Datos de ruptura por fluencia del Incoloy 800H: tensión permitida del código de caldera ASME a temperaturas elevadas

Incoloy 800H (UNS N08810)Las tensiones permitidas para ASME Sección I y Sección VIII División 1 se publican en la Sección II (Materiales), Parte D (Propiedades).

Se permite la construcción de la Sección I (calderas eléctricas) con 800H hasta 1500 grados F (816 grados); Se permite la construcción de la Sección VIII División 1 hasta 1800 grados F (982 grados).

La cobertura de la Sección VIII División 2 para 800H es mucho más estrecha - solo a 800 grados F (427 grados).

Incoloy 800HT (UNS N08811) soporta tensiones permitidas más altas que 800H entre 1100 grados F y 1650 grados F, y cada calor 800HT también satisface los requisitos de 800H.

800H debe tener 0,05-0,10 % de carbono y un tamaño de grano ASTM No. 5 o más grueso; Incoloy 800 simple (UNS N08800) no tiene piso de carbono ni requisitos de tamaño de grano.

En el rango de fluencia, ASME establece la tensión permitida a partir de la resistencia a la rotura de 100.000 horas. El criterio de ruptura se elevó del 62,5 % al 67 % en 1969.

La resistencia a la rotura representativa de 100.000 horas para 800H/800HT cae de 13,0 ksi (90 MPa) a 1200 grados F a 0,8 ksi (5,5 MPa) a 1800 grados F.

Cómo establecer la tensión permitida por ASME para un componente 800H

1. Confirme el número UNS y el tamaño de grano en el MTR.Verifique UNS N08810 (800H) o N08811 (800HT), carbono en la banda de 0,05-0,10 % y un tamaño de grano promedio de ASTM No. 5 o más grueso. Sin estos, no se aplican las tensiones permitidas del rango de fluencia más alto.
2. Confirme qué libro de códigos rige el componente.Las piezas de las calderas eléctricas siguen la Sección I de ASME; Los recipientes a presión siguen la Sección VIII División 1. Ambos leen su tensión de diseño de la Sección II, Parte D, pero la Sección I se detiene en 1500 grados F (816 grados), mientras que la Sección VIII División 1 se extiende hasta 1800 grados F (982 grados).
3. Lea la tensión de diseño a la temperatura de diseño, no a la temperatura ambiente.800H pierde aproximadamente la mitad de su tensión permitida entre 1100 grados F y 1400 grados F. Siempre interpola la tabla a la temperatura de diseño del metal utilizada en el cálculo.
4. Compruebe si controlan reglas-dependientes o independientes del tiempo-.Por debajo de aproximadamente 1100 grados F (593 grados), el límite elástico y de tracción establece lo permitido. Por encima de eso, la velocidad de fluencia y la resistencia a la ruptura de 100.000 horas toman el control y lo permitido cae abruptamente.
5. Aplique las reglas-de eficiencia conjunta y-de pared{1}}del libro normativo.Utilice la fórmula de la Sección I o la Sección VIII División 1 con la tensión permitida que acaba de leer, luego vuelva a -verificar el techo de temperatura para detectar oxidación, carburación y exposición a la fase sigma-, que las tablas del Código no cubren.

Incoloy 800H es una de las pocas aleaciones donde el número en el certificado de fábrica y el número en el cálculo del diseño están unidos por una cadena lógica que la mayoría de los ingenieros nunca ven. Una prueba de ruptura-de fluencia que se ejecuta durante 100.000 horas - durante más de once años - produce un solo punto en un gráfico. Luego, ASME divide ese punto por un factor de seguridad, lo compara con otros dos criterios de fluencia y publica el resultado como una línea en una tabla. Esa línea decide qué tan grueso debe ser el tubo reformador. Este artículo abre toda la cadena: los datos de las pruebas, las reglas del Código, las temperaturas publicadas y las consecuencias prácticas para el espesor de la pared, la selección del grado y la adquisición.

¿Qué es Incoloy 800H y por qué la "H" cambia la tensión permitida?

La "H" es una especificación de compra, no una etiqueta de marketing. Garantiza un piso de carbono de 0,05-0,10 % y un tamaño de grano promedio de ASTM No. 5 o más grueso, y solo el material que cumple ambas condiciones obtiene las tensiones permitidas a temperatura elevada en las tablas ASME. Compre Incoloy 800 simple y no se aplicará ninguno de esos valores.

La razón es más microestructural que química. Los tres grados de la serie 800 comparten esencialmente el mismo análisis base - 30.0-35.0 % níquel, 19,0-23,0 % cromo, 39,5 % mínimo hierro - por lo que a temperatura ambiente se comportan casi de manera idéntica. La separación aparece sólo cuando el tiempo y la temperatura entran en escena. La fluencia en una aleación austenítica se debe en gran medida a un deslizamiento de los límites de los granos: los granos se deslizan unos sobre otros a lo largo de sus límites, y cuanto mayor sea el área límite, más rápida será la deformación. Los granos gruesos significan menos área límite por unidad de volumen, por lo que se arrastran más lentamente. El carbono ayuda de una segunda manera. Durante el recocido a alta-temperatura, precipita como carburos en los límites del grano que fijan esos límites y resisten el deslizamiento.

