은 코일 및 대류 섹션 튜브에서 일반적으로 사용되는 작은 직경과 얇은 벽에 더 경제적이고 쉽게 사용할 수 있습니다.

표 4 - 제조 경로별 실제 크기 범위. 정확한 성능은 주조소/공장에 따라 다릅니다. 프로젝트-별 규모에 대해서는 공급업체에 확인하세요.

단조로 튜브와 주조로 튜브의 제작 및 현장 수리는 어떻게 다릅니까?

단조 Incoloy 800 튜브는 일반적으로 대부분의 작업장에 익숙한 기존 용접 방법을 사용하여 현장에서 제작하고 수리할 수 있는 반면, HK{3}}40 현장 수리에는 주조, 탄화물이 풍부하고 자주 사용{5}}노후된 재료용으로 특별히 개발된 자격을 갖춘 절차가 필요하므로 수리가 더욱 전문적이고 위험도가 높은 작업입니다.

Wrought Incoloy 800/800H: 표준 작업장 및 현장 용접 절차, 기존 NDE(방사선 촬영, 염료 침투제)를 직접 적용하고 냉간 성형 피팅(엘보우, U{3}}벤드)을 동일한 기본 튜브에서 쉽게 제작합니다.

Cast HK-40:-미세 기공 및 수축과 같은 주조 결함을 용접 전에 평가해야 합니다. 수명이 다한 튜브에는 부서지기 쉬운 탄화물 조대화가 축적되어 용접 수리 중 균열 위험이 증가하므로 자격을 갖춘 야금학자가 평가해야 합니다.

Cast HK-40 수리는 일반적으로 제어된 예열 및 층간 온도와 함께 이종 금속 전이를 수용하고 균열 민감도를 줄이기 위해 선택된 니켈- 기반 필러 금속을 사용합니다.

HK-40 수리에 대한 용접 후 열처리 결정은 이미 사용된 -노후된 초경 구조-를 더욱 조대화할 위험과 일부 연성을 회복하는 것의 균형을 맞춰야 합니다. 이는 주조 내열 합금 경험이 있는 엔지니어가 내리는 판단에 가장 적합합니다.

어떤 합금이 비용이 더 많이 들지만{0}}직경이 크고-고온인 용광로 튜브에 더 효과적인가요?

개질로와 열분해로에 필요한 대구경, 두꺼운-벽 튜브의 경우, 원심 주조 HK{3}}40은 일반적으로 동등한 단조 Incoloy 800 튜브보다 더 비용 효율적입니다. 왜냐하면 원심 주조는 거의-순-모양의 튜브를 직접 생성하여 대형 크기에서 단조 가공에 필요한 값비싼 열간 가공 단계를 피하기 때문입니다.

크고 두꺼운 -벽 니켈-합금 튜브를 처리할 수 있는 압출 프레스 및 인발 장비의 수가 제한되어 있고 작동 비용이 많이 들기 때문에 단조 튜브 제조 비용은 직경과 벽 두께가 증가함에 따라 급격히 증가합니다. 원심 주조는 튜브가 한 단계에서 용융 금속으로 직접 형성되기 때문에 더 효율적으로 큰 크기로 확장됩니다.

이것이 바로 용광로 튜브 산업이 대형 개질기 및 크래킹 튜브용 주조 HK-40(및 관련 상위{3}}합금 주조 등급)에 집중하고 주로 가공 연성이 특별히 요구되는 작은 직경의 튜브, 피팅 및 응용 분야용으로 가공된 Incoloy 800 시리즈 재료를 확보한 이유입니다.

특정 용광로 용도에 더 적합한 합금은 무엇입니까?

HK-40은 900~1100도에서 작동하는 복사 섹션 개질기 및 에틸렌 열분해로 튜브에 선호되는 재료인 반면, Incoloy 800/800H는 최대 크리프 강도보다 연성과 제조 용이성이 더 중요한 중간 온도에서 작동하는 대류 섹션, 촉매 지지 구성 요소 및 소형 코일 튜브에 더 적합합니다.

표 5 - 석유화학로 부품에 대한 용도- 기반 합금 선택 가이드.

각 합금 유형에서 주의해야 할 주요 고장 모드는 무엇입니까?

Incoloy 800/800H 튜브는 주로 장기 크리프와 침탄 서비스의 침탄-취화로 인해 파손되는 반면, HK-40 튜브는 주로 크리프 캐비테이션, 취화로 이어지는 서비스 유도 탄화물 조대화,{6}}로 사이클링에 의한 열 피로 균열로 인해 파손됩니다. 검사 프로그램은 각 합금의 주요 메커니즘을 대상으로 해야 합니다.

표 6 - 검사 및 잔여 수명 평가 프로그램과 관련된 합금 유형별 주요 고장 모드.-

자주 묻는 질문