Характеристики и применение сплава на основе никеля Incoloy 800H

Incoloy 800H — никелево-железохромовый сплав для условий, в которых прочность и коррозионная стойкость должны сохраняться при высокой температуре. Он входит в семейство вместе с марками 800 и 800HT, и различия между ними определяют выбор марки для трубы реактора, крепежа или разъемного соединения, включая фланцевые прокладки, которые удерживают это соединение плотным.

Состав и металлографическая структура

Номинальный состав семейства 800 — никель 30-35% и хром 19-23%, остальное — железо. Регулирующий элемент — углерод: для марки 800 допускается не более 0.10%, тогда как 800H начинается с 0.05%, а 800HT — с 0.06%. Алюминий и титан вводят для стабилизации структуры.

800H имеет гранецентрированную кубическую решетку. Очень низкое содержание углерода и повышенное соотношение Ti:C повышают структурную стабильность, стойкость к сенсибилизации и межкристаллитной коррозии, а отжиг при температуре около 950 °C обеспечивает мелкозернистую структуру.

• Никель 30-35%, хром 19-23%, железо — основа.
• Углерод составляет 0.05-0.10% в марке 800H и 0.06-0.10% в марке 800HT против максимум 0.10% в марке 800.
• Алюминий и титан — по 0.15-0.60%; в марке 800HT их сумма равна 0.85-1.20%.
• Отжиг при температуре около 950 °C дает мелкозернистую структуру.

Предельный химический состав сплавов Incoloy 800, 800H и 800HT, % по массе (Fe — основа). В марке 800HT сумма Al+Ti составляет 0.85-1.20.

Физические и механические свойства

При проектировании для высоких температур важны два физических параметра: плотность 8.0 г/см3 и интервал плавления 1350-1400 °C. Минимальные механические свойства при комнатной температуре приведены ниже.

• Сплав 800: предел прочности Rm 500 Н/мм2, предел текучести Rp0.2 210 Н/мм2, относительное удлинение A5 35%.
• Сплав 800H: предел прочности Rm 450 Н/мм2, предел текучести Rp0.2 180 Н/мм2, относительное удлинение A5 35%.
• Для применений при температурах до 500 °C сплав поставляется в отожженном состоянии.

В эксплуатации сплав сохраняет прочность и стабильность размеров при повышенной температуре, а его стойкость к окислению и ползучести заметно выше, чем у обычной нержавеющей и углеродистой стали.

Коррозионная стойкость и ограничения применения

800H стоек к большинству агрессивных сред. Высокое содержание никеля обеспечивает хорошую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением в водных средах, а высокое содержание хрома повышает стойкость к питтинговой и щелевой коррозии.

• Хорошая стойкость: азотная кислота, органические кислоты, окисляющие и неокисляющие соли, вода и пар, а также смеси пара, воздуха и углекислого газа.
• Ограниченная стойкость: серная и соляная кислоты.
• Риск, который нужно учитывать: питтинговая коррозия в средах, содержащих галогениды.
• Механизм: очень низкое содержание углерода и повышенное соотношение Ti:C сдерживают сенсибилизацию и межкристаллитную коррозию.

Поэтому выбор марки определяет среда: концентрация галогенидов, температура и наличие кислорода решают, подходит ли сплав. Сварные и сильно деформированные холодом детали оценивают отдельно на склонность к межкристаллитной коррозии.

Применение в оборудовании и крепеже

Сплав применяют там, где высокая температура сочетается с коррозией: реакторы нефтехимических производств, печные трубы, линии парового отопления, трубки нагревательных элементов и конденсаторы азотной кислоты. Соединяют трубопроводы через трубные фланцы и крепеж, который должен выдерживать тот же нагрев.

• Трубки конденсаторов азотной кислоты — стойкость к азотной кислоте.
• Трубы парового отопления и трубки нагревательных элементов — сохранение механических свойств при температуре.
• Крепеж ответственных соединений — болты, шпильки и гайки, работающие при нагреве и окислении.
• Детали самолетов и крепеж реакторов — стойкость к высокой температуре и окислению.
• Для работы при температурах до 500 °C материал поставляется в отожженном состоянии.

Поскольку сплав сохраняет свойства при повторных тепловых циклах, его выбирают для болтов и гаек в соединениях, где обычная нержавеющая сталь окисляется или теряет прочность.

Часто задаваемые вопросы

Чем отличаются Incoloy 800, 800H и 800HT?

Все три марки содержат никель 30-35% и хром 19-23%. Разница — в углероде: 800H содержит 0.05-0.10% C, 800HT — 0.06-0.10% C против максимум 0.10% в марке 800, а в марке 800HT сумма Al+Ti повышена до 0.85-1.20%.

При какой температуре применяют Incoloy 800H?

Приведенные данные относятся к работе при температурах до 500 °C, где сплав поставляется в отожженном состоянии. Выше этого диапазона определяющей становится ползучесть, и решение принимают для конкретного случая.

Почему 800H стоек к межкристаллитной коррозии?

Очень низкое содержание углерода и повышенное соотношение Ti:C ограничивают сенсибилизацию, а отжиг при температуре около 950 °C дает мелкозернистую структуру.

С какими кислотами работает Incoloy 800H?

Хорошо выдерживает азотную и органические кислоты, а также многие окисляющие и неокисляющие соли. Серная и соляная кислоты дают лишь ограниченную стойкость, а галогениды могут вызвать питтинг.

Пригоден ли Incoloy 800H для крепежа?

Стойкость к нагреву, коррозии и окислению делает его кандидатом для ответственных резьбовых соединений в нефтехимическом оборудовании, деталях самолетов и крепеже реакторов, если соединение рассчитано на тот же температурный диапазон.