Сплав 800HT (Сварка), Incoloy 800HT Bar (Круглый стержень, Плоский стержень), N08811

Сплав 800HT (Сварка), Проволока Incoloy 800HT, N08811

Введение в сплав 800HT (Incoloy 800HT Wire, UNS N08811) для сварки

Сплав 800HT, коммерчески известный как Incoloy 800HT и классифицируемый под UNS N08811, представляет собой никель-железо-хромовый суперсплав, разработанный для исключительных характеристик в высокотемпературных и коррозионных средах. Отличаясь от стандартного сплава 800 оптимизированным химическим составом (более высоким содержанием углерода, контролируемым содержанием алюминия и титана) и термической обработкой, он обеспечивает превосходное сопротивление ползучести, стойкость к окислению и механическую прочность при температурах до 850 ° C (1560 ° F). Проволока Incoloy 800HT, важнейшая форма этого сплава, широко используется в качестве присадочного материала для сварки и прецизионных компонентов в отраслях, требующих высокотемпературной стабильности, таких как нефтехимическая, энергетическая и аэрокосмическая. Его совместимость со сварочными процессами (например, TIG, MIG) и способность соответствовать высокотемпературным свойствам основного металла делают его предпочтительным выбором для соединения конструкций из сплава 800HT.

1. Химический состав (типичный, масс.%)

Химический состав UNS N08811 соответствует строгим стандартам, таким как ASTM B409 (для проволоки из никелевого сплава), ASME SB409 и AWS A5.14 (для сварки присадочных металлов), что обеспечивает стабильную работу при высоких температурах и свариваемость. Типичный состав выглядит следующим образом:

Элемент

Диапазон содержания (масс.%)

Функция

Никель (Ni)

30.0 - 35.0

Повышает пластичность при высоких температурах, коррозионную стойкость и стабильность сплава.

Хром (Cr)

19.0 - 23.0

Образует защитный слой оксида хрома (Cr₂O₃), устойчивый к окислению и сульфидированию при высоких температурах.

Железо (Fe)

Равновесие

Снижает стоимость сплава при сохранении механической прочности и теплопроводности.

Углерод (C)

0.06 - 0.10

Повышает прочность на ползучесть и разрыв под напряжением за счет стабилизации границ зерен (ключевое отличие от стандартного сплава 800).

Алюминий (Al)

0.15 - 0.60

Работает с титаном с образованием осадков (например, TiAl₃) для измельчения зерна и стойкости к окислению.

Титан (Ti)

0.15 - 0.60

Предотвращает межкристаллитную коррозию и повышает сопротивление ползучести при высоких температурах; Контролируется во избежание образования хрупкой фазы.

Марганец (Mn)

≤ 1,5

Улучшает горячую обрабатываемость и свариваемость без ущерба для высокотемпературных свойств.

Кремний (Si)

≤ 1.0

Способствует окислению во время плавления и снижает образование оксидов в сварных швах.

Медь (Cu)

≤ 0,75

Сведен к минимуму, чтобы избежать горячего растрескивания в сварных швах и сохранить стойкость к окислению.

Фосфор (P)

≤ 0,03

Уменьшен для предотвращения хрупкости и межкристаллитной коррозии в сварных соединениях.

Сера (S)

≤ 0,015

Сведен к минимуму, чтобы избежать горячего растрескивания во время сварки и снизить подверженность коррозии.

Кобальт (Co)

≤ 1.0

Контролируется для ограничения стоимости сплава и поддержания термической стабильности.

