Gedetailleerde analyse van de materialen en eigenschappen van Incoloy Alloy Rod

Een staafbestelling bestaat uit drie beslissingen, en de meeste cataloguspagina's beantwoorden slechts de eerste. De kwaliteit is één beslissing. De toestand van levering is de tweede. De specificatie waartegen het certificaat wordt opgesteld, is de derde. Een koper die de kwaliteit vaststelt en de andere twee aan de fabriek overlaat, heeft geen materiaal gekocht, en de factuur zal dit bewijzen.

De duidelijkste demonstratie is legering 800 in staafvorm. Dezelfde chemie, getest bij kamertemperatuur, geeft een vloeigrens van 250 MPa bij gloeien op 980 °C, 445 MPa bij warmwalsen en 690 MPa bij koudtrekken. De treksterkte stijgt van 590 naar 665 naar 771 MPa over dezelfde drie omstandigheden, en de hardheid stijgt van 138 naar 198 HB tussen de eerste twee. Niets in de samenstelling veranderde. Het proces deed dat.

Die spreiding is de reden waarom een pagina met de titel materialen en eigenschappen van Incoloy staaf moet beginnen met een waarschuwing over zijn eigen onderwerp. Er is geen enkele set eigenschappen voor een kwaliteit staaf. Er is een set eigenschappen voor een kwaliteit in een genoemde toestand bij een genoemde testtemperatuur, en al het andere is een gemiddelde van dingen die niet gemiddeld mogen worden.

Deze pagina behandelt de drie Incoloy-families die als staaf worden geleverd, de omstandigheden waarin elk wordt gekocht, de temperatuur waarop elk de juiste keuze niet meer is, en de vier punten die op een inkooporder moeten verschijnen voordat het certificaat iets betekent.

Incoloy is een handelsmerk van de Special Metals groep dat een familie van nikkel-ijzer-chroomlegeringen dekt. Het is geen kwaliteit. Drie leden van die familie worden gewoonlijk in staaf- en stangvorm geleverd, en ze worden voor drie verschillende taken gebruikt.

De 800-serie is een austenitische nikkel-ijzer-chroomlegering met ongeveer 32% nikkel en 21% chroom, en het is het hittebestendige lid van de groep. Legering 825 verhoogt het nikkel tot het bereik van 38 tot 46% en voegt molybdeen en koper toe, wat het verandert in een waterige corrosielegering voor zwavelzuur, fosforzuur en zeewater. Legering 925 behoudt de 825-basis en verhoogt het titanium en aluminium, wat het precipitatiehardbaar maakt en de vloeigrens van 271 MPa naar 832 MPa brengt na een tweestaps warmtebehandeling.

Twee dingen volgen uit die tabel voordat er over eigenschappen wordt gesproken. Het eerste is dat een aanvraag voor Incoloy staaf een familie heeft genoemd en niets anders, dus het eerste antwoord moet een vraag zijn over welke kwaliteit. Het tweede is dat de 800-regel drie UNS-nummers bevat met bijna dezelfde chemie, en het verschil daartussen is een koolstofbereik, een totaal aan aluminium en titanium, en een korrelgrootte. Dat zijn geen cosmetische verschillen, en ze zijn niet zichtbaar op een certificaat dat alleen chemie rapporteert.

De onderstaande tabel vergelijkt zes staaf- en stangproducten naast elkaar bij kamertemperatuur. Vijf van de zes zijn dezelfde drie families die al zijn beschreven. De zesde is dezelfde 800-chemie in een derde toestand, wat het punt van de oefening is.

Het bereik van de vloeigrens in die tabel loopt van 250 tot 832 MPa, een factor 3,3, en slechts een deel van die spreiding komt door het veranderen van de legering. De 800-kolom alleen bestrijkt 250 tot 690 MPa met de chemie constant gehouden. Een koper die de vloeigrens van 800 vergelijkt met de vloeigrens van 925 van twee gegevensbladen, vergelijkt een gegloeide staaf met een verouderde stang, en zal concluderen dat 925 een sterkere legering is wanneer het grootste deel van het verschil een ovenprogramma is.

