Фактары абмежаваныя працоўныя тэмпературы
Тыповыя сферы прымянення, якія патрабуюць, каб дуплексныя матэрыялы падвяргаліся ўздзеянню высокіх тэмператур, - гэта ёмістасці пад ціскам, лопасці/крыльчаткі вентылятараў або скрубберы выхлапных газаў.Патрабаванні да ўласцівасцей матэрыялу могуць вар'іравацца ад высокай механічнай трываласці да ўстойлівасці да карозіі. Хімічны склад марак, якія абмяркоўваюцца ў гэтым артыкуле, прыведзены ў табліцы 1.
Спінадальны распад
Спінадальнае раскладанне (таксама званае дэміксаваннем або гістарычна ломкасцю пры 475 °C) - гэта тып падзелу фаз у ферытнай фазе, які адбываецца пры тэмпературах каля 475 °C.Найбольш выяўленым эфектам з'яўляецца змяненне мікраструктуры, якое выклікае адукацыю фазы α´, якая прыводзіць да акрыхтання матэрыялу.Гэта, у сваю чаргу, абмяжоўвае прадукцыйнасць канчатковага прадукту.
На малюнку 1 паказаны дыяграмы пераходу тэмпературы ў часе (TTT) для даследаваных дуплексных матэрыялаў са спінадальным раскладаннем, прадстаўленым у раёне 475 °C.Варта адзначыць, што гэтая дыяграма TTT адлюстроўвае зніжэнне трываласці на 50%, вымеранае пры выпрабаванні на ўдарную глейкасць узораў па Шарпі-V, што звычайна прымаецца як паказчык хрупкасці.У некаторых выпадках большае зніжэнне трываласці можа быць прымальным, што змяняе форму дыяграмы TTT.Такім чынам, рашэнне ўсталяваць канкрэтны максімальны OT залежыць ад таго, што лічыцца прымальным узроўнем далікатнасці, г.зн. зніжэння трываласці для канчатковага прадукту.Варта адзначыць, што гістарычна TTT-графікі таксама ствараліся з выкарыстаннем зададзенага парога, напрыклад, 27 Дж.
Вышэйшыя легіраваныя маркі
На малюнку 1 паказана, што павелічэнне колькасці легіруючых элементаў ад маркі LDX 2101 да маркі SDX 2507 прыводзіць да больш высокай хуткасці раскладання, у той час як худы дуплекс дэманструе запаволены пачатак раскладання.Уздзеянне легіруючых элементаў, такіх як хром (Cr) і нікель (Ni), на раскладанне спінадаў і акрыхтанне было паказана папярэднімі даследаваннямі.5–8 Гэты эфект дадаткова праілюстраваны на малюнку 2. Ён паказвае, што раскладанне спінадаў узмацняецца пры тэмпературы павялічваецца з 300 да 350 °C і адбываецца хутчэй для больш высокалегаванага класа SDX 2507, чым для менш легаванага DX 2205.
Такое разуменне можа мець вырашальнае значэнне ў аказанні дапамогі кліентам у выбары максімальнага OT, які падыходзіць для абранага класа і прымянення.
Вызначэнне максімальнай тэмпературы
Як згадвалася раней, максімальны OT для дуплекснага матэрыялу можа быць усталяваны ў адпаведнасці з прымальным падзеннем ударнай глейкасці.Як правіла, прымаецца OT, які адпавядае значэнню зніжэння трываласці на 50%.
