Faktore beperk bedryfstempe
Tipiese toepassings wat vereis dat dupleksmateriaal aan hoë-temperatuurtoestande blootgestel moet word, is drukvate, waaierblaaie/waaiers of uitlaatgaswassers.Die vereistes vir materiaaleienskappe kan wissel van hoë meganiese sterkte tot korrosiebestandheid. Die chemiese samestelling van die grade wat in hierdie artikel bespreek word, word in Tabel 1 gelys.
Spinodale ontbinding
Spinodale ontbinding (ook genoem ontmenging of histories as 475 °C-brosheid) is 'n tipe faseskeiding in die ferritiese fase, wat by temperature van ongeveer 475 °C plaasvind.Die mees uitgesproke effek is 'n verandering in die mikrostruktuur, wat die vorming van die α´-fase veroorsaak, wat lei tot brosheid van die materiaal.Dit beperk op sy beurt die prestasie van die finale produk.
Figuur 1 toon die temperatuur tydoorgang (TTT) diagram vir die dupleks materiale wat bestudeer is, met spinodale ontbinding verteenwoordig in die omgewing van 475 °C.Daar moet kennis geneem word dat hierdie TTT-diagram 'n afname van taaiheid met 50% verteenwoordig, gemeet deur impaktaaiheidstoetsing op Charpy-V-monsters, wat gewoonlik aanvaar word as 'n aanduiding van brosheid.In sommige toepassings kan 'n groter afname in taaiheid aanvaarbaar wees, wat die vorm van die TTT-diagram verander.Daarom hang die besluit om 'n bepaalde maksimum OT te stel af van wat as 'n aanvaarbare vlak van brosheid beskou word, maw taaiheidsvermindering vir die finale produk.Dit moet genoem word dat histories TTT-grafieke ook geproduseer is deur gebruik te maak van 'n vasgestelde drempel, soos 27J.
Hoër gelegeerde grade
Figuur 1 toon dat die toename van legeringselemente vanaf graad LDX 2101 na die graad SDX 2507 lei tot 'n vinniger ontbindingstempo, terwyl maer dupleks 'n vertraagde begin van ontbinding toon.Die impak van legeringselemente soos chroom (Cr) en nikkel (Ni) op spinodale ontbinding en brosheid is deur vorige ondersoeke getoon.5–8 Hierdie effek word verder geïllustreer in Figuur 2. Dit toon dat spinodale ontbinding verhoog word wanneer die temperatuur word verhoog van 300 tot 350 °C en is vinniger vir die hoër gelegeerde graad SDX 2507 as vir minder gelegeerde DX 2205.
Hierdie begrip kan deurslaggewend wees om kliënte te help besluit oor die maksimum OT wat geskik is vir hul geselekteerde graad en toepassing.
Bepaling van maksimum temperatuur
Soos voorheen genoem, kan die maksimum OT vir dupleksmateriaal ingestel word volgens die aanvaarbare daling in impaktaaiheid.Tipies word die OT wat ooreenstem met 'n waarde van 50% taaiheidsvermindering aanvaar.
OT hang af van temp en tyd
Die helling in die sterte van die krommes in die TTT-diagram in Figuur 1 demonstreer dat spinodale ontbinding nie net by een drempeltemperatuur plaasvind en onder daardie vlak stop nie.Dit is eerder 'n konstante proses wanneer dupleksmateriaal aan werktemperature onder 475 °C blootgestel word.Dit is egter ook duidelik dat, as gevolg van die laer diffusietempo's, laer temperature beteken dat ontbinding later sal begin en baie stadiger sal verloop.Daarom kan die gebruik van dupleksmateriaal by laer temperature vir jare of selfs dekades nie probleme veroorsaak nie.Tog is daar tans 'n neiging om 'n maksimum OT te stel sonder inagneming van blootstellingstyd.Die sleutelvraag is dus watter temperatuur-tyd kombinasie gebruik moet word om te besluit of dit veilig is om 'n materiaal te gebruik of nie?Herzman et al.10 som hierdie dilemma mooi op: "...Die gebruik sal dan beperk word tot temperature waar die kinetika van ontmenging so laag is dat dit nie gedurende die ontwerpte tegniese lewe van die produk sal plaasvind nie...".
Die impak van sweiswerk
Die meeste toepassings gebruik sweiswerk om komponente te verbind.Dit is welbekend dat die sweismikrostruktuur en die chemie daarvan verskil van die basismateriaal 3 .Afhangende van die vulmateriaal, sweistegniek en sweisparameters, verskil die mikrostruktuur van sweislasse meestal van die grootmaatmateriaal.Die mikrostruktuur is gewoonlik growwer, en dit sluit ook die hoë-temperatuur hitte-geaffekteerde sone (HTHAZ) in, wat die spinodale ontbinding in die sweislasse beïnvloed.Die variasie van mikrostruktuur tussen grootmaat en sweiswerk is 'n onderwerp wat hier bespreek word.