2. Физические свойства

Проволока Incoloy 800HT обладает стабильными физическими свойствами в диапазоне рабочих температур (от -200 °C до 850 °C), что делает ее пригодной как для криогенной предварительной подготовки под сварку, так и для работы при высоких температурах. Ключевыми свойствами являются:

Свойство

Ценность

Условия испытания

Плотность

7,94 г/см³

Комнатная температура (25°C)

Диапазон температур плавления

1350 - 1400°C

-

Коэффициент теплового расширения

13,5 × 10⁻⁶/°C

20 - 100°С; 16,8 × 10⁻⁶/°C (20–800°C)

Теплопроводность

11,2 Вт/(м·К)

100°С; 23,4 Вт/(м·К) (800°C)

Удельное электрическое сопротивление

1,12 × 10⁻⁶ Ω·м

Комнатная температура (25°C); 1,38 × 10⁻⁶ Ω·м (800°C)

Модуль упругости

195 ГПа

Комнатная температура (при растяжении); 150 ГПа (800°C)

Коэффициент Пуассона

0.30

Комнатная температура

Температура Кюри

≈ -10°C

Ниже этой температуры сплав является ферромагнитным (неактуально для высокотемпературных применений).

Прочность на разрыв под напряжением

120 МПа

1000 часов при 700°C; 45 МПа (1000 часов при 800°C)

3. Процесс производства проволоки Incoloy 800HT (со сварочным уклоном)

Производство проволоки Incoloy 800HT, особенно для сварки, требует строгого контроля процесса, чтобы обеспечить целостность сварного шва, низкий уровень примесей и постоянную точность размеров. Ключевые шаги включают в себя:

3.1 Плавление и очистка сырья

Плавка: Высокочистое сырье (никель, хром, железо и т. д.) плавится методом вакуумной индукционной плавки (VIM) с последующим вакуумно-дуговым переплавом (VAR). Этот процесс двойного плавления устраняет газообразные примеси (например, кислород, азот) и сегрегацию, что имеет решающее значение для предотвращения пористости сварного шва.

Литье: Расплавленный сплав разливается в слитки, которые гомогенизируются при температуре 1150 - 1200°C в течение 4 - 6 часов для унификации химического состава и устранения неоднородностей границ зерен.

3.2 Горячая обработка и холодное волочение (оптимизация сварочной проволоки)

Горячая прокатка: Слитки горячим способом раскатываются в прутки (диаметр: 12 - 60 мм) при температуре 1050 - 1150°C, с последующим охлаждением на воздухе для сохранения мелкозернистой микроструктуры.

Холодное волочение: Горячекатаные прутки подвергаются холодной вытяжке через алмазные матрицы в несколько проходов для достижения диаметров сварочной проволоки (обычно 0,8 мм - 4,0 мм для применений TIG/MIG). Промежуточный отжиг (950 - 1050 °C в течение 30 - 45 минут, закалка водой) выполняется для уменьшения деформационного упрочнения и обеспечения пластичности, что имеет решающее значение для плавной подачи проволоки во время сварки.

3.3 Термическая обработка (улучшение совместимости со сварными швами)

Отжиг на твердый раствор: Окончательная холоднотянутая проволока подвергается отжигу на твердый раствор при температуре 1050 - 1100°C в течение 15 - 30 минут, а затем быстрой закалке водой. Этот процесс растворяет нежелательные осадки (например, карбиды) и создает однородную аустенитную микроструктуру, соответствующую фазовому составу базового сплава 800HT для обеспечения постоянной прочности сварного шва.

Снятие напряжения (опционально): Для прецизионной сварочной проволоки снятие напряжения при 400 - 600 °C в течение 1 - 2 часов (медленное охлаждение) снижает остаточные напряжения, предотвращая деформацию проволоки во время сварки.

3.4 Обработка поверхности и контроль качества сварки

Обработка поверхности: Поверхности проволоки очищаются с помощью травления (раствор азотно-соляной кислоты) для удаления оксидной окалины, а затем пассивируются (хроматная обработка) для повышения коррозионной стойкости и предотвращения загрязнения сварочных ванн.

Контроль качества при сварке:

Тестирование на наличие примесей: газовая хроматография для обнаружения следовых газов (O₂ < 50 ppm, N₂ < 100 ppm) that cause weld porosity.

Точность размеров: лазерное измерение допуска по диаметру (±0,02 мм) и округлости (≤0,01 мм) для обеспечения равномерной стабильности дуги.

Механические испытания: Прочность на разрыв (≥550 МПа при комнатной температуре) и удлинение (≥30%) для проверки пластичности при сварке.

