1. Το κράμα 825 (UNS N08825) είναι ειδικά σχεδιασμένο για σοβαρά διαβρωτικά περιβάλλοντα. Ποια είναι η θεμελιώδης «τριπλή συμμαχία» των στοιχείων κράματος που παρέχει την αντίστασή της σε αναγωγικά οξέα, οξειδωτικά χημικά και εντοπισμένη προσβολή χλωρίου, και ποιος είναι ο ειδικός ρόλος του καθενός;
Η αντοχή στη διάβρωση του κράματος 825 βασίζεται σε έναν ισχυρό, συνεργιστικό συνδυασμό νικελίου, χρωμίου και μολυβδαινίου, που συχνά αποκαλείται «τριπλή συμμαχία».
Νικέλιο (~40%): The Foundation for Reducing Media.
Ρόλος: Το νικέλιο παρέχει εγγενή αντίσταση στα αναγωγικά οξέα, όπως το θειικό και το φωσφορικό οξύ, και το πιο κρίσιμο, στη διάβρωση από χλωριούχο καταπόνηση (Cl-SCC). Η κεντραρισμένη κυβική (FCC) δομή του προσώπου-παραμένει όλκιμη και ανθεκτική στη διάδοση ρωγμών σε περιβάλλοντα χλωρίου όπου οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες (304, 316) είναι εύθραυστοι και αποτυγχάνουν καταστροφικά.
Χρώμιο (~21,5%): Ο υπερασπιστής κατά των οξειδωτικών συνθηκών.
Ρόλος: Το χρώμιο είναι το βασικό στοιχείο για το σχηματισμό ενός σταθερού, προστατευτικού παθητικού στρώματος οξειδίου του χρωμίου (Cr2O3) στην επιφάνεια. Αυτό το φιλμ είναι σταθερό σε οξειδωτικά περιβάλλοντα όπως νιτρικό οξύ, θερμά διαλύματα που περιέχουν ιόντα σιδήρου ή χαλκού και παρουσία αέρα ή οξυγόνου. Είναι η πρώτη γραμμή άμυνας κατά της γενικής διάβρωσης και οξείδωσης.
Μολυβδαίνιο (~3%): Ο ειδικός στην τοπική διάβρωση.
Ρόλος: Το μολυβδαίνιο βελτιώνει δραματικά την αντίσταση στη διάβρωση με κοιλότητες και ρωγμές σε διαλύματα που περιέχουν χλωριούχα-ιόντα-. Ενισχύει τη σταθερότητα του παθητικού φιλμ σε αυτά τα επιθετικά, εντοπισμένα περιβάλλοντα. Ο συνδυασμός Cr και Mo δίνει στο Alloy 825 έναν υψηλό ισοδύναμο αριθμό αντίστασης σε σκασίματα (PREN > 30), καθιστώντας το κατάλληλο για υφάλμυρο νερό, θαλασσινό νερό και ρεύματα χημικών διεργασιών με χλωρίδια.
Επιπλέον, το κράμα 825 περιέχει ~2,2% χαλκό, που ενισχύει περαιτέρω την αντοχή του στο θειικό οξύ, και τιτάνιο για σταθεροποίηση έναντι ευαισθητοποίησης κατά τη συγκόλληση.
2. Το Incoloy 800/800H/800HT φημίζεται για την αντοχή και τη σταθερότητά του σε υψηλές θερμοκρασίες. Ενώ έχει λιγότερο Μολυβδαίνιο από το κράμα 825, ποια συγκεκριμένη στρατηγική κράματος και η προκύπτουσα μικροδομική ιδιότητα το καθιστούν την προτιμώμενη επιλογή για σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας σε εφαρμογές υπέρθερμου ατμού, θερμικής πυρόλυσης και αναμόρφωσης;
Η σειρά Incoloy 800 χρησιμοποιεί μια διαφορετική στρατηγική: ενίσχυση στερεού διαλύματος-και ελεγχόμενη κατακρήμνιση για αντίσταση ερπυσμού σε υψηλές-θερμοκρασίες, αντί για καταπολέμηση της διάβρωσης σε υγρή-φάση.
Στρατηγική κράματος: Το ισοζύγιο σιδήρου-νικελίου-χρωμίου.