Som beperkende faktore op
Die vorige afdelings lei tot die volgende gevolgtrekkings:
- Alle dupleksmateriaal is onderhewig
tot spinodale ontbinding by temperature rondom 475 °C. - Afhangende van die legeringsinhoud word 'n vinniger of stadiger ontbindingstempo verwag.Hoër Cr- en Ni-inhoud bevorder vinniger ontmenging.
- Om die maksimum bedryfstemperatuur in te stel:
– ’n Kombinasie van die bedryfstyd en temperatuur moet oorweeg word.
– 'n Aanvaarbare vlak van afname in taaiheid, dit wil sê, 'n verlangde vlak van finale taaiheid moet gestel word - Wanneer bykomende mikrostrukturele komponente, soos sweislasse, ingebring word, word die maksimum OT deur die swakste deel bepaal.
Globale standaarde
Verskeie Europese en Amerikaanse standaarde is vir hierdie projek hersien.Hulle het gefokus op toepassings in drukvate en pypkomponente.Oor die algemeen kan die teenstrydigheid met betrekking tot aanbevole maksimum OT onder die hersiene standaarde verdeel word in 'n Europese en Amerikaanse standpunt.
Die Europese materiaalspesifikasiestandaarde vir vlekvrye staal (bv. EN 10028-7, EN 10217-7) impliseer 'n maksimum OT van 250 °C deur die feit dat materiaaleienskappe slegs tot by hierdie temperatuur verskaf word.Verder gee die Europese ontwerpstandaarde vir drukvate en pype (onderskeidelik EN 13445 en EN 13480) geen verdere inligting oor maksimum OT uit wat in hul materiaalstandaarde gegee word nie.
Daarteenoor bied die Amerikaanse materiaalspesifikasie (bv. ASME SA-240 van ASME afdeling II-A) glad geen data oor verhoogde temperatuur nie.Hierdie data word eerder verskaf in ASME afdeling II-D, 'Eienskappe', wat die algemene konstruksiekodes vir drukvate, ASME afdeling VIII-1 en VIII-2 ondersteun (laasgenoemde bied 'n meer gevorderde ontwerproete).In ASME II-D word die maksimum OT eksplisiet aangegee as 316 °C vir die meeste duplekslegerings.
Vir drukpyptoepassings word beide ontwerpreëls en materiaaleienskappe in ASME B31.3 gegee.In hierdie kode word meganiese data verskaf vir duplekslegerings tot 316 °C sonder 'n duidelike stelling van maksimum OT.Nietemin, jy kan die inligting interpreteer om te voldoen aan wat in ASME II-D geskryf is, en dus is die maksimum OT vir die Amerikaanse standaarde in die meeste gevalle 316 °C.
Benewens die maksimum OT-inligting, impliseer beide die Amerikaanse en Europese standaarde dat daar 'n risiko is om brosheid by verhoogde temperature (>250 °C) by langer blootstellingstye te ervaar, wat dan in beide die ontwerp- en diensfase in ag geneem moet word.
Vir sweislasse maak die meeste standaarde geen vaste stellings oor die impak van spinodale ontbinding nie.Sommige standaarde (bv. ASME VIII-1, Tabel UHA 32-4) dui egter die moontlikheid aan om spesifieke na-sweis hittebehandelings uit te voer.Dit word nie vereis of verbied nie, maar wanneer dit uitgevoer word, moet dit volgens voorafopgestelde parameters in die standaard uitgevoer word.
Wat die bedryf sê
Inligting wat deur verskeie ander vervaardigers van dupleks-vlekvrye staal vervaardig is, is hersien om te sien wat hulle oor die temperatuurreekse vir hul grade kommunikeer.2205 word beperk tot 315 °C deur ATI, maar Acerinox stel die OT vir dieselfde graad op slegs 250 °C.Dit is die boonste en onderste OT-limiete vir die graad 2205, terwyl ander OT's tussen hulle deur Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) en ArcelorMittal (280 °C) gekommunikeer word.Dit demonstreer die wydverspreide voorgestelde maksimum OT's net vir een graad wat baie vergelykbare eienskappe van vervaardiger tot vervaardiger sal besit.
Die agtergrond redenasie waarom 'n vervaardiger 'n sekere OT gestel het, word nie altyd geopenbaar nie.In die meeste gevalle is dit gebaseer op een spesifieke standaard.Verskillende standaarde kommunikeer verskillende OT's, vandaar die verspreiding in waardes.Die logiese gevolgtrekking is dat Amerikaanse maatskappye 'n hoër waarde stel as gevolg van die stellings in die ASME-standaard, terwyl Europese maatskappye 'n laer waarde stel as gevolg van die EN-standaard.
Wat het kliënte nodig?