De praktische lezing is rechttoe rechtaan. Waar een ontwerp 700 MPa van 800 nodig heeft, is het antwoord koudgetrokken staaf, en dezelfde aankoop brengt een rek van 17% en een hardheid die niet is gepubliceerd voor die toestand. Waar het ontwerp ductiliteit nodig heeft voor een gevormd of gelast onderdeel, is het antwoord gegloeide staaf op 250 MPa met 138 HB, en de tekening moet de lagere sterkte accepteren. De twee zijn van dezelfde kwaliteit en zijn niet uitwisselbaar.

Dezelfde logica verklaart de 825-regel. Gegloeide stang zit op 324 MPa vloeigrens, wat laag is voor een corrosielegering, en het bulletin vermeldt dat de legering aanzienlijk kan worden versterkt door koudbewerking. Koudgetrokken buis van dezelfde kwaliteit bereikt 889 MPa vloeigrens met 15% rek. Een stangbestelling die meer nodig heeft dan de gegloeide sterkte, moet een koudgetrokken toestand vragen en hetzelfde verlies aan ductiliteit accepteren dat de buisgegevens laten zien.

Legering 800 werd in de jaren 1950 uitgebracht als een hittebestendige legering met een relatief laag nikkelgehalte, en de reden voor dat laatste detail was een strategische aanduiding op nikkel destijds. Het werd goedgekeurd voor drukvaten in 1963, en de goedkeuring introduceerde het onderscheid dat de serie nog steeds beheerst: kwaliteit 1 gegloeid op ongeveer 980 °C, en kwaliteit 2 gegloeid op ongeveer 1.150 °C. De tweede kwaliteit is wat 800H werd.

De reden voor de tweede kwaliteit is kruip. Legering 800 is bedoeld voor gebruik tot ongeveer 816 °C, en bij die temperaturen is het ontwerp normaal gebaseerd op trek-eigenschappen. Boven die temperatuur wordt het ontwerp bepaald door breuk en kruip, en beide reageren op korrelgrootte en koolstofgehalte. Een grove korrelstructuur kan korrelgrensverschuiving beter weerstaan dan een fijne, en een hoger koolstofgehalte ondersteunt het carbide-netwerk dat de grenzen vastzet. Legering 800H werd geschreven om beide te vereisen, en de specificatie vraagt om een koolstofbereik van 0,05 tot 0,10% samen met een gemiddelde korrelgrootte van ASTM 5 of grover.

Legering 800HT is een verdere beperking binnen dezelfde omhulling, geïntroduceerd om het aluminium en titanium in het bovenste deel van het bereik te houden, waar kruip- en breukeigenschappen hoger zijn. De chemie valt binnen de 800H-limieten, het aluminium plus titanium is 0,85 tot 1,20% tegen 0,30 tot 1,20% voor 800H, en de warmtebehandeling is minimaal 2.100 °F (1.149 °C).

De laatste kolom is degene die commerciële problemen veroorzaakt. Legering 800HT voldoet aan de eisen van zowel N08811 als N08810 en kan voor beide of voor beide worden gecertificeerd. Het omgekeerde geldt niet. Materiaal geproduceerd volgens N08810 kan niet worden gecertificeerd als N08811, tenzij het voldoet aan de aanvullende aluminium-, titanium- en warmtebehandelingseisen, en een leverancier die 800H aanbiedt als substituut voor 800HT heeft een ander ontwerpstress aangeboden.

Korrelgrootte hoort op de inkooporder om dezelfde reden. Het is een resultaat van de laatste gloeibehandeling en van de hoeveelheid warmbewerking ervoor, en het is niet herstelbaar uit een chemiecertificaat. Een koper die 800H bestelt op basis van samenstelling alleen, kan een fijnkorrelige stang ontvangen die aan elk element van de chemie voldoet en niet de kruiplevensduur levert die het ontwerp aannam.

De 825-kwaliteit is een ander verhaal. Het is een nikkel-ijzer-chroomlegering met molybdeen, koper en titanium, en de toevoegingen zijn gericht op waterige corrosie. Chroom dekt oxiderende media zoals salpeterzuur en nitraten. Molybdeen en koper dekken reducerende media zoals zwavelzuur en fosforzuur. Molybdeen verhoogt ook de weerstand tegen putcorrosie en spleetcorrosie. Titanium stabiliseert, met de juiste warmtebehandeling, de legering tegen sensibilisatie voor interkristallijne corrosie.