Валидация свариваемости: Испытайте сварные швы TIG для проверки образования трещин, качества плавления и механической прочности после сварки.

4. Применение продукта (с акцентом на сварку)

Уникальное сочетание прочности при высоких температурах, стойкости к окислению и свариваемости проволоки Incoloy 800HT делает ее незаменимой в отраслях, требующих надежной работы при экстремальных температурах. Основные области применения включают в себя:

4.1 Сварочный присадочный материал (основное применение)

Сварка TIG/MIG: используется в качестве присадочной проволоки (в соответствии со спецификацией AWS ERNiFeCr-2) для соединения компонентов из сплава 800HT, таких как корпуса нефтехимических реакторов, трубы котлов электростанций и кожухи теплообменников. Обеспечивает соответствие сварных соединений сопротивлению ползучести и окислению основного металла при температуре 700 - 850 °C.

Наплавка: применяется в качестве плакующей проволоки для защиты компонентов из углеродистой или низколегированной стали (например, футеровки печей, выпускных коллекторов) от высокотемпературной коррозии и эрозии.

4.2 Нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность

Компоненты печей крекинга: нагревательные элементы с проволочной обмоткой и оболочки термопар для печей крекинга этилена (работают при температуре 800 - 850°C, устойчивы к нафте и паровой коррозии).

Внутреннее устройство реактора: прецизионные фильтры из проволочной сетки и опорные пружины для реакторов высокотемпературного гидрирования (устойчивы к H₂S и коррозии, вызванной углеводородами).

4.3 Выработка электроэнергии

Электростанции, работающие на ископаемом топливе: Трубные соединения пароперегревателя котла (сварены проволокой Incoloy 800HT) и компоненты выхлопного канала турбины (выдерживают температуру дымовых газов до 750°C).

Ядерная энергетика: компоненты вспомогательных систем (например, циркуляционные трубы теплоносителя) и сварочный наполнитель для парогенераторов — низкое поглощение нейтронов и стойкость к коррозии первичного теплоносителя (борированной воды).

4.4 Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Компоненты реактивных двигателей: Проволока малого диаметра для изготовления гильз камеры сгорания и деталей дожигателя (устойчива к высокотемпературным выхлопным газам и термоциклированию).

Ракетные двигательные установки: Сварочный наполнитель для топливопроводов жидкостных ракетных двигателей (работает при криогенных температурах перед запуском и высокой температуре после воспламенения).

4.5 Печи для термообработки и промышленные печи

Нагревательные элементы печей: Спиральная проволока Incoloy 800HT для электрических печей сопротивления (используется в термической обработке металлов, работает при температуре 800 - 850°C в атмосфере воздуха или инертного газа).

Печные реторты: Армирование проволокой для керамических реторт (предотвращает растрескивание от теплового удара в процессах высокотемпературного спекания).

4.6 Другие высокотемпературные приложения

Автомобильная промышленность (для тяжелых условий эксплуатации): датчики выхлопной системы и компоненты каталитического нейтрализатора для дизельных грузовиков (устойчивы к высокотемпературным выхлопным газам и коррозии оксидов серы).

Химическая обработка: Проволочные валы мешалок для резервуаров для высокотемпературного кислотного разложения (устойчивы к парам серной и азотной кислоты при температуре 600 - 700°C).

Заключение

Сплав 800HT (Incoloy 800HT Wire, UNS N08811) выделяется как высокоэффективный материал для высокотемпературных и сварочных работ благодаря оптимизированному химическому составу, строгому контролю производства и исключительной стойкости к ползучести / окислению. В качестве сварочной присадочной проволоки он обеспечивает прочные, согласованные по температуре соединения для критически важных конструкций из сплава 800HT, в то время как его универсальность распространяется на прецизионные компоненты в нефтехимической, энергетической и аэрокосмической промышленности. Для индивидуальных требований, таких как проволока специального диаметра (до 0,5 мм) для микросварки или модифицированная обработка поверхности для улучшения свариваемости, доступны специализированные производственные процессы, отвечающие конкретным потребностям применения.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 940 галлонов для жидкости на поддонах Специальная упаковка доступна по запросу.