Η βάση είναι μια ισορροπημένη μήτρα Fe-Ni-Cr (~32Ni-21Cr-bal Fe), παρέχοντας σταθερή ωστενιτική δομή και καλή αντοχή στην οξείδωση.
Οι κρίσιμοι παράγοντες διαφοροποίησης για τους βαθμούς 800H/800HT είναι τα ελεγχόμενα επίπεδα άνθρακα και αλουμινίου/τιτανίου.
Προκύπτουσα μικροδομική ιδιότητα: Αντοχή ερπυσμού.
Το Incoloy 800H έχει ελεγχόμενη περιεκτικότητα σε άνθρακα (0,05-0,10%) και απαιτείται ανόπτηση διαλύματος πάνω από 2100 βαθμούς F (1150 μοίρες ) για να επιτευχθεί μέγεθος κόκκου ASTM 5 ή χονδρότερο.
Το Incoloy 800HT προσθέτει απαιτήσεις για περιεχόμενο Al+Ti (0,85-1,20%).
Μηχανισμός: Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο άνθρακας και το Al/Ti σχηματίζουν μια λεπτή, σταθερή διασπορά καρβιδίων και γάμμα-πρώτων [ '] ιζημάτων εντός της ωστενιτικής μήτρας. Αυτά τα ιζήματα λειτουργούν ως ισχυρά εμπόδια στην αναρρίχηση της εξάρθρωσης και στην ολίσθηση των ορίων των κόκκων-των πρωταρχικών μηχανισμών παραμόρφωσης ερπυσμού. Αυτό δίνει στους βαθμούς 800H/HT την εξαιρετική τους αντοχή και αντοχή στην παραμόρφωση υπό μηχανικό φορτίο σε θερμοκρασίες που συχνά υπερβαίνουν τους 1000 βαθμούς F (540 μοίρες) και έως τους 1300 βαθμούς F (705 μοίρες).
Το κράμα 825, χωρίς αυτόν τον συγκεκριμένο μηχανισμό ενίσχυσης, θα έχανε γρήγορα τη δύναμή του και θα ερπούσε κάτω από αυτές τις συνθήκες. Επομένως, για υπηρεσίες αερίου υψηλής-θερμοκρασίας, υψηλής-πίεσης, προτιμάται το Incoloy 800H/HT, ενώ το κράμα 825 επιλέγεται για χαμηλότερη-θερμοκρασία, υδατική διάβρωση.
3. Μια δέσμη σωλήνων εναλλάκτη θερμότητας πρέπει να κατασκευαστεί με συγκόλληση σωλήνων σε φύλλο σωλήνα. Για μια δέσμη Alloy 825, ποιος είναι ο μηχανισμός αστοχίας διάβρωσης που σχετίζεται με την κύρια συγκόλληση-και πώς την αποτρέπει η περιεκτικότητα σε τιτάνιο του κράματος και η χρήση "χαμηλού-άνθρακα" ή "σταθεροποιημένων" μετάλλων πλήρωσης;
Ο κύριος μηχανισμός αστοχίας που σχετίζεται με τη συγκόλληση-είναι το Weld Decay or Knife-Line Attack (KLA), μορφές διακοκκώδους διάβρωσης στην επηρεαζόμενη από τη θερμότητα-Ζώνη (HAZ).
Ο Μηχανισμός: Ευαισθητοποίηση.
Κατά τη συγκόλληση, το HAZ θερμαίνεται σε ένα κρίσιμο εύρος θερμοκρασίας (~800-1500 βαθμοί F / 427-816 βαθμοί). Σε αυτό το εύρος, τα καρβίδια χρωμίου (Cr23C6) μπορούν να καθιζάνουν κατά προτίμηση κατά μήκος των ορίων των κόκκων. Αυτό εξαντλεί την γειτονική μήτρα του χρωμίου, δημιουργώντας μια στενή ζώνη χωρίς χρώμιο που είναι ανοδική με τον υπόλοιπο κόκκο. Σε ένα διαβρωτικό περιβάλλον, αυτή η ζώνη προσβάλλεται επιλεκτικά, οδηγώντας σε διακοκκώδη ρωγμές και αστοχία.