OT залежыць ад тэмпературы і часу
Нахіл у хвастах крывых на дыяграме TTT на малюнку 1 дэманструе, што спінадальны распад не адбываецца толькі пры адной парогавай тэмпературы і не спыняецца ніжэй за гэты ўзровень.Хутчэй, гэта пастаянны працэс, калі дуплексныя матэрыялы падвяргаюцца ўздзеянню працоўных тэмператур ніжэй за 475 °C.Аднак таксама ясна, што з-за меншай хуткасці дыфузіі больш нізкія тэмпературы азначаюць, што раскладанне пачнецца пазней і будзе адбывацца значна павольней.Такім чынам, выкарыстанне дуплекснага матэрыялу пры больш нізкіх тэмпературах можа не выклікаць праблем гадамі ці нават дзесяцігоддзямі.Аднак у цяперашні час існуе тэндэнцыя ўсталёўваць максімальны OT без уліку часу ўздзеяння.Такім чынам, галоўнае пытанне заключаецца ў тым, якую камбінацыю тэмпературы і часу трэба выкарыстоўваць, каб вырашыць, бяспечна ці не выкарыстоўваць матэрыял?Herzman et al.10 прыгожа рэзюмуюць гэтую дылему: «...У такім выпадку выкарыстанне будзе абмежавана тэмпературамі, пры якіх кінетыка расслойвання настолькі нізкая, што яна не адбудзецца на працягу запланаванага тэхнічнага тэрміну службы прадукту...».
Ўздзеянне зваркі
У большасці прыкладанняў для злучэння кампанентаў выкарыстоўваецца зварка.Добра вядома, што мікраструктура зварнога шва і яго хімічны склад адрозніваюцца ад базавага матэрыялу 3 .У залежнасці ад прысадачнага матэрыялу, тэхнікі зваркі і параметраў зваркі мікраструктура швоў у асноўным адрозніваецца ад сыпкага матэрыялу.Мікраструктура звычайна больш грубая, і гэта таксама ўключае ў сябе зону высокатэмпературнага ўздзеяння цяпла (HTHAZ), якая ўплывае на спінадальнае раскладанне ў зварных вырабах.Варыяцыі мікраструктуры аб'ёмных і зварных вырабаў - гэта тэма, якая разглядаецца тут.
Абагульняючы абмежавальныя фактары
Папярэднія раздзелы дазваляюць зрабіць наступныя высновы:
- Падлягаюць усе дуплексныя матэрыялы
да спінадальнага раскладання пры тэмпературы каля 475 °C. - У залежнасці ад утрымання сплаву, чакаецца больш хуткая або павольная хуткасць раскладання.Больш высокае ўтрыманне Cr і Ni спрыяе больш хуткаму расслойванню.
- Каб усталяваць максімальную працоўную тэмпературу:
– Неабходна ўлічваць спалучэнне часу працы і тэмпературы.
– Неабходна ўсталяваць прымальны ўзровень зніжэння трываласці, г.зн. жаданы ўзровень канчатковай трываласці - Пры ўвядзенні дадатковых мікраструктурных кампанентаў, такіх як зварныя швы, максімальны OT вызначаецца па самай слабой частцы.
Сусветныя стандарты
Для гэтага праекта былі перагледжаны некалькі еўрапейскіх і амерыканскіх стандартаў.Яны сканцэнтраваны на прымяненні ў сасудах пад ціскам і кампанентах трубаправодаў.Увогуле, разыходжанні адносна рэкамендаванага максімальнага ВЗ сярод разгледжаных стандартаў можна падзяліць на еўрапейскі і амерыканскі.
Еўрапейскія стандарты спецыфікацыі матэрыялаў для нержавеючай сталі (напрыклад, EN 10028-7, EN 10217-7) прадугледжваюць максімальную OT 250 °C з-за таго, што ўласцівасці матэрыялу забяспечаны толькі пры гэтай тэмпературы.Больш за тое, еўрапейскія стандарты праектавання для сасудаў пад ціскам і трубаправодаў (EN 13445 і EN 13480, адпаведна) не даюць ніякай дадатковай інфармацыі аб максімальным OT з таго, што дадзена ў іх стандартах на матэрыялы.
Наадварот, амерыканская спецыфікацыя матэрыялу (напрыклад, ASME SA-240 ASME, раздзел II-A) наогул не змяшчае дадзеных аб падвышанай тэмпературы.Замест гэтага гэтыя даныя прадстаўлены ў раздзеле II-D ASME, «Уласцівасці», які падтрымлівае агульныя нормы канструкцыі сасудаў пад ціскам, раздзелы VIII-1 і VIII-2 ASME (апошнія прапануюць больш прасунуты маршрут праектавання).У ASME II-D для большасці дуплексных сплаваў максімальная OT відавочна вызначана як 316 °C.