ASME trata esto con seriedad porque la tabla de códigos es un producto estadístico, no un resultado de prueba único. Para publicar una tensión permisible en el rango dependiente del tiempo-, el comité debe tener una base de datos de múltiples-rupturas por calor lo suficientemente ajustada como para que una regresión con límite inferior-sea defendible. Los calores de grano fino-bajos-carbono se dispersan demasiado para soportar esa regresión, por lo que 800 sale de la tabla de temperaturas elevadas-mientras 800H y 800HT permanecen en ella.

Tabla 1 - Composición química limitante y tamaño de grano: Incoloy 800, 800H y 800HT

Fuente: Boletín técnico de metales especiales para la aleación INCOLOY 800H/800HT, Tabla 1. Tenga en cuenta que la ventana de composición de 800HT se encuentra completamente dentro de la ventana de 800H, por lo que cada calor de 800HT se puede certificar con ambos números UNS. Para pedidos específicos, algunos compradores restringen el aluminio y el titanio en 800H a 0,4-0,7 % para servicios entre 1000 grados F y 1400 grados F (540-760 grados), donde la ductilidad a temperatura intermedia es más importante que la resistencia máxima a la ruptura.

¿Cómo convierte ASME los datos de fluencia-ruptura en una tensión permitida?

En el rango-dependiente del tiempo, ASME toma el menor de tres valores: - 100 % de la tensión que produce una tasa de fluencia del 0,01 % cada 1000 horas, 67 % de la tensión promedio que causa la ruptura en 100 000 horas y 80 % de la tensión mínima que causa la ruptura en 100 000 horas. El permitido publicado es el que sea menor.

Esta comparación de tres-vías es el motor completo detrás de la tabla de temperaturas elevadas-. El primer criterio protege contra una deformación excesiva: un vaso que se estira ha fallado funcionalmente incluso si no se ha roto. El segundo y el tercero protegen contra la ruptura, utilizando tanto el promedio como el límite inferior del conjunto de datos, de modo que un solo calor optimista no pueda inflar lo permitido. El factor de ruptura del 67 % tiene una historia que vale la pena conocer: - se elevó desde el 62,5 % en 1969 una vez que el comité consideró que la creciente base de datos de ruptura era lo suficientemente confiable, y la curva de resistencia mínima a la tracción se elevó en un 10 % al mismo tiempo.

Tabla 2 - Cómo establece ASME la tensión permitida: reglas-independientes frente al tiempo-dependientes

A continuación se detallan dos puntos prácticos. En primer lugar, la tensión permitida es siempre la mínima de las reglas aplicables, por lo que el criterio que rige puede cambiar con la temperatura - y saber cuál rige le indica contra qué modo de falla está diseñando. En segundo lugar, la vida de referencia de 100.000 horas equivale aproximadamente a 11,4 años de servicio continuo. Es una convención de diseño, no una vida útil prevista: los componentes rutinariamente funcionan durante mucho más tiempo porque lo permitido ya conlleva un margen sustancial.

¿Dónde se publican las tensiones de diseño del 800H y qué libro de códigos rige su parte?

Cada libro normativo lee su tensión de diseño 800H de ASME Sección II (Materiales), Parte D (Propiedades), pero no todos permiten la misma temperatura máxima. La Sección I permite el servicio a 1500 grados F (816 grados), la Sección VIII División 1 a 1800 grados F (982 grados), la Sección VIII División 2 solo a 800 grados F (427 grados), y la construcción nuclear de la Sección III se maneja por separado.

Esto es lo más útil que hay que entender acerca de los datos del código 800H, porque significa que la frase "esfuerzo permisible del código de caldera" y "esfuerzo permisible del recipiente a presión" generalmente describen el mismo número. La distinción que importa no es el valor, sino el techo. Una pieza de caldera de energía hecha de 800H tiene un límite de 1500 grados F (816 grados) independientemente de cuánta resistencia conserve la aleación por encima de eso, mientras que un recipiente de la Sección VIII División 1 puede diseñarse para 1800 grados F (982 grados).

Tabla 3 - Cobertura ASME para Incoloy 800H (UNS N08810)

Fuente: Boletín técnico de metales especiales, sección Código ASME de calderas y recipientes a presión. Una advertencia que se aplica a todas las filas: los casos del código ASME son documentos vivos. Los casos 1325, 1983 y el caso 800HT de 1987 se revisan periódicamente, se incorporan a los libros del Código o se anulan una vez completada la incorporación. Antes de finalizar cualquier diseño, confirme tanto el estado actual del caso como la edición de la Sección II, Parte D especificada en su proyecto.