De temperatuurlimiet is het deel dat de cataloguspagina's weglaten. Het legeringsbulletin stelt dat blootstelling boven ongeveer 1.000 °F (540 °C) microstructuurveranderingen en fasevorming kan veroorzaken die de ductiliteit en slagvastheid aanzienlijk verlagen, en dat de legering om deze reden normaal gesproken niet wordt gebruikt bij temperaturen waar kruip-breuk-eigenschappen ontwerpfactoren zijn. Dat is geen herwaardering voor een specifiek productvorm. Het is een verklaring over de legering.

Voor een staafkoper betekent dit dat 825 aan de corrosiekant van een fabriek thuishoort en niet aan de hete kant. Een warmtewisselaarbuis, een klephuis of een pompas in zwavelzuurdienst is de toepassing. Een steun die op 700 °C draait, is dat niet, en geen enkele hoeveelheid nikkel in de analyse verandert dat.

Warmtebehandeling is hier ook belangrijk. Millproducten worden behandeld om de combinatie van stabilisatie, corrosiebestendigheid, mechanische eigenschappen en vervormbaarheid te ontwikkelen. Latere gloeibehandelingen moeten tussen 1.700 en 1.800 °F (930 en 980 °C) plaatsvinden, gevolgd door snelle luchtkoeling of waterkoeling. Zware secties kunnen gesensibiliseerd raken tijdens het afkoelen van de warmbewerkings-temperatuur en kunnen dan onderhevig zijn aan interkristallijne corrosie in bepaalde media, in welk geval een stabiliserende gloeibehandeling het weerstand herstelt. Een stang die in een fabricagewerkplaats wordt nabewerkt en aan de lucht laat afkoelen, is een stang die de eigenschap die hij had gekocht, heeft verloren.

Legering 925 is de 825-basis met het titanium verhoogd van 0,6 tot 1,2% naar het bereik van 1,9 tot 2,4% en met aluminium toegevoegd op 0,1 tot 0,5%. Die twee elementen zijn de versterkende toevoeging, geen corrosie-toevoeging. De warmtebehandeling precipiteert gamma-prime, Ni3(Al, Ti), en dat precipitaat is wat de vloeigrens van 271 MPa in de oplossingsgegloeide toestand naar 832 MPa brengt na veroudering.

Dat onderscheid corrigeert een veelvoorkomende beschrijving. De 925-kwaliteit wordt vaak gepresenteerd als 825 met extra legering voor corrosie- en putbestendigheid. Het molybdeen en koper, die de weerstand tegen reducerende zuren bieden, zijn hetzelfde in beide kwaliteiten. In de zure autoclaaftest met vrije zwavel registreerden 925 een corrosie van 1,1 en 1,2 mpy in twee oplossingen en 825 bij 1,1 en 1,6 mpy, tegen 3,9 en 4,5 mpy voor type 316 roestvrij staal.

De warmtebehandeling heeft twee fasen en beide hebben toleranties die ertoe doen voor een staafbestelling. Oplossingsgloeien gebeurt op 1.800 tot 1.900 °F (980 tot 1.040 °C) gedurende minimaal 30 minuten en maximaal 4 uur, met koeling gelijk aan luchtkoeling of sneller voor secties van 1 inch (25 mm) en kleiner, en een waterkoeling voor alle maten groter dan 1 inch. Veroudering volgt op 1.350 tot 1.380 °F (732 tot 749 °C) gedurende 6 tot 9 uur, ovenkoeling tot 1.150 °F (621 °C), daarna vasthouden op 621 °C plus of min 8 °C voor een totale verouderingstijd van 18 uur.

De diameterkolom is het deel dat kopers verrast. De eigenschapslimieten zijn geschreven per productvorm en per maat, en de warmbewerkingsroute wordt gehouden aan een hogere minimale vloeigrens dan de koudbewerkingsroute omdat de teststaaf uit een ander deel van het proces komt. Een inkooporder die de minimale vloeigrens citeert zonder het diameterbereik, heeft een getal geciteerd dat mogelijk niet van toepassing is op de te snijden stang.

