1. 질문: 화학 성분, 열처리 및 고온-강도 측면에서 Incoloy 800, 800H, 800HT의 주요 차이점은 무엇입니까?
A:Incoloy 800(UNS N08800), 800H(N08810) 및 800HT(N08811)는 모두 명목상 Ni 30~35%, Cr 19~23%, Fe 39~42%를 함유한 철-니켈-크롬 합금입니다. 그러나 그들은 크게 다릅니다탄소 함량, 알루미늄 + 티타늄 함량 및 열처리이는 고온-기계적 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
인코로이 800(UNS N08800):
탄소: 최대 0.10%(일반적으로 0.05~0.07%)
알 + 티: 0.3~1.2%(합계)
열처리: 980~1038도(1800~1900도 F)에서 용액 어닐링한 후 물 담금질 또는 급냉
입자 크기: ASTM 5 이상(일반적으로 20~50μm)
주요 특징: 연성과 가공성이 가장 높으나 크리프 강도가 가장 낮습니다. 크리프가 문제가 되지 않는 600도(1110F) 미만의 응용 분야에 주로 사용됩니다.
인코로이 800H(UNS N08810):
탄소: 0.05~0.10% (상위범위로 조절)
알 + 티: 0.3–1.2%
열처리: 1121~1177도(2050~2150F)에서 용액 어닐링 - 800 -보다 상당히 높은 후 급속 냉각
입자 크기: ASTM 5 이상(ASME 코드에 따라 평균 입자 직경이 최소 90μm)
주요 특징: 거친 입자 크기와 높은 탄소 함량으로 650도(1200도F) 이상에서 크리프 파단 강도가 향상됩니다. 거친 입자는 상승된 온도에서 입자 경계 미끄러짐을 감소시킵니다.
인코로이 800HT(UNS N08811):
탄소: 0.06–0.10%
알 + 티: 0.85~1.2% (상한 범위로 조절, 최소 0.85% 합산)
열처리: 800H와 동일: 1121~1177도(2050~2150F), 급속 냉각
입자 크기: ASTM 5 이상(최소 90μm)
주요 특징: 높은 Al + Ti 함량(최소 0.85%)은 사용 중에 미세하고 응집된 '(Ni₃(Al,Ti)) 석출물의 형성을 촉진하여 석출 강화를 제공합니다.. 800HT는 세 가지 등급 중 가장 높은 크리프 강도를 제공하며, 750도에서 800H보다 100,000시간 파열 강도가 약 20~30% 더 높습니다.
파이프 선택에 대한 실제적인 의미:
800 파이프: 저온-온도(600도 이하) 또는 증기 발생기 공급수 라인, 가성 이송 배관과 같은 비-크리프-제한 서비스에 사용됩니다.
800H 파이프: 650~800도에서 작동하는 석유화학 용광로 튜브, 개질기 출구 매니폴드 및 에틸렌 분해 코일에 대한 표준 선택입니다.
800HT 파이프: 최대 크리프 수명이 요구되는 과열기 튜브, 암모니아 개질기 피그테일 및 수소 개질기 출구 라인과 같은 높은 응력, 고온-응용 분야에 선호됩니다.
2. 질문: 증기 메탄 개질기(SMR) 및 에틸렌 분해로 응용 분야에서 스테인레스 스틸 310H보다 Incoloy 800H/800HT 파이프가 선호되는 이유는 무엇입니까?
A:Incoloy 800H 및 800HT 파이프는 산업 표준입니다.증기 메탄 개질기(SMR)수소 및 암모니아 공장뿐만 아니라에틸렌 열분해로석유화학 크래커에서. 몇 가지 기본 특성은 310H 스테인리스강(UNS S31009, 25% Cr, 20% Ni)에 대한 선호를 정당화합니다.
a) 700~950도(1290~1740F)에서 뛰어난 크리프 강도:
870도(1600F)에서 800HT의 100,000시간 크리프 파단 강도는 약 20~25MPa인 반면, 310H의 경우 12~15MPa입니다. 이는 동일한 설계 수명(일반적으로 개질기의 경우 100,000시간)을 달성하기 위해 310H의 경우 튜브 벽이 40~60% 더 두꺼워짐을 의미합니다.