Si está obteniendo material para el trabajo de la Sección I o la Sección VIII, el centro de productos paraPlaca, tubo y barra Incoloy 800Henumera las especificaciones ASTM y ASME con las que normalmente suministramos, y lasPágina de grados Incoloy 800HTcubre la opción UNS N08811 más alta-permitida.

¿Qué muestran realmente los datos representativos de ruptura-para 800H/800HT?

La resistencia a la rotura cae en más de un orden de magnitud en la ventana de diseño práctico. La resistencia a la rotura representativa en 100.000-horas cae de 13,0 ksi (90 MPa) a 1200 grados F (650 grados) a 0,8 ksi (5,5 MPa) a 1800 grados F (980 grados): una reducción dieciséis veces para un aumento de temperatura de 600 grados F.

Ese colapso es la única razón por la que el diseño de alta-temperatura es una disciplina diferente del diseño de-temperatura ambiente. Un recipiente a presión diseñado en condiciones ambientales podría ver su tensión permitida variar en un 20 % en toda su envolvente operativa. Un componente 800H que abarca desde 1200 grados F hasta 1800 grados F ve su variación en un 1500 por ciento. Todo lo relacionado con el diseño -, el espesor de la pared, el espacio entre los soportes, los márgenes de expansión térmica-y el número de tubos - depende del punto más caliente del sistema.

Tabla 4 - Resistencia a la rotura representativa de las aleaciones INCOLOY 800H/800HT (ksi/MPa)

Fuente: Boletín técnico de Metales Especiales, Tabla 7 -Ruptura Representativa-Valores de Resistencia. Lea atentamente la segunda mitad de ese título. Estos son valores representativos o típicos. ASME no los utiliza directamente; utiliza regresiones de límite inferior-sobre la base de datos de calor múltiple-completa, por lo que el código tabulado permitido normalmente está por debajo de cualquier cálculo que se haga a partir de esta tabla. Para lo que sirve la tabla es para la forma: muestra lo rápido que se pierde resistencia, la poca vida extra que se gana al descargar un componente y dónde se sitúa el práctico techo de temperatura.

Una observación más de la misma mesa que sorprende a la gente. Pasar de 50 000 horas a 100 000 horas - duplicar la vida útil - cuesta solo alrededor del 7 % de la tensión permitida a 1200 grados F. Pasar de 1600 grados F a 1700 grados F - un aumento del 6 % en la temperatura absoluta - cuesta más del 50 %. La temperatura domina la vida mucho más que la vida objetivo.

¿Qué tensión permisible implican esos datos de ruptura a cada temperatura?

La aplicación del criterio de ruptura del 67%-del-promedio-del Código a los datos representativos de 100.000 horas da como resultado tensiones de diseño indicativas de aproximadamente 8,7 ksi (60 MPa) a 1200 grados F, que caen a aproximadamente 0,54 ksi (3,7 MPa) a 1800 grados F. Los valores realmente tabulados en la Sección II, Parte D son normalmente más bajos aún así, porque ASME hace una regresión del límite inferior de la base de datos completa en lugar de los resultados típicos.

Vale la pena ser explícito acerca de por qué mostramos una columna derivada. La mayoría de los artículos publicados reproducen una tabla de códigos sin decir de dónde viene, lo que deja al lector incapaz de verificar un número o interpolar entre temperaturas. Mostrar la derivación hace que la tabla sea auditable: si conoce la resistencia a la ruptura y conoce el criterio, puede reconstruir lo permisible y ver inmediatamente qué regla controla. La siguiente tabla está etiquetada como indicativa por una razón: - úsela para comprender la forma de la curva y detectar errores graves, luego lea el número de enlace de la edición de código que especifica su proyecto.

Tabla 5 - Esfuerzo de diseño indicativo para 800H derivado de datos de ruptura representativos utilizando el criterio de ruptura del 67 %

NOTA: Estos valores derivados son una reconstrucción educativa a partir de datos representativos del productor, no valores del Código. ASME Sección II, Parte D sigue siendo la única fuente vinculante para el diseño. Confirme siempre la edición, el número UNS, la forma del producto y la condición del tratamiento térmico-antes de utilizar cualquier número en un cálculo.

¿Por qué la tensión permitida colapsa por encima de aproximadamente 1100 grados F (593 grados)?

Porque la regla que rige cambia. Por debajo de aproximadamente 1100 grados F (593 grados), lo permitido se establece según el límite elástico y de tracción, que decae lentamente con la temperatura. Por encima de él, la fluencia y la ruptura toman el control, y la resistencia a la ruptura decae aproximadamente exponencialmente, por lo que lo permisible disminuye mucho más rápido de lo que sugeriría la curva de tracción.

