1. Metalurģijas nestabilitāte. Kas ir "B-2 trausluma" parādība, un kā tā ietekmē Hastelloy B-2 sakausējuma stieņus, ko izmanto augstas temperatūras lietojumos?
J: Mums ir ievērojams Hastelloy B-2 sakausējuma stieņu krājums, ko izmantojam reaktora komponentu ražošanai. Mūsu pielietojumam nepieciešama temperatūra aptuveni 600 grādi. Mūsu metalurgs brīdināja par "B-2 trauslumu". Vai tas ir reāls risks, un vai mums vajadzētu izvairīties no B-2 lietošanas šajā temperatūrā?
A: Jūsu metalurga brīdinājums ir pilnīgi pareizs un atspoguļo vienu no svarīgākajiem oriģinālā Hastelloy B-2 sakausējuma ierobežojumiem. B-2 sakausējuma stieņu izmantošana 600 grādu leņķī, neizprotot šo parādību, var izraisīt katastrofālu komponentu atteici.
Sagraušanas mehānisms (īsa{0}}diapazona secība):
Hastelloy B-2 tiek pakļauts metalurģiskai transformācijai, pakļaujot to temperatūrai diapazonā no 550 °F līdz 850 °F (290 grādiem līdz 455 °F). Šo parādību sauc par "tuva diapazona pasūtīšanu".
Kas notiek: Molibdēna atomi, kas veido gandrīz 30% no sakausējuma, niķeļa matricā pārkārtojas sakārtotā režģa struktūrā. Šai sakārtotajai struktūrai ir zemāka-enerģijas konfigurācija, taču tai ir krasi atšķirīgas mehāniskās īpašības.
The Effect: This ordered structure is extremely hard and brittle. The material's ductility drops from >40% pagarinājums līdz gandrīz nullei. Sastāvdaļa, kas istabas temperatūrā bija elastīga un izturīga, darba temperatūrā kļūst par stiklu -trauslu.
Rezultāts: zem stiepes spriedzes (no spiediena vai termiskās izplešanās) komponents var saplīst bez plastiskas deformācijas -klasisks trausls lūzuma režīms bez brīdinājuma.
600 grādu risks:
Jūsu piedāvātā darba temperatūra 600 grādi (1112 grādi F) faktiski iraugstākprimārais pasūtīšanas diapazons. Tomēr tas nenozīmē, ka esat drošībā:
Termiskā cikliskums: ja reaktors iedarbināšanas- vai izslēgšanas laikā veic ciklu 300-450 grādu diapazonā, B-2 sakausējuma stieņi ar katru ciklu pavadīs laiku bīstamajā zonā.
Lēna dzesēšana: ja reaktors lēnām atdziest, sasniedzot šo kritisko diapazonu, stieņi var sakārtoties pat tad, ja vienmērīgā -stāvokļa temperatūra ir augstāka.
Karstuma -ietekmētās zonas: ja jūsu stieņi ir sametināti vai karsti veidoti, apstrādes laikā blakus esošajās zonās var rasties šāds temperatūras diapazons.
B-3 risinājums:
Hastelloy B-3 (UNS N10675) tika īpaši izstrādāts, lai aizkavētu šo pasūtīšanas reakciju. B-3 sakausējuma stieņus var izmantot šajās temperatūrās ar ievērojami mazāku risku. Ķīmiskās modifikācijas (kontrolētas dzelzs un hroma piedevas) palēnina sakārtošanas kinētiku gandrīz par 100.
Ieteikums:
Apkalpošanai 600 grādu temperatūrā neizmantojiet B-2 sakausējuma stieņus, ja vien jūs nevarat pilnībā garantēt, ka komponents nekad neuzturēsies 290-455 grādu diapazonā jebkurā savas termiskās vēstures posmā. Jauniniet uz B-3 (UNS N10675) šai lietojumprogrammai. Ja jums ir jāizmanto esošais B-2 inventārs, ierobežojiet to ar lietojumiem, kur ekspluatācijas temperatūra pastāvīgi ir zemāka par 250 grādiem vai virs 550 grādiem ar straujām termiskām pārejām cauri bīstamajai zonai.
2. Korozijas veiktspēja. Kādi korozijas rādītāji ir sagaidāmi no Hastelloy B-2 sakausējuma stieņiem, izmantojot tīru sālsskābi, un kādi piemaisījumi var izraisīt ātru bojājumu?