b) 시그마 위상 취성에 대한 저항성:
310H는 25% Cr을 함유하고 니켈은 농축하지 않습니다. 550~750도에서 장기간 노출된 후 취성 시그마 상(FeCr 금속간 화합물)을 형성하여-연성과 충격 인성이 거의 0으로 감소합니다. Incoloy 800H/HT는 니켈 함량(30~35%)이 더 높아 시그마 상 형성을 완전히 억제합니다. 이는 플랜트 가동 및 종료 중에 열 순환을 경험하는 개질기 튜브에 매우 중요합니다.
c) 낮은 열팽창:
Incoloy 800H/HT의 열팽창계수(CTE)는 약 14.4 × 10⁻⁶/도(20~800도)인 반면, 310H의 경우 17.5 × 10⁻⁶/도입니다. 낮은 CTE는 벽이 두꺼운 튜브의 열 응력을 줄이고 용광로 코일의 왜곡을 최소화합니다.
d) 금속 분진에 대한 내성(치명적인 침탄):
450~750도의 합성가스 환경(CO + H2)에서 310H는 금속 분진- 금속이 미세한 탄소가 풍부한 입자로 분해되는 현상-을 겪습니다. Incoloy 800H/HT의 높은 니켈 함량(30~35%)은 탄소 유입을 방지하는 보호용 니켈{10}}풍부 표면층을 형성합니다. 심각한 금속 분진 조건의 경우 Al + Ti가 제어된 800HT는 훨씬 더 나은 저항성을 제공합니다.
e) 용접성 및 수리:
310H 파이프는 완전 페라이트-오스테나이트 응고 모드로 인해 용접 및 용접 후 열처리 중에 고온 균열이 발생하기 쉽습니다. Incoloy 800H/HT는 적합한 용가재(ERNiCr-3)를 사용하여 안정적으로 용접하고 공장 가동 중단 중에 현장에서 수리할 수 있습니다. 이는 리포머 튜브 교체에 있어 중요한 이점입니다.
경제적 비교:
| 재산 | 인코로이 800H/HT | 310H 스테인레스 스틸 |
|---|---|---|
| 재료비 지수 | 1.6× | 1.0×(기준선) |
| 900도에서 100,000시간 동안 필요한 벽 두께 | 8~10mm | 14~16mm |
| 동일 응력에서의 크리프 수명(20MPa, 870도) | 100,000+시간 | ~25,000시간 |
| 10년 후 시그마 단계 위험 | 없음 | High (>50,000시간) |
따라서 310H는 선행 재료 비용이 낮지만 더 두꺼운 벽이 필요하고 설계 수명이 짧으며 취성 위험이 있기 때문에 Incoloy 800H/HT가기술적으로 우수하고 경제적으로 정당한 선택중요한 고온로-파이프용.
3. 질문: Incoloy 800H/800HT 파이프의 고온-크리프 특성을 유지하려면 어떤 제조 및 용접 방법이 필요합니까?
A:Incoloy 800H/HT 파이프의 적절한 제작 및 용접은 고온 크리프 저항을 제공하는 거친 입자 구조와 석출{1}강화 잠재력을 보존하는 데 필수적입니다.- 잘못된 관행으로 인해 크리프 수명이 50~80% 감소할 수 있습니다.
용접 공정 및 용가재:
선호하는 프로세스: 루트 패스의 경우 GTAW(TIG), 채우기 및 캡의 경우 GTAW 또는 GMAW(MIG). SMAW(스틱)는 현장 용접에 적합하지만 보다 엄격한 제어가 필요합니다.
충전재 금속: ERNiCr-3(인코넬 82) 또는 ERNiCrFe-6. 일치하는 800H 필러를 사용하지 마십시오. 뜨거운 균열을 방지하는 데 필요한 니오븀이 부족합니다. ERNiCr-3에는 2~3%의 Nb가 포함되어 있어 황과 인 불순물을 결합합니다.
사전{0}}청소: 표시 화합물을 함유한 모든 오일, 그리스, 페인트 및 황-을 제거합니다. 아세톤이나 알코올로 세척한 후 스테인리스 스틸 와이어 브러싱을 사용하십시오.
중요한 용접 제어:
입열량 제한: 층간온도를 150도(300도F) 이하로 유지합니다. 최대 열 입력: 벽 두께가 6~15mm인 경우 25~35kJ/in. 과도한 열은 거친 결정립 경계를 용해시켜 크리프 강도가 극적으로 낮은 미세한-열영향부(HAZ)를 생성합니다.