Los datos de tracción hacen que el contraste sea concreto. La resistencia a la tracción para 800H/800HT cae de aproximadamente 77 ksi a temperatura ambiente a aproximadamente 32 ksi a 1400 grados F - un factor de 2,4. La resistencia a la rotura en el mismo tramo disminuye aproximadamente en un factor de quince. El límite elástico vuelve a comportarse de manera diferente: se mantiene notablemente plano, alrededor de 14-17 ksi, en toda la banda de 1000-1600 grados F. Si diseñara solo en función del rendimiento, concluiría que 800H esencialmente no se ve afectado por la temperatura, y esa conclusión sería peligrosamente errónea en un servicio sostenido.

Tabla 6 - Propiedades de tracción típicas de las aleaciones INCOLOY 800H/800HT a temperatura

En esa mesa se esconden dos pistas. El primero es el alargamiento: aumenta del 50 % al 120 % entre 1200 grados F y 1600 grados F. No se trata de que la aleación se vuelva más dúctil en ningún sentido útil - sino que la muestra se arrastra durante la prueba misma, acumulando tensión que la máquina de prueba registra como alargamiento. La segunda es la divergencia entre tracción y fluencia: a 1800 grados F están a 1,3 ksi entre sí. La reserva de fuerza está desapareciendo, que es exactamente el régimen en el que las reglas-dependientes del tiempo deben hacerse cargo.

¿Qué criterio rige: tasa de fluencia o ruptura?

Para 800H, los criterios de ruptura rigen la mayor parte de la ventana de diseño práctico, y el criterio de velocidad de fluencia-normalmente no es el limitante. Eso es importante porque le indica que el modo de falla contra el que está diseñando es la ruptura, no la deformación excesiva.

Puedes comprobar esto sin un libro de códigos. El criterio de tasa de fluencia-utiliza una tasa del 0,01 % cada 1000 horas, que es 1 x 10^-5 % por hora. Los datos publicados sobre la velocidad de fluencia-mínima-para la aleación a menudo se citan en 1 x 10^-4 % por hora - diez veces más rápido - y dan 6,0 ksi a 1400 grados F y 1,05 ksi a 1800 grados F. La velocidad de fluencia aumenta con la tensión a una potencia de aproximadamente cinco a siete a estas temperaturas, reduciendo así la velocidad en un factor de diez requiere reducir la tensión en un factor de aproximadamente 1,4 a 1,5. Eso coloca la tensión limitada de la tasa de fluencia-- cerca de 4 ksi a 1400 grados F y cerca de 0,7 ksi a 1800 grados F, ambos por encima de los valores derivados de la ruptura en la Tabla 5. La ruptura gana.

La implicación práctica es que una pieza 800H que alcanza su vida útil de diseño tiene muchas más probabilidades de agrietarse que de combarse. Por lo tanto, los programas de inspección para tubos de reformador y craqueador priorizan la detección de grietas - tintes penetrantes, ultrasonidos y replicación - sobre el estudio dimensional, y se concentran en las zonas afectadas por el calor de la soldadura-y en las secciones más calientes del tubo.

¿Cómo se extrapola la vida de ruptura-de fluencia con el parámetro de Larson-Miller?

El parámetro Larson-Miller reduce la temperatura y el tiempo en un solo número, por lo que una prueba de 1000 horas puede predecir el comportamiento durante 100.000 horas. Para 800H/800HT la relación es P=(T + 460) x (22.93 + log t) x 10^-3, con T en grados F y t en horas.

La lógica es que la fluencia se activa térmicamente: aumentar la temperatura acelera los mismos mecanismos de daño que produciría un funcionamiento más prolongado, por lo que la temperatura y el tiempo son intercambiables en una buena aproximación. En la práctica, calcula P para la temperatura de servicio y la vida útil deseada y luego lee la tensión correspondiente de la curva maestra de Larson-Miller de la aleación.

El método es realmente útil y realmente fácil de utilizar incorrectamente. Los datos de ruptura se dispersan por un factor de aproximadamente dos en vida con una tensión fija, por lo que cualquier extrapolación única debe tratarse como una estimación con una banda alrededor en lugar de una predicción. El parámetro también supone que opera un único mecanismo de deformación en todo el rango; si el mecanismo cambia - como puede ocurrir cuando la precipitación aumenta a lo largo de décadas - la extrapolación se desvía.

Úselo para interpolación, detección y clasificación{0}}de vida restante en un horno. No lo utilice para justificar empujar un componente por encima del estrés permitido por el Código.

Incoloy 800H vs 800HT vs 800: ¿Qué estrés permitido soporta realmente su MTR?

Lo decide su informe de prueba de fábrica, no su nota de dibujo.. 800HT soporta las tensiones más altas permitidas entre 1100 grados F y 1650 grados F; 800H es el siguiente; El 800 simple no tiene tensiones permitidas en el rango de fluencia-enumeradas en el Código-en absoluto. Si el MTR no muestra la banda de carbono y el tamaño de grano, no tiene 800H independientemente de lo que diga la orden de compra.