Для напорных трубаправодаў правілы праектавання і ўласцівасці матэрыялаў прыведзены ў ASME B31.3.У гэтым кодзе даюцца механічныя дадзеныя для дуплексных сплаваў да 316 °C без выразнага ўказання максімальнага OT.Тым не менш, вы можаце інтэрпрэтаваць інфармацыю ў адпаведнасці з тым, што напісана ў ASME II-D, і, такім чынам, максімальная OT для амерыканскіх стандартаў у большасці выпадкаў складае 316 °C.
У дадатак да максімальнай інфармацыі OT, як амерыканскія, так і еўрапейскія стандарты мяркуюць, што існуе рызыка ўзнікнення далікатнасці пры павышаных тэмпературах (>250 °C) пры больш працяглым часе ўздзеяння, што варта ўлічваць як на этапе праектавання, так і на этапе абслугоўвання.
Для зварных швоў большасць стандартаў не робяць ніякіх цвёрдых заяваў аб уплыве спінадальнага раскладання.Аднак некаторыя стандарты (напрыклад, ASME VIII-1, табліца UHA 32-4) паказваюць на магчымасць выканання спецыфічнай тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі.Яны не з'яўляюцца ні абавязковымі, ні забароненымі, але пры іх выкананні яны павінны выконвацца ў адпаведнасці з загадзя зададзенымі параметрамі ў стандарце.
Што індустрыя кажа
Інфармацыя, атрыманая некалькімі іншымі вытворцамі дуплекснай нержавеючай сталі, была прагледжана, каб даведацца, што яны паведамляюць адносна дыяпазонаў тэмператур для сваіх марак.Тэмпература 2205 абмежавана 315 °C ATI, але Acerinox усталёўвае OT для таго ж класа толькі на 250 °C.Гэта верхнія і ніжнія межы OT для маркі 2205, у той час як паміж імі іншыя OTs паведамляюцца Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) і ArcelorMittal (280 °C).Гэта дэманструе шырокае распаўсюджванне прапанаваных максімальных OT толькі для аднаго гатунку, які будзе валодаць вельмі супастаўнымі ўласцівасцямі ад вытворцы да вытворцы.
Не заўсёды раскрываюцца асноўныя развагі адносна таго, чаму вытворца ўсталяваў пэўны OT.У большасці выпадкаў гэта заснавана на адным канкрэтным стандарце.Розныя стандарты паведамляюць пра розныя OT, адсюль разыходжанне значэнняў.Лагічная выснова заключаецца ў тым, што амерыканскія кампаніі ўсталёўваюць больш высокае значэнне з-за сцвярджэнняў у стандарце ASME, а еўрапейскія кампаніі ўсталёўваюць больш нізкае значэнне з-за стандарту EN.
Што трэба кліентам?
У залежнасці ад канчатковага прымянення чакаюцца розныя нагрузкі і ўздзеяння матэрыялаў.У гэтым праекце найбольшую цікавасць уяўляла далікатнасць з-за спінадальнага раскладання, паколькі яна вельмі прыдатная да сасудаў пад ціскам.
Аднак існуюць розныя віды прымянення, якія падвяргаюць дуплексныя маркі толькі сярэднім механічным нагрузкам, напрыклад скрубберы11–15.Яшчэ адзін запыт тычыўся лопасцяў і крыльчатак вентылятараў, якія падвяргаюцца стомленым нагрузкам.Літаратура паказвае, што спінадальны распад паводзіць сябе па-рознаму, калі прымяняецца стомленая нагрузка15.На гэтым этапе становіцца ясна, што максімальны OT гэтых прыкладанняў не можа быць усталяваны такім жа чынам, як для сасудаў пад ціскам.
Іншы клас запытаў прызначаны толькі для прымянення, звязанага з карозіяй, напрыклад, марскіх ачышчальнікаў выхлапных газаў.У гэтых выпадках устойлівасць да карозіі больш важная, чым абмежаванне OT пры механічнай нагрузцы.Аднак абодва фактары ўплываюць на працу канчатковага прадукту, што неабходна ўлічваць пры ўказанні максімальнага OT.Зноў жа, гэты выпадак адрозніваецца ад двух папярэдніх.
