Фактори ограничени работни температури
Вообичаени апликации за кои е потребно дуплекс материјалите да бидат изложени на услови на висока температура се садовите под притисок, лопатките/работниците на вентилаторот или чистачите за издувни гасови.Барањата за својствата на материјалот може да се движат од висока механичка цврстина до отпорност на корозија. Хемискиот состав на оценките дискутирани во овој напис се наведени во Табела 1.
Спинодално распаѓање
Спинодалното распаѓање (исто така наречено демиксирање или историски како 475 °C-кршливост) е тип на раздвојување на фази во феритичната фаза, што се јавува на температури околу 475 °C.Најизразен ефект е промената на микроструктурата, предизвикувајќи формирање на α' фаза, што резултира со кршливост на материјалот.Ова, пак, ги ограничува перформансите на финалниот производ.
Слика 1 го прикажува дијаграмот на температурна временска транзиција (TTT) за испитуваните дуплекс материјали, со спнодално распаѓање претставено во регионот од 475 °C.Треба да се напомене дека овој TTT дијаграм претставува намалување на цврстината за 50% мерено со тестирање на цврстина на удар на примероците Charpy-V, што обично се прифаќа како укажување на кршливост.Во некои апликации може да биде прифатливо поголемо намалување на цврстината, што го менува обликот на дијаграмот TTT.Затоа, одлуката да се постави одреден максимум ОТ зависи од тоа што се смета за прифатливо ниво на кршливост, односно намалување на цврстината за финалниот производ.Треба да се спомене дека историски TTT-графиците исто така беа произведени со користење на поставен праг, како што е 27J.
Повисоки легирани оценки
Слика 1 покажува дека зголемувањето на легираните елементи од степенот LDX 2101 кон степенот SDX 2507 доведува до побрза стапка на распаѓање, додека слабиот дуплекс покажува одложен почеток на распаѓање.Влијанието на легираните елементи како што се хром (Cr) и никел (Ni) врз спнодалното распаѓање и кршливост е прикажано со претходни истражувања.5-8 Овој ефект е дополнително илустриран на слика 2. Тоа покажува дека спинодалното распаѓање се зголемува кога температурата се зголемува од 300 на 350 °C и е побрз за SDX 2507 со повисока легура отколку за помалку легиран DX 2205.
Ова разбирање може да биде клучно за да им помогне на клиентите да одлучат за максималниот OT што е погоден за нивната избрана оценка и примена.
Одредување максимална температура
Како што беше споменато претходно, максималниот OT за дуплекс материјал може да се постави според прифатливиот пад на цврстина на удар.Вообичаено, се усвојува ОТ што одговара на вредност од 50% намалување на цврстината.
ОТ зависи од температурата и времето
Наклонот во опашките на кривите во TTT дијаграмот на Слика 1 покажува дека спнодалното распаѓање не се случува само на една праг температура и застанува под тоа ниво.Наместо тоа, тоа е постојан процес кога дуплекс материјалите се изложени на работни температури под 475 °C.Меѓутоа, исто така е јасно дека, поради пониските стапки на дифузија, пониските температури значи дека распаѓањето ќе започне подоцна и ќе продолжи многу побавно.Затоа, користењето двоен материјал на пониски температури може да не предизвикува проблеми со години или дури со децении.Сепак, во моментов постои тенденција да се постави максимален OT без да се земе предвид времето на изложување.Според тоа, клучното прашање е која комбинација температура-време треба да се користи за да се одлучи дали е безбедно да се користи материјал или не?Херцман и сор.10 убаво ја резимираат оваа дилема: „…Потоа употребата ќе биде ограничена на температури каде што кинетиката на демиксирање е толку ниска што нема да се појави за време на дизајнираниот технички век на производот…“.
Влијанието на заварувањето
Повеќето апликации користат заварување за спојување на компоненти.Добро е познато дека микроструктурата на заварот и неговата хемија се разликуваат од основниот материјал 3 .Во зависност од материјалот за полнење, техниката на заварување и параметрите на заварување, микроструктурата на заварите е претежно различна од најголемиот материјал.Микроструктурата е вообичаено погруба, а тоа ја вклучува и зоната погодена од висока температура (HTHAZ), која влијае на спнодалното распаѓање во заварите.Варијацијата на микроструктурата помеѓу рефус и заварување е тема што се разгледува овде.