Afhangende van die finale toediening, word verskeie vragte en blootstelling van die materiale verwag.In hierdie projek was brosheid as gevolg van spinodale ontbinding van die meeste belang aangesien dit baie van toepassing is op drukvate.
Daar is egter verskeie toepassings wat dupleksgrade slegs blootstel aan medium meganiese ladings, soos scrubbers11–15.Nog 'n versoek het betrekking op waaierblaaie en waaiers, wat aan vermoeiingsladings blootgestel word.Die literatuur toon dat spinodale ontbinding anders optree wanneer 'n moegheidslading toegepas word15.Op hierdie stadium word dit duidelik dat die maksimum OT van hierdie toedienings nie op dieselfde manier as vir drukvate gestel kan word nie.
Nog 'n klas versoeke is slegs vir korrosieverwante toepassings, soos mariene uitlaatgaswassers.In hierdie gevalle is korrosiebestandheid belangriker as die OT-beperking onder 'n meganiese las.Beide faktore beïnvloed egter die werking van die finale produk, wat in ag geneem moet word wanneer die maksimum OT aangedui word.Weereens, hierdie saak verskil van die twee vorige sake.
In die algemeen, wanneer 'n kliënt van die geskikte maksimum OT vir hul dupleksgraad ingelig word, is die tipe toepassing van kardinale belang in die vasstelling van die waarde.Dit demonstreer verder die kompleksiteit van die opstel van 'n enkele OT vir 'n graad, aangesien die omgewing waarin die materiaal ontplooi word 'n beduidende impak op die broswordingsproses het.
Wat is die maksimum bedryfstemperatuur vir dupleks?
Soos genoem, word die maksimum bedryfstemperatuur bepaal deur die baie lae kinetika van spinodale ontbinding.Maar hoe meet ons hierdie temperatuur en wat presies is "lae kinetika"?Die antwoord op die eerste vraag is maklik.Ons het reeds gesê dat taaiheidsmetings algemeen uitgevoer word om die tempo en vordering van ontbinding te skat.Dit word gestel in die standaarde wat deur die meeste vervaardigers gevolg word.
Die tweede vraag, oor wat bedoel word met lae kinetika en die waarde waarteen ons 'n temperatuurgrens stel, is meer kompleks.Dit is deels omdat die grenstoestande van maksimum temperatuur saamgestel word uit beide die maksimum temperatuur (T) self en die bedryfstyd (t) waaroor hierdie temperatuur volgehou word.Om hierdie Tt-kombinasie te valideer, kan verskeie interpretasies van die "laagste" taaiheid gebruik word:
• Die onderste grens, wat histories gestel is en vir sweislasse toegepas kan word, is 27 Joules (J)
• Binne standaarde word meestal 40J as 'n limiet gestel.
• 50% afname in aanvanklike taaiheid word ook gereeld toegepas om die onderste grens vas te stel.
Dit beteken dat 'n stelling oor maksimum OT gebaseer moet wees op ten minste drie ooreengekome aannames:
• Temperatuur-tyd blootstelling van die finale produk
• Die aanvaarbare minimum waarde van taaiheid
• Finale toepassingsveld (slegs chemie, meganiese las ja/nee ens.)
Saamgevoegde eksperimentele kennis
Na 'n uitgebreide opname van eksperimentele data en standaarde was dit moontlik om aanbevelings saam te stel vir die vier dupleksgrade wat hersien word, sien Tabel 3. Daar moet erken word dat die meeste van die data geskep word uit laboratoriumeksperimente wat uitgevoer is met temperatuurstappe van 25 °C .
Daar moet ook kennis geneem word dat hierdie aanbevelings verwys na ten minste 50% van die taaiheid wat by RT oorbly.Wanneer in die tabel "langer tydperk" aangedui word, is geen beduidende afname by RT gedokumenteer nie.Boonop is die sweislas slegs by -40 °C getoets.Ten slotte moet daarop gelet word dat langer blootstellingstyd vir DX 2304 verwag word, met inagneming van sy hoë taaiheid na 3 000 ure se toets.In watter mate die blootstelling verhoog kan word, moet egter met verdere toetsing geverifieer word.
Daar is drie belangrike punte om op te let:
• Huidige bevindinge dui daarop dat indien sweislasse teenwoordig is, die OT met ongeveer 25 °C verminder word.
• Korttermynspylings (tien ure by T=375 °C) is aanvaarbaar vir DX 2205. Aangesien DX 2304 en LDX 2101 laer gelegeerde grade is, behoort vergelykbare korttermyn temperatuurpunte ook aanvaarbaar te wees.
• Wanneer materiaal bros is as gevolg van ontbinding, help versagtende hittebehandeling by 550 – 600 °C vir DX 2205 en 500 °C vir SDX 2507 vir 1 uur om die taaiheid met 70% te herstel.
Postyd: Feb-04-2023