Machinale bewerking is het tweede praktische gevolg. Ruwe bewerking gebeurt voor de verouderingsharding en afwerking erna, omdat de legering goed bewerkbaar is in de oplossingsgegloeide en in de verouderde toestand en slecht daartussenin. Het bulletin gaat verder over vervorming: na het uithollen van een stang tot een wanddikte van minder dan ongeveer 25 mm, produceerde het draaien vervorming tot 0,010 inch (0,25 mm), en de slag werd geëlimineerd of aanzienlijk verminderd door het materiaal enkele weken te laten staan of door het opnieuw te verwarmen op 1.150 °F (621 °C) gedurende 2 uur voor het draaien. Een werkplaats die in één opstelling uitholt en afwerkt, zal een tolerantie aanhouden die het materiaal niet kan aanhouden.

Lassen brengt zijn eigen beperking met zich mee. Gas wolfraamboog en gas metaalbooglassen met de bijpassende 725NDUR-vuller zijn de aanbevolen routes, en ondergedompeld booglassen en afgeschermd metaalbooglassen worden niet aanbevolen voor deze kwaliteit. Een staaf die een gelaste assemblage wordt, moet daarom worden ontworpen.

Een veelvoorkomende bewering voor de groep is dat deze staven sterkte behouden bij temperaturen die vaak 1.000 °C overschrijden, afhankelijk van de kwaliteit. Die zin overleeft het contact met de drie legeringsbulletins niet. Legering 825 is beperkt tot ongeveer 540 °C. Legering 925 behoudt sterkte tot ongeveer 650 °C. Legering 800 is ontworpen tot 816 °C, en daarboven is het antwoord een andere warmtebehandeling binnen dezelfde familie, niet dezelfde staaf bij een hogere temperatuur.

Waar het cijfer van 1.000 °C vandaan komt, zijn de kruip- en breuktesten van de 800H- en 800HT-kwaliteiten, die worden gerapporteerd bij temperaturen ver boven het ontwerpbereik. Een testtemperatuur is geen gebruikstemperatuur. Een belaste staaf op 1.000 °C valt buiten de ontwerpbassis van elke kwaliteit in deze familie, en een specificatie die zo'n cijfer citeert, heeft het laboratorium verward met de oven.

Vijf punten bepalen of het certificaat overeenkomt met het onderdeel. Het eerste is de kwaliteit met zijn UNS-nummer, omdat de handelsnaam alleen de chemie niet vastlegt. Het tweede is de toestand van levering, geschreven als gegloeid, warmgewalst, koudgetrokken, of oplossingsgegloeid en verouderd, met de verouderingsbehandeling als de laatste van toepassing is. Het derde is de korrelgrootte, alleen voor 800H en 800HT, omdat het een resultaat is van de laatste gloeibehandeling en niet in de chemie staat. Het vierde is de eigenschapsbasis, wat betekent de testtemperatuur en of de waarden minima of typisch zijn. Het vijfde is het inspectiedocument.

De 925-regel is het vermelden waard. Het legeringsbulletin noemt drie documenten voor het product en noemt geen aparte ASTM staaf- en stangspecificatie, dus een inkooporder die er een uitvindt, heeft een document uitgevonden. De eigenschapslimieten voor de kwaliteit komen uit de producent specificatie HA 46, en de drukvatbasis komt uit Code Case 2218. Een koper die een ASTM referentie nodig heeft voor 925, moet de leverancier laten verklaren tegen welke van de twee hij certificeert.

Het certificaat zelf moet een EN 10204 3.1 document zijn, dat werkelijke testresultaten van de partij bevat en wordt goedgekeurd door de onafhankelijke inspectievertegenwoordiger van de fabrikant. Een 2.2 certificaat rapporteert de resultaten van niet-specifieke inspectie en is niet hetzelfde document, en het verschil is belangrijk wanneer het onderdeel in een drukbelasting komt.

DLX levert de Incoloy-kwaliteiten in staaf en stang uit Changzhou, Jiangsu, samen met dezelfde families in draad vanaf 0,025 mm en strip vanaf 0,50 mm tot 2,5 mm waar de toepassing naar een andere vorm gaat. Bestellingen worden geproduceerd tegen de standaard die op de inkooporder is vermeld, met een EN 10204 3.1 certificaat op aanvraag en het warmtenummer traceerbaar naar de testresultaten.