Tabla 7 - Matriz de calificación: lo que debe demostrar cada grado

El punto de la doble-certificación merece énfasis porque habitualmente se malinterpreta. Debido a que la ventana de composición 800HT se encuentra completamente dentro de la ventana 800H, una calefacción 800HT siempre puede certificarse también como 800H. Lo contrario es falso: un producto que cumpla únicamente con el estándar N08810 no puede certificarse como 800HT a menos que también cumpla con los requisitos adicionales de carbono, aluminio-más-titanio y tratamiento térmico-. Entonces, si su diseño se calculó con tensiones permitidas de 800HT, el MTR debe mostrar N08811 - y un certificado de solo 800H-lo obliga a volver a los valores más bajos.

Nuestras páginas de calificaciones paraIncoloy 800, Incoloy 800HyIncoloy 800HTestablecer la cobertura completa de las especificaciones para cada uno, yesta guía para 800HTprofundiza en los requisitos UNS N08811.

¿Cómo se traduce la tensión permitida en el espesor de la pared de la tubería?

El espesor de la pared aumenta inversamente con la tensión permitida, por lo que el colapso bajo una tensión permitida por encima de 1100 grados F se paga directamente con acero. En el ejemplo trabajado a continuación, mover la temperatura de diseño de 1200 grados F a 1600 grados F quintuplica la pared requerida - y quintuplica el peso del tubo, el volumen de soldadura y el costo del material para la misma presión.

El ejemplo utiliza la forma de diseño de presión-estándar t=P x D / (2S + 0.8P) para un tubo sin costura con una eficiencia de unión de 1,0 y un coeficiente Y de 0,4. Tome un tubo reformador de 4000 pulgadas de diámetro exterior a una presión de diseño interna de 500 psi.

Tabla 8 - Ejemplo resuelto: espesor de pared requerido versus temperatura de diseño (4000 in OD, 500 psi, sin costura, E=1.0, Y=0.4)

De esa tabla se desprenden dos lecciones, y ninguna es obvia al leer únicamente la tabla de códigos. En primer lugar, la economía del diseño a alta temperatura-es brutal por encima de aproximadamente 1500 grados F: en algún momento, la pared requerida para soportar la presión se vuelve tan pesada que el tubo sufre daños por fatiga térmica- debido a su propio gradiente de temperatura, y la respuesta correcta es reducir la presión o cambiar la aleación en lugar de seguir agregando espesor. En segundo lugar, explica por qué existe 800HT. Una mejora del 20 % en la tensión permitida a 700-800 grados no es un error de redondeo: en un horno con varios cientos de tubos radiantes es la diferencia entre un proyecto viable y uno inviable.

¿Qué no cubre la tensión permitida de ASME?

La tabla de códigos aborda únicamente la carga mecánica. No dice nada sobre oxidación, carburación, nitruración, formación de fase sigma-o fatiga térmica y, en la mayoría de los servicios de 800H, esos mecanismos ambientales terminan la vida útil del componente mucho antes que la fluencia.

Esta es la brecha más común entre un diseño que cumple con el Código-y uno duradero. Un tubo reformador puede tener el tamaño perfecto para la tensión permitida de la Sección VIII y aun así fallar en cinco años debido a la carburación, lo que fragiliza la superficie interna y destruye la ductilidad por fluencia en la capa que soporta la tensión más alta. La tensión permitida no deja de tener en cuenta eso, porque el Código supone que el diseñador ya ha confirmado que el entorno es aceptable.

Tabla 9 - Límites ambientales que se encuentran fuera de la tabla de estrés-permisible

Tenga en cuenta la superposición en esa tabla. La banda donde la fase sigma forma - aproximadamente 1100 grados F a 1600 grados F - es exactamente la banda donde 800H es más útil. Eso no es una contradicción: sigma se forma lentamente y el equilibrio de aluminio y titanio de la aleación está destinado a retrasarlo. Pero es un recordatorio de que un material puede cumplir con el Código-en cuanto a estrés y aun así estar acercándose a un límite ambiental, razón por la cual el monitoreo de condición es más importante que el cálculo en este servicio.

¿Cómo afecta la pieza soldada la vida útil y la tensión permitida?

La soldadura y su zona afectada por el calor-casi siempre son el lugar que limita-la vida útil de un componente 800H. El diseño del código aplica un factor de eficiencia de la unión a la soldadura y, en el servicio de fluencia, la regla práctica es que el conjunto no superará su zona más débil independientemente del valor de la tabla del metal base-.