Η λύση: Σταθεροποίηση τιτανίου.
Το κράμα 825 περιέχει τιτάνιο (~0,9-1,2%), το οποίο έχει πολύ ισχυρότερη συγγένεια με τον άνθρακα από το χρώμιο.
Κατά τη διάρκεια της τελικής ανόπτησης του διαλύματος θερμική επεξεργασία του σωλήνα, το τιτάνιο συνδυάζεται με άνθρακα για να σχηματίσει σταθερά καρβίδια τιτανίου (TiC).
Αυτά τα σωματίδια TiC είναι σταθερά σε θερμοκρασίες συγκόλλησης, «δένοντας» τον άνθρακα και εμποδίζοντάς τον να σχηματίσει καρβίδια χρωμίου. Αυτό διασφαλίζει ότι επαρκές χρώμιο παραμένει σε στερεό διάλυμα για τη διατήρηση της παθητικότητας, αποτρέποντας έτσι την ευαισθητοποίηση.
Πρακτική μετάλλων πλήρωσης:
Για πρόσθετη βεβαιότητα, η συγκόλληση πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μέταλλα πλήρωσης ERNiFeCr-1 ή ERNiCr-3, τα οποία επίσης σταθεροποιούνται με τιτάνιο (και μερικές φορές νιόβιο). Αυτό διασφαλίζει ότι το ίδιο το μέταλλο συγκόλλησης είναι επίσης απρόσβλητο στην ευαισθητοποίηση, δημιουργώντας έναν σύνδεσμο πλήρως ανθεκτικό στη διάβρωση.
4. Σε έναν εναλλάκτη θερμότητας με κέλυφος-και-σωλήνας που ψύχεται από θαλασσινό νερό, το υλικό του σωλήνα αντιμετωπίζει μια περίπλοκη πρόκληση διάβρωσης. Γιατί το κράμα 825 επιλέγεται έναντι ανοξείδωτου χάλυβα 316 λίτρων και υπό ποιες συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας (που σχετίζονται με τη ροή και την καθαριότητα) ακόμη και το κράμα 825 θα απαιτούσε μια πιο στιβαρή εναλλακτική λύση, όπως ένα υπερωστενιτικό 6% μολυβδαίνιο ή ένα κράμα χαλκού-νικελίου;
Το κράμα 825 επιλέγεται πάνω από 316 λίτρα για έναν κύριο λόγο: Ανοσία σε ρωγμές από διάβρωση καταπόνησης χλωρίου (Cl-SCC) και ανώτερη αντίσταση στη διάβρωση.
316L Stainless Steel: Will almost certainly suffer from Cl-SCC in hot seawater (>~60 μοίρες / 140 μοίρες F). Το PREN του είναι πολύ χαμηλό για να αντισταθεί αξιόπιστα στη διάβρωση των οπών και των ρωγμών, ειδικά κάτω από ιζήματα ή σε στάσιμες περιοχές.
Κράμα 825: Η υψηλή περιεκτικότητά του σε νικέλιο το καθιστά ανοσοποιητικό στο Cl-SCC. Το υψηλότερο PREN του παρέχει πολύ μεγαλύτερο περιθώριο ασφαλείας έναντι της διάβρωσης των σκαφών και των σχισμών στα χλωρίδια.
Κατάσταση που απαιτεί πιο στιβαρή εναλλακτική λύση: Χαμηλή ροή και ρύπανση.
Ο περιορισμός του κράματος 825 στο θαλασσινό νερό εμφανίζεται υπό συνθήκες στάσιμης ή χαμηλής{{1} ροής όπου παρατηρείται βιοαπόθεση και εναπόθεση λάσπης.
Κάτω από ένα κοίτασμα, το περιβάλλον αποοξυγονώνεται και γίνεται όξινο (μια κατάσταση ρωγμής).
Αν και είναι ανθεκτικό, το κράμα 825 (PREN ~33) μπορεί να εξακολουθήσει να είναι ευαίσθητο στην πυροδότηση διάβρωσης σε ρωγμές σε αυτές τις ιδιαίτερα επιθετικές, μακροπρόθεσμες συνθήκες στασιμότητας.