J. Mēs izstrādājam augstas -tīrības sālsskābes (32%) destilācijas kolonnu 80 grādu temperatūrā, izmantojot Hastelloy B-2 sakausējuma stieņus strukturālajiem balstiem un paplātēm. Kādu korozijas ātrumu mums vajadzētu izmantot mūsu kalpošanas laika aprēķinos, un kādi konkrēti piemaisījumi radītu nepieciešamību pēc materiāla modernizācijas?
A. Tīrā, skābekli nesaturošā sālsskābē Hastelloy B-2 sakausējuma stieņi piedāvā izcilu veiktspēju — starp labākajiem no jebkura komerciāli pieejama materiāla. Tomēr sakausējuma Ahileja papēdis ir tā jutība pret oksidējošiem piemaisījumiem.
Sākotnējie korozijas rādītāji:
Atgaisotā, tīrā sālsskābē 80 grādu temperatūrā Hastelloy B-2 parasti ir:
0,1 līdz 0,5 mm/gadā (4-20 mpy) atkarībā no skābes koncentrācijas un temperatūras.
Ja skābe ir patiesi tīra un nesatur skābekli, pie 32% HCl un 80 grādiem varat sagaidīt šī diapazona zemākās robežas (0,1-0,2 mm/gadā).
Tas nodrošina saprātīgas korozijas pielaides 20 gadu projektēšanas laikā (piemēram, 3-5 mm papildu biezums).
Oksidēšanas piemaisījumu draudi:
Šis ir vienīgais vissvarīgākais B-2 aprīkojuma darbības apsvērums. Oksidējošu vielu klātbūtne pilnībā maina korozijas mehānismu:
| Piemaisījums | Tipisks avots | Ietekme uz B-2 |
|---|---|---|
| Dzelzs joni (Fe+3) | Oglekļa tērauda augšpuse korozija | Corrosion rate can increase to >5 mm/gadā |
| Vara joni (Cu+2) | Vara sakausējumu korozija | Līdzīgs katastrofāls paātrinājums |
| Izšķīdināts skābeklis | Gaisa iekļūšana caur blīvēm vai ventilācijas atverēm | Lokalizēts uzbrukums un vispārējs paātrinājums |
| Hlors (Cl2) | Procesa piesārņojums | Ātrs, smags uzbrukums |
| Slāpekļskābe (HNO3) | Šķērss{0}}piesārņojums | Pilnīga neveiksme |
Mehānisms:
Tīrā HCl (reducējošā skābē) B-2 aizsargā sevi, veidojot ar molibdēnu- bagātu plēvi. Oksidējošās sugas pārvērš šo plēvi par šķīstošiem molibdātiem, iznīcinot aizsardzību. Rezultāts bieži tiek raksturots kā "naža līnija" vai ātra vispārēja retināšana.
Dizains un darbības drošības pasākumi:
Korozijas pielaide: lai gan bāzes līnija ir 0,2 mm/gadā, pievienojiet papildu 3 mm "nezināšanas koeficientu", lai novērstu iespējamos procesa traucējumus.
Procesa kontrole: īstenojiet stingras procedūras, lai novērstu dzelzs piesārņojumu un gaisa iekļūšanu. Apsveriet uzglabāšanas tvertņu pārklājumu ar slāpekli.
Materiāla izvēle augšpusē esošajiem komponentiem: nodrošiniet, lai viss augšējais aprīkojums (sūkņi, vārsti, cauruļvadi) būtu arī -izturīgs pret koroziju, lai novērstu Fe+3 jonu veidošanos.
Uzraudzība: uzstādiet sistēmā korozijas zondes vai korozijas kuponus, lai noteiktu jebkādu pēkšņu korozijas ātruma palielināšanos, kas liecinātu, ka ir iekļuvušas oksidējošas vielas.
Kad veikt jaunināšanu:
Ja nevarat garantēt HCl plūsmas tīrību vai ja tajā ir oksidējoši piemaisījumi, jums ir divas iespējas:
Hastelloy B-3 (UNS N10675): nodrošina uzlabotu toleranci pret nelieliem oksidējošiem piesārņotājiem.
Cirkonijs: Spēcīgi oksidējošā HCl vidē var būt nepieciešams cirkonijs.