사후-용접 열처리 없음(PWHT): 많은 합금강과 달리 800H/HT 파이프는~ 아니다PWHT를 받습니다. 1000도 이상의 열처리는 거친 입자 구조(최소 90μm)를 미세한 입자(20~30μm)로 재결정화하여 크리프 저항을 파괴합니다. ERNiCr-3 필러를 사용한 용접 상태는 최대 950도까지 허용됩니다.
뒤로-삭제 중: 루트 패스의 경우 내부 산화를 방지하기 위해 아르곤(최소 99.995%)으로 백{0}}퍼지합니다. 용접 루트의 산화는 크리프 하중으로 인해 균열이 발생하는 크롬{3}} 고갈 영역을 생성합니다.
굽힘 및 성형:
핫 벤딩: 1050~1150도(1920~2100F)까지 균일하게 가열합니다. 입자 경계 탄화물의 용융을 방지하려면 1170도(2140도 F)를 초과하지 마십시오. 구부린 다음 급속 냉각합니다(물 분무 또는 강제 공기).하지 마십시오느린 냉각 - 이는 통제되지 않은 방식으로 결정립계 탄화물을 침전시킵니다.
냉간 굽힘: 직경이 최대 200mm이고 두께 비율(D/t) > 20인 경우 15~20% 연신율 제한으로 냉간 굽힘이 가능합니다. 그러나 냉간 굽힘은 잔류 응력을 발생시키고 크리프 수명을 10~20% 감소시킵니다. 870도(1600F)에서 1시간 동안 응력을 완화하면 크리프 저항이 대부분 복원됩니다.
검사 요구사항:
방사선투과검사(RT) : 100% of girth welds in reformer service - reject any porosity >1.5mm 또는 선형 표시.
액체 침투 테스트(PT): 수리된 영역을 포함하여 모든 완성된 용접입니다.
경도 테스트: Weld metal hardness should be within 10 HRC of base metal. Excessive hardness (>95 HRB)은 부적절한 열 입력 또는 필러 선택을 나타냅니다.
피해야 할 일반적인 제조 실수:
오염된 휠로 그라인딩: 이전에 사용했던 탄소강 - 철 입자가 내장된 휠은 뜨거운 균열을 일으키므로 절대 사용하지 마십시오.
열간 굽힘 중 과-노화: Holding at 1050–1150°C for >30분 정도 지나면 '석출되어 강도가 저하됩니다.
탄소강 백킹 링 사용: 이는 황과 탄소 오염을 유발합니다. 세라믹 또는 니켈-합금 백킹을 사용하세요.
이러한 관행을 따르면 용접된 Incoloy 800H/HT 파이프가 석유화학 용광로에서 100,000시간의 설계 수명에 필수적인 비금속 크리프 파열 수명-의 90% 이상을 달성할 수 있습니다.
4. 질문: 고온-, 고압-압력 수소 서비스(예: 수소 개질기, 암모니아 공장)에서 Incoloy 800H/HT 파이프에 대한 설계 고려 사항은 무엇입니까?
A:Incoloy 800H/HT 파이프는 다음 분야에서 광범위하게 사용됩니다.700~950도 및 최대 35bar(500psi)의 압력에서 수소 서비스특히 증기 메탄 개질기(SMR)와 암모니아 공장에서 그렇습니다. 몇 가지 고유한 설계 고려 사항이 적용됩니다.
a) 크리프-피로 상호작용:
개질기는 일일 열 주기(시작/종료)와 장기간의-장기적인 정상-상태 변화를 겪습니다. 조합은 두 메커니즘 중 하나보다 수명을 더 단축시킵니다. 설계 코드(ASME 섹션 VIII Division 2, EN 13445)에는 다음이 필요합니다.크리프-피로 상호작용 분석선형 손상 합산 규칙을 사용하여:
∑(n/Nd)+∑(t/Tr) 1 이하∑(n/Nd)+∑(t/Tr) 1 이하
여기서 n=사이클 수, 피로에만 허용되는 N_d=사이클, 온도에서 t=시간, 해당 응력/온도에서 T_r=크리프 파열 수명입니다.
일반적인 SMR 서비스(10,000사이클, 870도에서 80,000시간)의 경우 크리프-피로 손상 합계는 다음과 같아야 합니다.<0.8 to provide safety margin.
b) 고온에서의 수소 취성:
일반적인 믿음과는 달리 니켈{0}}철 합금의 수소 취성은300~500도에서 가장 심함(572~932도 F), 개질기 작동 온도(800~900도)에서는 해당되지 않습니다. 800도에서는 수소가 빠르게 확산되어 결정립계에 축적되지 않습니다. 그러나, 동안시작 및 종료(400~500도를 통과) 고온에서 흡수된 수소는 분리를 일으킬 수 있습니다.