La metalurgia explica por qué. El metal base se recoció en solución a 2100-2200 grados F (1150-1200 grados) específicamente para hacer crecer un grano grueso y colocar carbono donde resista la fluencia. Un ciclo térmico de soldadura no puede reproducir eso. La zona afectada por el calor- experimenta una rápida excursión a través del rango de precipitación de carburo y termina con una microestructura diferente, a menudo con una región de grano fino adyacente al metal base grueso. La tensión de fluencia se concentra en ese desajuste, razón por la cual las fallas de campo en los pigtails del reformador y los colectores de salida se agrupan en las soldaduras en lugar de en las longitudes rectas.

Tabla 10 - Selección de metal de relleno para servicio de temperatura elevada-800H

El tratamiento térmico posterior-a la soldadura es la otra mitad de la historia. Para ensambles 800H en servicio de fluencia, comúnmente se especifica un alivio de tensión a aproximadamente 1600 grados F (870 grados) durante una hora por pulgada de espesor - con un mínimo de media hora - seguido de enfriamiento por aire para reducir el riesgo de agrietamiento por relajación de tensiones por encima de aproximadamente 1000 grados F (538 grados). Cuando el tamaño del componente y el servicio exigen propiedades completas, se utiliza en su lugar un recocido de solución completa a 2100 grados F (1150 grados). Nuestroguía de soldadura para aleaciones de níquelcubre la práctica general, y la misma disciplina se aplica a 800H.

¿Cómo se compara el 800H con el Inconel 625, Hastelloy X y el 310S a alta temperatura?

800H es la respuesta correcta cuando el requisito dominante es la resistencia a la fluencia bajo presión sostenida a 1100-1800 grados F en una atmósfera de proceso carburante u oxidante. Por encima de aproximadamente 1500 grados F, o donde domina la oxidación, Hastelloy X es más fuerte; por debajo de aproximadamente 1200 grados F, o donde domina la corrosión acuosa, Inconel 625 es la mejor opción; 310S es una opción de bajo costo sólo cuando el estrés es bajo.

Tabla 11 -Selección de aleaciones de-temperatura elevada: comparación cualitativa

La comparación es deliberadamente cualitativa porque el número correcto para cualquiera de estas aleaciones depende de la edición del Código, la forma del producto y las condiciones del tratamiento térmico-. Lo que la tabla pretende mostrar es la forma de la decisión. Si su temperatura es alta y su entorno es un gas de proceso, 800H o 800HT suele ser correcto. Si su temperatura es alta y su entorno se oxida con poco estrés, Hastelloy X o un acero inoxidable pueden ser más económicos. Si su temperatura es moderada y su ambiente es húmedo y corrosivo, la mesa de fluencia no es su problema en absoluto.

Para comparaciones más profundas, consulteRango de temperatura Inconel 625, Hastelloy X, yacero inoxidable 310S.

¿Cuáles son los errores más comunes que cometen los ingenieros con los datos del código 800H?

Los cuatro errores recurrentes son pedir 800 simple para servicio de fluencia, leer la tensión permitida a una temperatura incorrecta, asumir que 800H y 800HT son intercambiables y tratar el valor del Código como un límite ambiental. Los cuatro se pueden evitar con una verificación de dos-minutos del certificado de la fábrica.

Compra de Incoloy 800 donde el diseño suponía 800H. Sin el piso de carbono y el tamaño de grano ASTM No. 5, las tensiones permitidas por temperatura elevada-no se aplican y el diseño no cumple con el código-.

Lectura de lo permitido a temperatura ambiente. La temperatura de diseño es la temperatura del metal en las peores condiciones operativas creíbles, incluido el efecto de incrustaciones internas o el impacto de las llamas que la elevan.

Suponiendo que 800H y 800HT son el mismo material,. 800HT soporta tensiones permitidas más altas entre 1100 grados F y 1650 grados F, y solo un certificado N08811 las respalda.

Usando un diseño de la Sección I por encima de 1500 grados F. La Sección VIII División 1 permite 1800 grados F, pero la Sección I no, y por lo tanto el mismo material puede tener dos techos diferentes dependiendo del libro rector.

Ignorando la soldadura. El factor de eficiencia de la junta y la microestructura de la zona afectada por el calor-normalmente controlan la vida útil del conjunto.

Tratar la tensión permitida como un número-que incluye la corrosión. La oxidación, la carburación y la fase sigma son controles separados.

Mezclar ediciones de código en un proyecto. Los valores se revisan entre ediciones y un diseño que mezcla fuentes puede terminar con márgenes inconsistentes.

¿Cómo se debe especificar Incoloy 800H en la orden de compra?

Indique el número UNS, la especificación ASTM o ASME, la forma del producto, el tamaño de grano-y la banda de carbono requeridos, la condición de tratamiento térmico-y el libro de códigos y la edición que lo rigen. Cualquiera de los que queden abiertos es una invitación a recibir material que no puede soportar el estrés permitido que asumió su diseño.