Сумирање на ограничувачки фактори
Претходните делови водат до следните заклучоци:
- Сите дуплекс материјали се предмет
до спнодално распаѓање на температури околу 475 °C. - Во зависност од содржината на легура, се очекува побрза или побавна стапка на распаѓање.Поголемата содржина на Cr и Ni промовира побрзо демиксирање.
- За да ја поставите максималната работна температура:
– Мора да се земе во предвид комбинација од времето на работа и температурата.
– Мора да се постави прифатливо ниво на намалување на цврстината, т.е. посакуваното ниво на крајна цврстина - Кога се воведуваат дополнителни микроструктурни компоненти, како што се заварите, максималниот OT се одредува со најслабиот дел.
Глобални стандарди
За овој проект беа разгледани неколку европски и американски стандарди.Тие се фокусираа на апликации во садови под притисок и компоненти на цевки.Општо земено, несовпаѓањето во однос на препорачаниот максимален OT меѓу прегледаните стандарди може да се подели на европска и американска гледна точка.
Европските стандарди за спецификации за материјали за нерѓосувачки челици (на пр. EN 10028-7, EN 10217-7) имплицираат максимална OT од 250 °C со фактот дека својствата на материјалот се обезбедени само до оваа температура.Покрај тоа, европските стандарди за дизајн за садови под притисок и цевководи (EN 13445 и EN 13480, соодветно) не даваат никакви дополнителни информации за максималниот OT од она што е дадено во нивните стандарди за материјали.
Спротивно на тоа, американската спецификација на материјалот (на пр. ASME SA-240 од ASME дел II-A) воопшто не прикажува никакви податоци за покачена температура.Наместо тоа, овие податоци се дадени во делот ASME II-D, „Карактеристики“, кој ги поддржува општите конструктивни кодови за садови под притисок, ASME делот VIII-1 и VIII-2 (последните нудат понапредна рута на дизајнирање).Во ASME II-D, максималниот OT е експлицитно наведен како 316 °C за повеќето дуплекс легури.
За примена на цевки под притисок, и правилата за дизајн и својствата на материјалот се дадени во ASME B31.3.Во оваа шифра, механичките податоци се обезбедени за дуплекс легури до 316 °C без јасна изјава за максимална OT.Сепак, можете да ги толкувате информациите за да се усогласат со она што е напишано во ASME II-D, и на тој начин, максималниот OT за американските стандарди во повеќето случаи е 316 °C.
Покрај максималните информации за ОТ, и американските и европските стандарди сугерираат дека постои ризик од појава на кршливост при покачени температури (>250 °C) при подолго време на експозиција, што потоа треба да се земе предвид и во фазата на дизајнирање и во фазата на сервисирање.
За заварите, повеќето стандарди не даваат никакви цврсти изјави за влијанието на спинодалното распаѓање.Сепак, некои стандарди (на пр. ASME VIII-1, Табела UHA 32-4) укажуваат на можноста за извршување на специфични термички третмани по заварувањето.Тие не се ниту задолжителни ниту забранети, но при нивното изведување треба да се вршат според претходно поставените параметри во стандардот.
Што вели индустријата
Информациите произведени од неколку други производители на дуплекс нерѓосувачки челик беа прегледани за да се види што тие комуницираат во однос на температурните опсези за нивните оценки.2205 е ограничен на 315 °C од ATI, но Acerinox го поставува OT за истата класа на само 250 °C.Ова се горните и долните ОТ граници за степенот 2205, додека меѓу нив другите ОТ се доставуваат преку Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) и ArcelorMittal (280 °C).Ова ја демонстрира широко распространетата предложени максимални OT само за едно одделение што ќе поседува многу споредливи својства од производител до производител.
Позадинското размислување за тоа зошто производителот поставил одреден ОТ не се открива секогаш.Во повеќето случаи, ова се заснова на еден посебен стандард.Различни стандарди комуницираат со различни ОТ, па оттука и ширењето на вредностите.Логичен заклучок е дека американските компании поставуваат повисока вредност поради изјавите во стандардот ASME, додека европските компании пониска вредност поради стандардот EN.
Што им треба на клиентите?
