Failure of Alloy Steels Used in Pyrolytic Applications

Abstract

The requirement to improve efficiency in pyrolytic furnaces has led to increased operating temperatures (>1000°C), shorter residence times and higher heat fluxes. The greater severity in operating conditions has increased the incidence of failures. There is, therefore, a need to improve our understanding of the behavior of the materials employed, under a new set of operating conditions. The heat resistant alloys of HK-40 and Incoloy 800 type have been used competitively in the past. Most evidence suggests that both types of materials ultimately fail by creep rupture brought about by dual effect of carburization and low cycle thermal fatigue.

The purpose of the present paper is to study the characteristics of failure both in carburized and uncarburized condition for heat resistant alloys, with particular emphasis on HK-40. Stress rupture data, creep ductility and microstructural evidence have been employed in the course of the present study to indicate possible mechanisms of rupture.

It has been established from the analysis of recent literature data that a single fracture mechanism operates, in spite of the wide range of microstructures present. Furthermore, carburization does not influence the processes of damage accumulation, but rather those of crack nucleation

Résumé

La nécessité d'améliorer le rendement des fours de pyrolyse a conduit à des températures de fonctionnement accrues (> 1000°C), des temps de maintien plus courts et des flux thermiques plus grands.

Le plus grande sévérite des conditions de fonctionnement a accru la fréquence des détériorations. C'est pourquoi est apparu le besoin de mieux comprendre le comportement des matériaux employés dans ces conditions nouvelles d'utilisation.

Les alliagues à bonne résistance thermique, du type HK-40 et Incoloy 800, ont été utilisés concurremment, dans le passé. L'expérìence montre que ces deux types de matériaux sont finalement détériorés par la rupture au fluage provoquée par l'effet simultane de la carburation et de la fatigue thermique.

Le but de ce travail est l'étude des caractéristiques de déterioration, d'alliages à bonne resistance thermique, en particulier de l'alliage HK 40, en condition de carburation ou de non-carburation. Des données de rupture sous contrainte, des essais de fluage et ductilité et la micrographie ont été employés au cours de la présente étude pour déterminer les mécanismes possibles de la rupture.

De l'analyse des données récentes de la littérature, il a été déduit que l'on se trouve en présence du mécanisme de propagation d'une seule fissure en dépit la diversité des microstructures presentes. En outre, la carburation n'influence pas les processus d'accumulation des défauts, mais joue sur la nucléation des fissures.