완화: 500도 이하로 냉각되는 동안 불활성 가스(질소 또는 증기)로 퍼니스를 퍼지하여 수소를 제거합니다. 400~500도 범위에서 최소 유지 시간을 고려하여 설계합니다.
c) 침탄 및 코킹:
탄화수소-증기 혼합물에서는 탄소 활성도(aC)가 1.0을 초과하여 침탄될 수 있습니다. 침탄은 강도를 증가시키지만 연성을 감소시키고 국부적인 영역에 "금속 가루"가 발생할 수 있습니다.
API 530당 설계 제한: 탄화수소 서비스에서 800H/HT의 경우 금속 온도를 900도(1650도 F) 이하로 제한하고 탄소 활동을 aC < 0.8로 제한합니다. aC > 0.8이 불가피한 경우 800HT(더 높은 Al+Ti)를 지정하고 850도로 제한합니다.
코킹 방지: 난류(레이놀즈 수 > 10,000)에 맞게 설계하여 탄소 전구체를 쓸어냅니다. 매끄러운 보어(Ra < 0.8μm)는 코크스 접착을 감소시킵니다.
d) 산화 및 파쇄:
800H/HT의 보호용 Cr²O₃ 스케일은 열 순환 중에 파손되어 모재 금속에서 크롬을 소모합니다. 870도에서 50,000시간 후에 크롬이 고갈되면 내부 표면의 유효 Cr이 20%에서 12%로 감소되어 추가 산화가 가속화됩니다.
디자인 수당: API 530은 100,000시간의 리포머 튜브 수명에 대해 1.5~2.5mm의 부식 허용치를 지정합니다. 이 허용치는 산화 및 침탄으로 인한 금속 손실을 설명합니다.
e) 용접 조인트 위치 및 방향:
수소 서비스의 둘레 용접 위치를 찾아야 합니다.최고 온도 구역 외부 (typically >개질기 버너 불꽃에서 50mm). 복사 부분(800~950도)의 용접은 세밀한-HAZ로 인해 모재보다 3~5배 더 빨리 실패합니다.
선호하는 디자인: 모든 복사부분은 이음매 없는 파이프를 사용합니다. 대류 구역(온도 < 650도)에서 용접 위치를 찾습니다.
수소 개질기 배관의 설계 코드 요약:
| 암호 | 허용 응력 기준 | 디자인 라이프 | 부식 여유 |
|---|---|---|---|
| ASME B31.3(정유공장 배관) | 100,000시간 크리프 파단강도 / 1.5 | 보통 20년 | 1.5mm |
| API 530(리포머 튜브) | 최소 크리프율법(0.01%/1000hr) | 100,000시간 | 2.0~2.5mm |
| EN 13445-3 부록 B | 등방성 크리프 손상 모델 | 사용자-정의 | 1.5~3.0mm |
수소 서비스용 800H/HT 파이프를 지정하는 엔지니어는 안전하고 경제적인 100,000시간의 설계 수명을 달성하기 위해 크리프-피로, 침탄, 산화 허용 및 용접 배치를 고려해야 합니다.
5. 질문: Incoloy 800H/HT 파이프의 부식 제한은 무엇이며 대체 재료(예: Inconel 625, Alloy 601)를 선택해야 하는 경우는 언제입니까?
A:Incoloy 800H/HT는 다양한 고온 환경에서 뛰어난 성능을 제공하지만 -부식 제한이 잘 정의되어 있습니다. 이러한 경계를 인식하면 조기 실패를 예방할 수 있습니다.
a) 고온에서의 황화(황 공격):
한정: At >700°C (1290°F) in atmospheres containing >100ppm H2S 또는 SO2, Incoloy 800H/HT는 낮은-융점-니켈-황화니켈 공융 물질(Ni-Ni₃S₂, 645도에서 녹는다)을 형성합니다. 이것
leads to rapid, catastrophic corrosion (rates >5mm/년).
실패 메커니즘: 유황은 결정입계를 따라 내부로 확산되어 내부 황화 및 취성을 유발합니다. 연료유나 공급원료에 황이 1~2%만 있어도 몇 달 안에 800H/HT 튜브가 파괴됩니다.