• Número y grado UNS: N08810 para 800H, o N08811 para 800HT donde se necesitan los límites permitidos más altos de 1100-1650 grados F.
• Especificación y forma del producto: ASTM B407 / ASME SB-407 para tubos y tuberías sin costura, B409 / SB-409 para placas, láminas y tiras, B408 / SB-408 para varillas y barras.
• Indicaciones químicas: carbono 0,05-0,10 % para 800H o 0,06-0,10 % para 800HT, y aluminio más titanio 0,85-1,20 % para 800HT.
• Tamaño de grano: promedio ASTM No. 5 o más grueso, reportado en el MTR.
• Tratamiento térmico: recocido en solución final con la temperatura y el método de enfriamiento indicados; 2100 grados F (1149 grados) mínimo para 800HT.
• Certificación: EN 10204 3.1 o equivalente, con trazabilidad del número de calor, química real, resultados de tracción y medición del tamaño de grano-.
• Código aplicable: indique ASME Sección I o Sección VIII División 1 y la edición, para que la fábrica pueda confirmar la cobertura correcta de las especificaciones.
• Requisitos complementarios cuando corresponda: verificación del tamaño de grano-, pruebas de corrosión intergranular o restricción de Al y Ti a 0,4-0,7 % para servicio a 1000-1400 grados F.

Cuando el proyecto ya tiene un conjunto de especificaciones definido, elGuía de especificaciones y estándares del producto Incoloy 800enumera los formularios comunes y su cobertura ASTM, y nuestroPágina de suministro de tubería Incoloy 800muestra tamaños típicos y plazos de entrega. Entregas recientes, incluidasSe envían 30 toneladas de tubos de aleación Incoloy 800 a Kuwait, ilustran el paquete de certificación que ofrecemos habitualmente.

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Preguntas frecuentes

¿Cuál es la tensión permitida por ASME para Incoloy 800H?

Es la tensión de diseño publicada en ASME Sección II, Parte D para UNS N08810. El valor cae con la temperatura: está gobernado por el límite elástico y de tracción hasta aproximadamente 1100 grados F (593 grados), y por la velocidad de fluencia y la resistencia a la ruptura de 100.000 horas por encima de eso. Debe leer el número de la edición de la Sección II, Parte D que especifica su proyecto.

¿Qué tabla ASME enumera la tensión permitida para 800H?

ASME Sección II (Materiales), Parte D (Propiedades). La misma tabla proporciona tensiones de diseño para la construcción de la Sección I, la construcción de la Sección VIII División 1 y la construcción de la Sección III Clase 2, por lo que el valor del código de la caldera y el valor del recipiente a presión normalmente son el mismo número.

¿Cuál es la temperatura máxima de uso para Incoloy 800H según ASME Sección I?

1500 grados F (816 grados). La construcción de la Sección I con 800H también se aborda en el Código ASME Caso 1325, pero el techo permitido por el Código-para el material sigue siendo 1500 grados F (816 grados).

¿Cuál es la temperatura máxima de uso para Incoloy 800H según ASME Sección VIII División 1?

1800 grados F (982 grados). La construcción de la Sección VIII División 1 con 800H se aborda en el Código ASME Caso 1983, que permite el servicio hasta esa temperatura.

¿Se puede utilizar Incoloy 800H según ASME Sección VIII División 2?

Sí, pero sólo hasta 800 grados F (427 grados). Las tensiones de diseño de la División 2 para 800H provienen de una tabla diferente en la Sección II, Parte D, y el rango de temperatura permitido es mucho más estrecho que el de la División 1.

¿Por qué el Incoloy 800H tiene una tensión permitida mayor que el Incoloy 800?

Porque 800H tiene un piso de carbono garantizado de 0,05-0,10 % y una estructura de grano grueso de ASTM No. 5 o más gruesa. Plain 800 no tiene un mínimo de carbono ni requisitos de tamaño de grano-, por lo que su base de datos de ruptura por fluencia a largo plazo- no puede soportar una tensión de diseño en el rango de fluencia.

¿Cuál es la diferencia entre el estrés permitido 800H y 800HT?

800HT (UNS N08811) tiene tensiones permitidas más altas que 800H (UNS N08810) entre 1100 grados F y 1650 grados F. La mejora proviene de la banda de carbono más estricta de 0,06-0,10 % y el rango restringido de aluminio-más titanio de 0,85-1,20 %, que estabilizan los precipitados que resisten arrastrarse.

¿Se puede certificar el Incoloy 800HT como 800H?

Sí. Cada calor 800HT se produce para cumplir con todos los requisitos de UNS N08811 y UNS N08810, por lo que puede obtener una doble certificación. Lo contrario no es cierto: una calefacción que solo cumple con N08810 no puede certificarse como 800HT.

¿Cómo convierte ASME los datos de ruptura-de fluencia en una tensión permitida?

En el rango-dependiente del tiempo, ASME toma el más bajo de tres valores: 100 % de la tensión que produce una tasa de fluencia del 0,01 % cada 1000 horas, 67 % de la tensión promedio que causa la ruptura en 100 000 horas y 80 % de la tensión mínima que causa la ruptura en 100 000 horas.