У цэлым, калі кансультаваць кліента аб падыходным максімальным OT для яго класа дуплекса, тып прымянення мае жыццёва важнае значэнне для ўстанаўлення значэння.Гэта дадаткова дэманструе складанасць усталявання адзінага OT для маркі, паколькі асяроддзе, у якім разгортваецца матэрыял, аказвае істотны ўплыў на працэс далікатнасці.
Якая максімальная працоўная тэмпература для дуплекса?
Як ужо згадвалася, максімальная працоўная тэмпература задаецца вельмі нізкай кінэтыкай спінадальнага раскладання.Але як мы вымяраем гэтую тэмпературу і што такое "нізкая кінетыка"?Адказаць на першае пытанне лёгка.Мы ўжо заяўлялі, што вымярэнні трываласці звычайна праводзяцца для ацэнкі хуткасці і прагрэсу раскладання.Гэта ўстаноўлена ў стандартах, якіх прытрымліваюцца большасць вытворцаў.
Другое пытанне пра тое, што маецца на ўвазе пад нізкай кінэтыкай і значэннем, пры якім мы ўсталёўваем тэмпературную мяжу, больш складанае.Часткова гэта звязана з тым, што межавыя ўмовы максімальнай тэмпературы складаюцца як з максімальнай тэмпературы (T), так і з працоўнага часу (t), на працягу якога гэтая тэмпература падтрымліваецца.Каб пацвердзіць гэтую камбінацыю Tt, можна выкарыстоўваць розныя інтэрпрэтацыі «самай нізкай» трываласці:
• Ніжняя мяжа, якая ўсталявана гістарычна і можа прымяняцца для зварных швоў, складае 27 джоўляў (Дж)
• У стандартах у асноўным у якасці мяжы ўстаноўлена 40 Дж.
• Зніжэнне пачатковай трываласці на 50% таксама часта ўжываецца для ўстанаўлення ніжняй мяжы.
Гэта азначае, што заява аб максімальным OT павінна грунтавацца як мінімум на трох узгодненых дапушчэннях:
• Тэмпературна-часовая вытрымка канчатковага прадукту
• Дапушчальнае мінімальнае значэнне трываласці
• Канчатковая вобласць прымянення (толькі хімія, механічная нагрузка так/не і г.д.)
Аб'яднаныя эксперыментальныя веды
Пасля шырокага вывучэння эксперыментальных дадзеных і стандартаў удалося скласці рэкамендацыі для чатырох дуплексных гатункаў, якія разглядаюцца, гл. Табліцу 3. Варта прызнаць, што большасць дадзеных атрымана ў выніку лабараторных эксперыментаў, выкананых з крокам тэмпературы 25 °C. .
Варта таксама адзначыць, што гэтыя рэкамендацыі спасылаюцца на па меншай меры 50% трываласці, якая застаецца пры RT.Калі ў табліцы пазначаны «больш працяглы перыяд часу», ніякага значнага зніжэння РТ не было зафіксавана.Акрамя таго, зварны шво быў правераны толькі пры -40 °C.Нарэшце, варта адзначыць, што для DX 2304 чакаецца больш працяглы час уздзеяння, улічваючы яго высокую трываласць пасля 3000 гадзін выпрабаванняў.Тым не менш, да якой ступені можна павялічыць уздзеянне, трэба праверыць з дапамогай дадатковых выпрабаванняў.
Варта адзначыць тры важныя моманты:
• Сучасныя вынікі паказваюць, што пры наяўнасці зварных швоў OT зніжаецца прыкладна на 25 °C.
• Кароткачасовыя скокі (дзясяткі гадзін пры T=375 °C) прымальныя для DX 2205. Паколькі DX 2304 і LDX 2101 з'яўляюцца больш нізкімі легіраванымі маркамі, супастаўныя кароткатэрміновыя скокі тэмператур таксама павінны быць прымальнымі.
• Калі матэрыял становіцца далікатным з-за раскладання, змякчаючая тэрмаапрацоўка пры тэмпературы 550 – 600 °C для DX 2205 і 500 °C для SDX 2507 на працягу 1 гадзіны дапамагае аднавіць глейкасць на 70%.
Час публікацыі: 4 лютага 2023 г