Во зависност од крајната примена, се очекуваат различни оптоварувања и изложувања на материјалите.Во овој проект, кршливоста поради спнодалното распаѓање беше од најголем интерес бидејќи е многу применлива за садови под притисок.
Сепак, постојат различни апликации кои ги изложуваат дуплекс оценките само на средни механички оптоварувања, како што се чистачите11-15.Друго барање беше поврзано со сечилата и работните кола на вентилаторот, кои се изложени на оптоварување на замор.Литературата покажува дека спнодалното распаѓање се однесува поинаку кога се применува оптоварување со замор15.Во оваа фаза, станува јасно дека максималниот OT на овие апликации не може да се постави на ист начин како кај садовите под притисок.
Друга класа на барања е само за апликации поврзани со корозија, како што се чистачите за морски издувни гасови.Во овие случаи, отпорноста на корозија е поважна од ограничувањето на ОТ при механичко оптоварување.Сепак, двата фактори влијаат на работата на финалниот производ, што треба да се земе предвид кога се означува максималниот OT.Повторно, овој случај се разликува од двата претходни случаи.
Севкупно, кога се советува клиентот за соодветниот максимален OT за нивната дуплекс класа, типот на апликацијата е од витално значење при поставувањето на вредноста.Ова дополнително ја демонстрира сложеноста на поставувањето на еден ОТ за одделение, бидејќи околината во која се распоредува материјалот има значително влијание врз процесот на кршливост.
Која е максималната работна температура за дуплекс?
Како што споменавме, максималната работна температура е поставена од многу ниската кинетика на спнодалното распаѓање.Но, како да ја измериме оваа температура и што точно се „ниска кинетика“?Одговорот на првото прашање е лесен.Веќе наведовме дека мерењата на цврстина најчесто се вршат за да се процени брзината и напредокот на распаѓање.Ова е поставено во стандардите што ги следат повеќето производители.
Второто прашање, за тоа што се подразбира под ниска кинетика и вредноста на која поставуваме температурна граница е посложена.Ова е делумно затоа што граничните услови на максималната температура се составени и од самата максимална температура (T) и од времето на работа (t) над кое се одржува оваа температура.За да се потврди оваа комбинација Tt, може да се користат различни толкувања на „најниската“ цврстина:
• Долната граница, која е поставена историски и може да се примени за заварување е 27 џули (J)
• Во рамките на стандардите најчесто 40J се поставени како лимит.
• 50% намалување на почетната цврстина исто така често се применува за поставување на долната граница.
Ова значи дека изјавата за максимум OT мора да се заснова на најмалку три договорени претпоставки:
• Температурно-временска изложеност на финалниот производ
• Прифатлива минимална вредност на цврстина
• Конечно поле на примена (само хемија, механичко оптоварување да/не итн.)
Споени експериментални знаења
Следејќи го опсежното истражување на експериментални податоци и стандарди, беше можно да се состават препораки за четирите дуплекс оценки што се разгледуваат, видете во Табела 3. Треба да се препознае дека повеќето од податоците се создадени од лабораториски експерименти извршени со температурни чекори од 25 °C .
Исто така, треба да се забележи дека овие препораки упатуваат на најмалку 50% од цврстината што останува на RT.Кога во табелата е наведено „подолг временски период“, не е документирано значително намалување на RT.Покрај тоа, заварувањето е тестирано само на -40 °C.Конечно, треба да се забележи дека за DX 2304 се очекува подолго време на експозиција, со оглед на неговата висока цврстина по 3.000 часа тестирање.Меѓутоа, до кој степен може да се зголеми изложеноста мора да се потврди со понатамошно тестирање.
Има три важни точки што треба да се забележат:
• Тековните наоди покажуваат дека ако се присутни завари, OT се намалува за околу 25 °C.
• Краткорочните скокови (десетици часа на T=375 °C) се прифатливи за DX 2205. Бидејќи DX 2304 и LDX 2101 се пониски легирани класи, споредливите краткорочни температурни скокови треба да бидат исто така прифатливи.
• Кога материјалот е кршлив поради распаѓање, термичката обработка со ублажување на 550 – 600 °C за DX 2205 и 500 °C за SDX 2507 за 1 час помага да се врати цврстината за 70%.
Време на објавување: Февруари-04-2023 година