대안: 인코넬 601 (Ni 60%, Cr 23%, Al 1.4%) forms an Al₂O₃-rich scale that resists sulfidation up to 1000°C. For extreme sulfidation (>1000ppm H2S) 사용인코넬 693(Cr 29%, Al 3.1%).
b) 염소 및 염산(HCl) 공격:
한정: 400~600도에서 800H/HT는 Cl2 또는 HCl{3}}함유 연도 가스(예: 폐기물 소각로, 염화물 함량이 높은 석탄을 사용하는 석탄{6}}연소 보일러)에서 심각한 피팅 및 입계 공격을 겪습니다. 19~23% Cr 함량은 안정적인 염화 크롬을 형성하기에 충분하지 않습니다. - 염화 크롬은 300도 이상에서 휘발됩니다.
대안: 인코넬 625(Mo 9%, Nb 3.5%) 몰리브덴의 안정화 효과로 인해 염화물 공격에 저항합니다. 에너지 발전소-로 보내는-폐기물의 경우,합금 59(Ni 59%, Cr 23%, Mo 16%) 또는C-22(Ni 56%, Cr 22%, Mo 13%, W 3%) 우수한 저항성을 제공합니다.
c) 환원산(낮은 pH, 산소 없음):
한정: Incoloy 800H/HT has poor resistance to dilute sulfuric acid (H₂SO₄) and hydrochloric acid (HCl) at temperatures >50도. 합금에는 내산성을 줄이는 데 필수적인 몰리브덴이 부족합니다.
예: 60~80도에서 작동하는 습식 배연탈황(FGD) 스크러버에서 800H/HT는 5~10% H2SO₄에서 1~2mm/년의 속도로 부식됩니다. 스테인레스강 316L(Mo 2.5%)은 0.5~1mm/년에 부식되는 반면 합금 C-276(Mo 16%)은 0.5~1mm/년에 부식됩니다.<0.05 mm/year.
대안: 인코넬 625또는하스텔로이 C-276산성 서비스를 줄이기 위해.
d) 1000도를 넘는 고온-산화:
한정: At >1000도(1832F)에서 800H/HT의 Cr2O₃ 스케일은 휘발성이 되어(수증기에서 CrO2(OH)2 형성) 빠르게 부서집니다. 합금의 알루미늄 함량(0.3~0.6%)은 너무 낮아서 안정적인 Al₂O₃ 스케일을 형성할 수 없습니다.
대안: 인코넬 601(Al 1.4%)는 Al2O₃를 형성하고 1150도까지 생존합니다.인코넬 602CA(Al 2.5%, Y 0.05%) 1200도까지의 내산화성과 크리프강도가 우수합니다.
e) 가성 또는 폴리티온산 환경에서의 응력 부식 균열(SCC):
한정: Incoloy 800H/HT는 염화물 SCC에 내성이 있으나느끼기 쉬운가성 SCC(NaOH > 10%, 온도 > 150도) 및 폴리티온산 SCC(황화물이 산화되는 경우 정유소 폐쇄 중).
완화: 150도 이상의 부식성 서비스에는 사용하십시오.인코로이 825(더 높은 Ni + Mo + Cu). 폴리티온산의 경우 가동 중단 중에 소다회 중화를 수행하거나 지정하십시오.인코넬 625(더 저항력이 있음).
선택 가이드: Incoloy 800H/HT와 대안
| 환경 | 800H/HT | 더 나은 대안 |
|---|---|---|
| High-temperature sulfidation (>700°C, >100ppm H2S) | 가난한 | 인코넬 601, 693 |
| 염소/HCl 연소가스(폐기물 소각로) | 가난한 | 인코넬 625, 합금 59 |
| H2SO₄ 희석(60~80도, 5~20%) | 가난한 | 316L, 합금 C-276 |
| Oxidation >1000도 | 가난한 | 인코넬 601, 602CA |
| 가성 서비스(뜨거운 NaOH) | 보통의 | 인코로이 825 |
| 바닷물 또는 맛없은 물 | 가난한 | 인코넬 625, 초-오스테나이트계 |
| 표준 개질기 합성가스(청정, 낮은 S, 낮은 Cl) | 훌륭한 | N/A |
결론:Incoloy 800H/HT 파이프는입증되고 비용 효과적인-표준증기 메탄 개질, 에틸렌 분해 및 600~950도 사이의 고온 수소 서비스(환경에 상당한 황, 염소 및 환원산이 없는 경우)에 적합합니다. 이러한 부식물이 존재하는 경우 엔지니어는 조기 고장을 방지하기 위해 더 높은-합금 대안을 선택해야 합니다.
