Применение и разработка крепежа из сплава Incoloy 800HT на основе никеля

Incoloy 800HT — никелево-железохромовый сплав, из которого изготавливают шпильки, гайки и другой крепёж, работающий под нагрузкой при высокой температуре. Высокая термостойкость, стойкость к окислению и к коррозионному растрескиванию под напряжением в хлоридных средах делают его распространённым выбором для печей, реакторов риформинга, котлов и высокотемпературных трубопроводов, где углеродистая сталь теряет прочность, а многие нержавеющие стали разрушаются под действием хлоридов. Для уплотнения применяют высокотемпературные фланцевые прокладки, а затяжку шпилек ведут по заданному моменту.

Химический состав и структура Incoloy 800HT

Incoloy 800HT — модифицированный Incoloy 800 с более жёстким контролем углерода, алюминия и титана. Пределы состава приведены ниже.

Химический состав Incoloy 800HT в процентах по массе; остаток — железо.

Сплав имеет гранецентрированную кубическую решётку. Чрезвычайно низкое содержание углерода и повышенное соотношение Ti:C повышают структурную стабильность, стойкость к окислению и к межкристаллитной коррозии, а отжиг при температуре около 950 °C обеспечивает мелкозернистую структуру. Для крепежа это означает, что шпилька сохраняет затяжку при многократных циклах нагрева и охлаждения.

Механические, физические и коррозионные свойства

При комнатной температуре сплав имеет предел прочности 450 Н/мм2, предел текучести 0.2% — 180 Н/мм2 и относительное удлинение 35%. Плотность — 8.0 г/см3, интервал плавления — 1350–1400 °C.

• Высокотемпературная прочность — механические свойства сохраняются в водных средах до температуры около 500 °C.
• Стойкость к окислению — содержание хрома обеспечивает стабильную оксидную плёнку при циклическом нагреве в воздухе и в горячей технологической среде.
• Стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением — никелевая основа ограничивает его развитие во влажных средах с хлоридами.
• Обрабатываемость — сплав хорошо обрабатывается, поэтому из него изготавливают шпильки, гайки и нестандартный крепёж по чертежу.

Коррозионная стойкость зависит от среды:

• Азотная кислота и органические кислоты — хорошая стойкость.
• Серная и соляная кислоты — стойкость ограничена, поэтому перед применением уточняют скорость коррозии для конкретной концентрации.
• Галогениды — возможно питтинговое разрушение, однако в окисляющих и неокисляющих солях стойкость хорошая.
• Вода, пар и смеси пара, воздуха и углекислого газа — хорошая стойкость.

В нефтепереработке и химическом производстве эта стойкость защищает крепёж от действия хлоридов, поэтому соединение сохраняет герметичность и не разрушается раньше срока.

Где применяется крепёж Incoloy 800HT

Сплав выбирают там, где соединение должно оставаться плотным при высокой температуре и в агрессивных средах. В технологических трубопроводах им крепят трубные фланцы, крышки теплообменников и аппаратов, а также заменяют нержавеющий крепёж, который разрушается от коррозионного растрескивания под напряжением в хлоридных средах.

• Нефтепереработка и нефтехимия — крепёж теплообменников, трубопроводов и аппаратуры при высокой температуре и наличии хлоридов.
• Энергетика — шпильки и гайки котлов, пароперегревателей и промежуточных пароперегревателей, работающих в циклах пуска и останова.
• Оборудование для термообработки — корзины, лотки и приспособления, подверженные многократному нагреву и агрессивным средам.
• Авиация и военная техника — детали, которым нужны термическая стабильность и прочность в экстремальных условиях.
• Атомная энергетика — крепёж ключевых узлов при высокой температуре и высокой радиации.
• Фармацевтика и пищевая промышленность — оборудование, которое должно сохранять коррозионную стойкость при высокотемпературной обработке.

Частые вопросы

До какой температуры можно использовать крепёж Incoloy 800HT?

Сплав сохраняет механические свойства в водных средах до температуры около 500 °C и устойчив к окислению и при более высоком нагреве. Расчётную температуру соединения проверяют по применимым нормам для трубопроводов или сосудов под давлением.

Что даёт сплаву повышенное соотношение Ti:C?

Очень низкое содержание углерода и повышенное отношение титана к углероду повышают структурную стабильность, стойкость к окислению и к межкристаллитной коррозии. Отжиг при около 950 °C обеспечивает мелкое зерно, поэтому крепёж сохраняет размеры при тепловых циклах.

В каких средах применение крепежа Incoloy 800HT ограничено?

Стойкость ограничена в серной и соляной кислотах, а в средах с галогенидами возможно питтинговое разрушение. Азотная и органические кислоты, окисляющие и неокисляющие соли, вода, пар и смеси пара, воздуха и углекислого газа переносятся хорошо.

Как правильно затягивать шпильки Incoloy 800HT на фланцевом соединении?

Шпильки затягивают крест-накрест откалиброванным инструментом до усилия, требуемого для прокладки и класса фланца, и повторно проверяют затяжку после первого теплового цикла. Повторную затяжку одной и той же шпильки следует ограничивать, чтобы не упрочнять материал.