Ieteikums:
Jūsu destilācijas kolonnai ir pieņemami B-2 sakausējuma stieņi, ja saglabājat stingru procesa kontroli. Iekļaujiet korozijas pielaidi vismaz 3 mm un uzstādiet uzraudzību, lai noteiktu traucējumus. Pārskatiet visu sistēmu, lai noteiktu iespējamos dzelzs piesārņojuma avotus.
3. Ražošanas process: kādi ir kritiskie apsvērumi, lai ražotu augstas kvalitātes Hastelloy B-2 sakausējuma stieņus, un kāpēc bezcentra slīpēšanai bieži tiek dota priekšroka, nevis aukstā vilkšana?
J: Mums ir jāiegādājas Hastelloy B-2 sakausējuma stieņi precīzijas-mehāniski apstrādātiem komponentiem. Daži piegādātāji piedāvā auksti-velktus stieņus, savukārt citi piedāvā bezcentra slīpētus stieņus no atlaidinātiem materiāliem. Kura ražošanas metode nodrošina uzticamāku produktu kritiskiem lietojumiem?
A. Uzņēmumam Hastelloy B-2 ražošanas metode nav tikai izmaksu vai tolerances jautājums – tā tieši ietekmē galaprodukta metalurģisko integritāti un pakalpojumu veiktspēju. Kritiskiem lietojumiem īpaši priekšroka tiek dota bezcentra slīpētiem stieņiem no atkvēlinātas materiāla.
Kāpēc aukstā zīmēšana ir problemātiska B-2:
Darba sacietēšanas jutība: B-2 ir ārkārtīgi augsts darba-cietēšanas ātrums. Aukstās vilkšanas laikā virsma un tās tuvumā esošie-virsmas apgabali kļūst stipri sacietējuši. Šis sacietējušais slānis var būt 0,5-1,0 mm dziļš.
Atlikušais spriegums: Aukstā vilkšana rada ievērojamu stiepes atlikušo spriegumu stienī. Sakausējumam, kuram noteiktā vidē jau ir nosliece uz sprieguma korozijas plaisāšanu, tas ir liels risks.
Pasūtīšanas savienojums: auksti{0}}apstrādāts B-2 ir vēl vairāk jutīgs pret trauslumu, ja tiek pakļauts mērenai temperatūrai. Deformētā struktūra nodrošina nukleācijas vietas sakārtotajai fāzei.
Virsmas kvalitāte: Auksti{0}}vilktā B-2 virsmā var būt mikroapļi vai šuves, it īpaši, ja veidnes ir nodilušas. Tie darbojas kā sprieguma pacēlāji gatavajos komponentos.
Nevienmērīgas{0}}īpašības: auksti vilktas-stieņa centram var būt atšķirīgas īpašības nekā virsmai, tādējādi radot neparedzamu apstrādes darbību.
Bezcentra zemes priekšrocība:
Sākuma materiāls: process sākas ar šķīduma{0}}atlaidinātu apaļo stieni. Stienis ir mīkstākajā, visizturīgākajā-korozijas stāvoklī ar vienādām īpašībām.
Materiāla noņemšana, nevis deformācija: slīpēšana noņem materiālu; tas nedeformē atlikušo metālu. Kodola mikrostruktūra paliek pilnībā atkausēta un bez stresa-.
Virsmas integritāte: zemes virsmām ir spiedes atlikušie spriegumi (labvēlīgi pret nogurumu), un tajās nav apšuvuma un šuvju, kas parasti ir zīmētiem izstrādājumiem.
Izmēru precizitāte: bezcentra slīpēšana nodrošina vislielākās pielaides (parasti h8 vai h9), kas ir būtiskas precizitātes komponentiem.
Virsmas apdare: sasniedz 16 Ra mikrocollu vai labāku, samazinot vajadzību pēc papildu apstrādes.
Kompromiss “Zīmēts un rūdīts”:
Daži ražotāji auksti stiepē B-2 pēc izmēra un pēc tam atkārtoti atkvēlina stieni. Tas novērš auksto darbu un atlikušo spriegumu. Tomēr:
Atkausēšana jāveic aizsargājošā atmosfērā, lai novērstu oksidēšanos.
Stienim joprojām var būt nelielas virsmas nepilnības, kas radušās zīmēšanas procesā.