Twee vragen bepalen de meeste offertes. De eerste is de toestand, omdat een prijs voor gegloeid 800 geen prijs is voor koudgetrokken 800. De tweede is of de kwaliteit een korrelgrootte-eis nodig heeft, omdat 800H en 800HT niet zonder kunnen worden geciteerd.

Het antwoord hangt af van de omgeving en niet van de handelsnaam. Voor een ovenonderdeel of een warmtewisselaar boven 600 °C is de 800-serie de kandidaat, met 800H of 800HT boven 816 °C. Voor zwavelzuur, fosforzuur of zeewater onder ongeveer 540 °C is 825 de kandidaat. Voor een downhole of wellhead onderdeel dat minimaal 724 MPa vloeigrens nodig heeft met zure dienstweerstand, is 925 de kandidaat.

Omdat kruip en breuk afhankelijk zijn van korrelgrenzen en carbiden, en 800H een koolstofbereik van 0,05 tot 0,10% vereist samen met een gemiddelde korrelgrootte van ASTM 5 of grover. De grove korrel vermindert korrelgrensverschuiving en de koolstof ondersteunt het carbide-netwerk dat de grenzen vastzet. Legering 800 heeft geen van beide vereisten, dus de ontwerpbassis boven 816 °C is niet hetzelfde.

Nee. Het legeringsbulletin beperkt het tot ongeveer 540 °C, waarboven fasevorming de ductiliteit en slagvastheid aanzienlijk verlaagt, en stelt dat de legering normaal gesproken niet wordt gebruikt waar kruip-breuk-eigenschappen ontwerpfactoren zijn. De limiet is een eigenschap van de legering en geldt voor staaf, stang, buis en plaat.

Veroudering precipiteert gamma-prime, Ni3(Al, Ti), wat de vloeigrens verhoogt van 271 MPa in de oplossingsgegloeide toestand naar 832 MPa. Het gebeurt na oplossingsgloeien op 980 tot 1.040 °C, op 732 tot 749 °C gedurende 6 tot 9 uur, daarna ovenkoeling tot 621 °C en vasthouden gedurende een totale verouderingstijd van 18 uur. Ruwe bewerking gebeurt voor veroudering en afwerking erna.

Het is een sterkere 825, en de corrosiebestendigheid van de twee is vergelijkbaar. De titanium- en aluminiumtoevoegingen in 925 zijn er voor de gamma-prime-reactie. Het molybdeen en koper, die de weerstand tegen reducerende zuren bieden, zijn hetzelfde in beide kwaliteiten. In de zure autoclaaftest met vrije zwavel registreerden de twee legeringen vergelijkbare snelheden, en beide waren ruim onder type 316 roestvrij staal.

Alleen wanneer de toestand en de testtemperatuur overeenkomen. Dezelfde 800-chemie geeft een vloeigrens van 250 MPa gegloeid, 445 MPa warmgewalst en 690 MPa koudgetrokken. Een vergelijking tussen een gegloeide 800-bladwaarde en een koudgetrokken 800-staafwaarde is een vergelijking van twee processen, en de legering verdwijnt uit de vergelijking.

De Incoloy staaf-familie dekt drie taken. De 800-serie is het hittebestendige lid, en zijn drie UNS-nummers verschillen per koolstof, per aluminium en titanium, en per korrelgrootte, waarbij de korrelgrootte de kruip-ontwerpstress boven 816 °C draagt. Legering 825 is het waterige corrosie-lid, met een limiet nabij 540 °C die de cataloguspagina's vaak weglaten. Legering 925 is het precipitatiehardbare lid, met een vloeigrens van 832 MPa na een tweestapsbehandeling en een eigenschapstabel die is geschreven per productvorm en diameter.

De eigenschap die hen bindt, is dat geen van deze kwaliteiten een sterkte heeft zonder een toestand. De spreiding van 250 tot 832 MPa over de familie, en van 250 tot 690 MPa binnen één kwaliteit, is groter dan het verschil tussen de meeste kwaliteiten. Een inkooporder die de kwaliteit, de toestand, de korrelgrootte waar van toepassing, en het certificaat noemt, heeft een materiaal gespecificeerd. Een die een handelsnaam noemt, heeft een familie gespecificeerd.