Σε αυτό το σενάριο, απαιτείται ένα κράμα με υψηλότερο PREN:
A 6% Molybdenum super austenitic (e.g., 254 SMO, PREN >43) or a super duplex (e.g., 2507, PREN >42) προσφέρει μεγαλύτερη αντοχή στη διάβρωση των ρωγμών.
Για το πιο σοβαρό, στάσιμο και μολυσμένο θαλασσινό νερό, τα κράματα νικελίου-χαλκού όπως το Alloy 400 (Monel) είναι συχνά η καλύτερη επιλογή λόγω της εξαιρετικής αντοχής τους σε στάσιμο, υψηλή-ταχύτητα και μολυσμένο θαλασσινό νερό.
5. Όταν ένας σωλήνας Incoloy 800H καθορίζεται για μια υπηρεσία θερμαντήρα με καύση, ο χαρακτηρισμός "H" (για Υψηλή-θερμοκρασία) είναι κρίσιμος. Ποιες δύο συγκεκριμένες χημικές και μεταλλουργικές απαιτήσεις ορίζουν την κατηγορία "H" και πώς συμβάλλουν άμεσα στην παρατεταμένη διάρκεια ζωής του σωλήνα υπό συνθήκες ερπυσμού;
Το "H" στο Incoloy 800H υποδηλώνει μια ελεγχόμενη χημεία και μικροδομή ειδικά προσαρμοσμένη για αντίσταση ερπυσμού σε υψηλές{{1} θερμοκρασίες, σύμφωνα με το ASTM B407 / B163.
Χημική απαίτηση: Ελεγχόμενη περιεκτικότητα σε άνθρακα.
Προδιαγραφή: Η περιεκτικότητα σε άνθρακα απαιτείται να είναι μεταξύ 0,05% και 0,10%. Αυτό είναι σημαντικά υψηλότερο από τον τυπικό βαθμό Incoloy 800 (0,03% max C).
Συμβολή στη διάρκεια ζωής: Αυτή η υψηλότερη, ελεγχόμενη περιεκτικότητα σε άνθρακα παρέχει το απαραίτητο «καύσιμο» για το σχηματισμό δευτερογενών καρβιδίων χρωμίου εντός των κόκκων και στα όρια των κόκκων κατά τη διάρκεια της συντήρησης. Αυτά τα λεπτά καρβίδια ενισχύουν τα όρια των κόκκων κατά της ολίσθησης και τη μήτρα κατά της κίνησης της εξάρθρωσης, που είναι οι κύριοι μηχανισμοί αστοχίας υπό ερπυσμό.
Μεταλλουργική απαίτηση: ανόπτηση διαλύματος και έλεγχος μεγέθους κόκκων.
Προδιαγραφή: Το υλικό πρέπει να ανόπτεται με διάλυμα σε ελάχιστη θερμοκρασία 2100 βαθμών F (1149 βαθμών). Αυτή η ανόπτηση υψηλής- θερμοκρασίας απαιτείται για την επίτευξη ενός αριθμού κόκκου ASTM 5 ή χονδρότερου (δηλαδή, μεγαλύτερο μέγεθος κόκκου).
Συμβολή στη διάρκεια ζωής: Μια δομή χονδρόκοκκου έχει λιγότερα όρια κόκκων ανά μονάδα όγκου. Δεδομένου ότι η ζημιά ερπυσμού ξεκινά συχνά στα όρια των κόκκων (μέσω του σχηματισμού κενού και της συνένωσης), η ύπαρξη λιγότερων ορίων μεταφράζεται άμεσα σε μεγαλύτερο χρόνο για τη ρήξη ερπυσμού. Οι χονδροειδείς κόκκοι παρέχουν μια μακρύτερη, πιο ελικοειδή διαδρομή για τη διάδοση των ρωγμών.
Ο συνδυασμός άνθρακα για την ενίσχυση των ιζημάτων και μια δομή χονδρόκοκκου για μειωμένη συσσώρευση ζημιών από ερπυσμό είναι αυτό που επιτρέπει στους σωλήνες Incoloy 800H να λειτουργούν αξιόπιστα για δεκαετίες υπό υψηλή καταπόνηση σε θερμοκρασίες όπου τα περισσότερα άλλα κράματα μηχανικής θα αστοχούσαν γρήγορα.
