Standardno nerjavno jeklo doseže svojo praktično mejo okoli 650 stopinj temperature plašča. Nad to točko se oksidacija dramatično pospeši, nastajanje vodnega kamna postane problematično, trdnost pri visokih-temperaturah pa se zmanjša pod mehanskimi obremenitvami. Za 28-milimetrske kartušne grelnike, ki segajo na ozemlje 700-850 stopinj-določeni postopki toplotne obdelave, visoko-temperaturni kemični reaktorji, napredna izbira materiala za obdelavo materiala določa, ali grelniki zdržijo mesece ali leta.
Inconel 600 s sestavo 76 % niklja, 15 % kroma in 8 % železa podaljša uporabno temperaturo do 980 stopinj. Visoka vsebnost niklja zagotavlja izjemno odpornost proti oksidaciji s tvorbo zaščitnih oksidnih plasti, ki se samo{6}}poškodujejo. Za 28 mm grelnike v agresivnih toplotnih okoljih ta zlitina običajno doseže 3- do 4-kratno življenjsko dobo nerjavečega jekla 304, kar upravičuje 60-80-odstotno premijo stroškov z zmanjšano pogostostjo zamenjave in odpravo prekinitev proizvodnje.
Inconel 800 dodaja nadzorovani ogljik, aluminij in titan osnovnemu sistemu nikelj-krom-železo. Ti dodatki ustvarjajo učinke padavin-utrjevanja in dramatično izboljšajo odpornost na karburizacijo. V atmosferi toplotne obdelave z nadzorovanim potencialom ogljika-ki je običajna pri obdelavi letalskih in avtomobilskih komponent, 800 znatno prekaša 600. Material je odporen proti notranji oksidaciji in ohranja strukturno celovitost skozi tisoče toplotnih ciklov, ki bi povzročili razpoke v manjših zlitinah.
Incoloy 840 ponuja vmesno zmogljivost po zmerni ceni. Z 20-25 % niklja in 19-23 % kroma zagotavlja bistveno boljše delovanje pri visokih temperaturah kot nerjaveče jeklo serije 300, hkrati pa ostaja varčnejše od razredov Inconel. Za 28-milimetrske grelnike, ki delujejo v območju 700-850 stopinj, kjer standardni materiali ne delujejo, vendar je Inconel 600 morda preveč specificiran, 840 doseže optimalno vrednost, ki uravnoteži zmogljivost in stroške.
Keramično{0}}prevlečene kovine zagotavljajo alternativne pristope za posebne aplikacije. Prevleke iz aluminijevega oksida ali silicijevega karbida, nanesene na kovinske podlage, ustvarjajo kemične ovire in električno izolacijo, medtem ko osnovni material zagotavlja mehansko trdnost. Te hibridne konstrukcije ustrezajo aplikacijam, kjer sta potrebni ekstremna temperatura in kemična odpornost-določena obdelava polprevodnikov, reaktivna kemična okolja ali ultra-pogoji oksidacije pri ultra-visoki temperaturi.
Glede na raziskave inženirstva materialov sledi oksidacija parabolični kinetiki pri zmernih temperaturah, vendar se eksponentno pospešuje, ko se približujemo mejam. 28 mm grelni ovoj, ki kaže sprejemljivo rast oksida 0,1 mm v 1000 urah pri 700 stopinjah, lahko doživi rast 0,6 mm pri 850 stopinjah. Zaradi tega ne-linearnega obnašanja je nadzor temperature kritičen,-majhna prekoračitve v materialno nevarna območja povzročijo nesorazmerno škodo, ki ni takoj vidna, ampak se hitro kopiči.
Odpornost na toplotno utrujenost se med zlitinami močno razlikuje. Ponavljajoče nihanje med sobno temperaturo in delovno temperaturo ustvarja napetost zaradi diferencialne toplotne ekspanzije. Materiali z visokimi koeficienti in nizko toplotno prevodnostjo imajo strmejše notranje gradiente in hitrejši začetek razpok zaradi utrujenosti. Inconel zlitine so na splošno boljše od nerjavnih jekel zaradi boljše-odpornosti proti lezenju pri visokih temperaturah in zmernih, predvidljivih razteznih lastnosti.
Kemijska združljivost presega preprosto odpornost proti oksidaciji. Žveplove spojine v nekaterih procesnih okoljih napadajo nikljeve zlitine pri visoki temperaturi in tvorijo nizko{1}}talilne nikljeve sulfide, ki povzročijo katastrofalno prodiranje. Kloridno napetostno korozijsko razpokanje vpliva na nekatere materiale v posebnih kombinacijah temperature, napetosti in koncentracije. Analiza procesnega okolja mora spremljati temperaturne vidike v specifikaciji materiala.
Premisleki glede izdelave vplivajo na praktično razpoložljivost naprednih zlitin. Inconel materiale je težje obdelovati, oblikovati in variti kot nerjavna jekla. Vsi proizvajalci grelnikov ne ohranjajo zmogljivosti za učinkovito obdelavo teh materialov v premeru 28 mm z zahtevano natančnostjo. Dobavni roki se podaljšajo, lahko veljajo minimalne količine naročila, stroški pa odražajo te proizvodne izzive. Načrtovanje teh praktičnih omejitev preprečuje zamude pri projektih.
Površinska obdelava lahko izboljša učinkovitost osnovnega materiala. Pasivacija izboljša korozijsko odpornost nerjavnih vrst. Elektropoliranje zmanjša površino in odstrani koncentracije napetosti. Posebni premazi zagotavljajo ovire pred specifičnimi kemičnimi napadi. Ti sekundarni postopki povečajo stroške, vendar podaljšajo življenjsko dobo v obrobnih aplikacijah, kjer popolna nadgradnja zlitine ni ekonomsko upravičena.
Za nastajajoče aplikacije v sistemih obnovljive energije, električnem letalstvu in napredni proizvodnji se razvoj materialov nadaljuje. Zlitine, ojačane z oksidno disperzijo, ognjevzdržni kovinski kompoziti in keramični matrični materiali obljubljajo zmogljivosti, ki presegajo trenutne omejitve nikljevih zlitin. 28mm grelniki se bodo razvijali, da bodo vključevali te napredke, ko bodo dozoreli od laboratorijske do komercialne razpoložljivosti, kar bo omogočilo toplotno obdelavo pri temperaturah in učinkovitostih, ki jih trenutno ni mogoče doseči.