¿Cuál es la resistencia a la rotura en 100.000 horas del Incoloy 800H?

Los datos representativos del productor dan 13,0 ksi (90 MPa) a 1200 grados F (650 grados), 5,3 ksi (37 MPa) a 1400 grados F (760 grados), 2,5 ksi (17 MPa) a 1600 grados F (870 grados) y 0,8 ksi (5,5 MPa) a 1800 grados F (980 grados). ASME construye su tabla sobre regresiones de límite inferior-de un conjunto de datos mucho más grande, por lo que el valor del Código normalmente está por debajo de estas cifras típicas.

¿Por qué la tensión permitida del 800H cae tan abruptamente por encima de los 1100 grados F?

Porque ahí es donde cambia la regla de diseño. Por debajo de aproximadamente 1100 grados F (593 grados), lo permisible es una fracción fija de límite elástico y de tracción, que caen lentamente. Por encima de él, el control de fluencia y rotura, y la resistencia a la rotura caen exponencialmente con la temperatura, por lo que lo permisible cae mucho más rápido.

¿Qué contenido de carbono requiere Incoloy 800H?

0,05-0,10 %. Este piso es deliberado: el carbono forma carburos de límite de grano-durante el recocido a alta-temperatura, fijando los límites y desacelerando el deslizamiento de los límites de grano que impulsa la fluencia.

¿Qué tamaño de grano requiere Incoloy 800H?

Un tamaño de grano promedio de ASTM No. 5 o más grueso. El grado se recoce en solución a aproximadamente 2100-2200 grados F (1150-1200 grados) específicamente para hacer crecer el grano a ese tamaño.

¿La tensión permitida de ASME cubre la oxidación y la carburación?

No. La tabla de códigos solo aborda la carga mecánica. La oxidación, la carburación, la nitruración y la fragilización en fase sigma-son límites ambientales que el diseñador debe evaluar por separado, y en el servicio de reformador y craqueador generalmente establecen el límite de vida real antes que la fluencia.

¿Cómo uso el parámetro Larson-Miller para 800H?

Utilice P=(T + 460)(22.93 + log t) x 10^-3 con T en grados F y t en horas. Una vez que calcule P a partir de su temperatura de servicio y vida útil objetivo, lea la tensión correspondiente en la curva maestra de Larson-Miller de la aleación y luego compárela con la tensión permitida de la Sección II, Parte D.

¿Qué especificaciones ASTM cubren tuberías, placas y barras 800H?

Los tubos y tuberías sin costura están cubiertos por ASTM B407 (ASME SB-407), placas, láminas y tiras por ASTM B409 (ASME SB-409) y varillas y barras por ASTM B408 (ASME SB-408). Las formas de productos relacionados incluyen B163, B366, B514, B515 y B564.

¿Qué metal de aportación se debe utilizar para soldar 800H en servicio de fluencia?

Los electrodos ERNiCr-3 (AWS A5.14) con ENiCrFe-3 (AWS A5.11) son la combinación estándar. Cuando se necesita la máxima resistencia a la rotura en el metal de soldadura, se utilizan en su lugar alambre ERNiCrCoMo-1 o electrodos ENiCrCoMo-1.

¿Tiene la soldadura la misma tensión permitida que el metal base?

No. El diseño del código utiliza un factor de eficiencia de la unión en la soldadura, y la resistencia a la rotura del metal de todas las-soldaduras-generalmente es inferior a la de la aleación base a la misma temperatura. La zona afectada por el calor-también es la ubicación habitual de los daños por fluencia en servicio prolongado.

¿El 800H es magnético?

No. 800H es una aleación de níquel-hierro-cromo totalmente austenítico y no-magnético en estado recocido.

¿Cuál es la densidad y el rango de fusión del Incoloy 800H?

La densidad es de aproximadamente 0,287 lb/in3 (7,95 g/cm3) y el rango de fusión es de aproximadamente 2475-2525 grados F (1357-1385 grados). Ninguno de los valores aparece en la tabla de tensión permisible, pero ambos son necesarios para los cálculos del peso del tubo y de la expansión térmica.

¿Dónde se utiliza más comúnmente Incoloy 800H?

Tuberías de catalizador de reformador de hidrocarburos-de vapor, pigtails y colectores de salida, tubos de convección y craqueo de etileno, tuberías de sistemas de enfriamiento-, partes internas de gasificadores y revestimientos para elementos calefactores eléctricos.

¿El estado del caso del código ASME cambia con el tiempo?

Sí. Los casos del Código como 1325, 1983 y 1987 se revisan periódicamente, se incorporan a los libros del Código o se anulan. Confirme siempre el estado actual del Caso y la edición de la Sección II, Parte D antes de finalizar un diseño.