Šis produkts ir pieņemams, bet bieži vien dārgāks nekā vienkārša slīpēšana no atkausētas kārtas.
Ieteikums:
Svarīgām lietojumprogrammām norādiet:
*"Hastelloy B-2 sakausējuma stieņi ir bezcentra slīpēti no šķīduma-atlaidinātas izejvielas. Materiāls ir jāpiegādā šķīdumā atkvēlinātā stāvoklī atbilstoši ASTM B335. Virsmas apdarei jābūt maksimāli 16 Ra, diametra pielaide h8. Stieņiem jābūt bez virsmas defektiem, apļiem un šuvēm."*
Pieprasiet pārbaudi, vai stieņi nav auksti apstrādāti bez turpmākas pilnīgas{0}}atlaidināšanas.
4. Termiskās apstrādes reakcija. Kāda ir liela -diametra Hastelloy B-2 sakausējuma stieņiem ieteicamā šķīduma atkausēšanas temperatūra un dzesēšanas metode, lai panāktu vienādas īpašības?
J: Mēs ražojam liela-diametra (8 collas) Hastelloy B-2 sakausējuma stieņus no kaltiem sagatavēm. Pēc karstās apstrādes mums ir jāveic galīgā šķīduma atkausēšana. Kāda temperatūra un dzesēšanas ātrums nodrošina, ka visā biezajā daļā mēs iegūstam pilnībā mīkstu, korozijizturīgu struktūru?
A. Liela{0}}diametra Hastelloy B-2 stieņu termiskā apstrāde ir kritiska darbība. Mērķis ir panākt pilnībā pārkristalizētu, viendabīgu austenīta struktūru bez trauslām fāzēm, īpaši stieņa centrā, kur dzesēšana ir vislēnākā.
Izaicinājums ar lieliem diametriem:
8 collu stieņa centrs atdziest ievērojami lēnāk nekā virsma. B-2, kas ir pakļauts sakārtošanai un fāzes nokrišņiem lēnas dzesēšanas laikā 550–850 grādu diapazonā, tas rada reālu centra līnijas trausluma risku.
Šķīduma atkausēšanas parametri:
Temperatūras diapazons:
Mērķis: 1065 grādi līdz 1120 grādi (1950 °F līdz 2050 °F).
Minimums: 1040 grādi (1900 grādi F), lai nodrošinātu pilnīgu nogulšņu izšķīšanu.
Maksimums: 1140 grādi (2085 grādi F), lai izvairītos no pārmērīgas graudu augšanas.
Uzsūkšanās laiks:
Pietiekams laiks, lai 8 collu joslas centrs sasniegtu mērķa temperatūru.
Vispārējs noteikums: 1 stunda uz collu biezuma (vismaz 8 stundas) plus 1-2 stundas temperatūrā.
Labākā prakse: piestipriniet termopārus pie stieņa virsmas un reprezentatīvam paraugam, kas izurbts līdz centra dziļumam, lai pārbaudītu temperatūras vienmērīgumu.
Atmosfēra:
Vēlamā aizsargatmosfēra: Vakuums, ūdeņradis vai argons, lai samazinātu oksidēšanos un molibdēna iztvaikošanu.
Gaisa krāsns Pieņemams (ar piesardzību): Ja izmantojat gaisu, paredziet lielu nogulšņu veidošanos un iespējamu molibdēna samazināšanos uz virsmas. Būs nepieciešama pēc-atlaidināšanas virsmas noņemšana (apstrāde).
Kritiskais solis: ātra dzēšana:
Šī ir vissvarīgākā procesa daļa. Pēc mērcēšanas temperatūrā, stienis ir ātri jāatdzesē temperatūras diapazonā no 550 grādiem līdz 850 grādiem (1020 grādiem F līdz 1560 grādiem F).
Risks: šajā diapazonā B-2 tiek sakārtots nelielā diapazonā un var izgulsnēt karbīdus un intermetāliskās fāzes.
Sekas: lēna dzesēšana trauslo materiālu un samazina izturību pret koroziju. Visvairāk apdraudēts ir bieza stieņa centrs.
Metode: 8" diametra stieņiem ir obligāta dzēšana ar ūdeni. Stienis ir ātri jāpārnes no krāsns uz dzesēšanas tvertni (maksimāli 30–60 sekunžu laikā), lai novērstu temperatūras pazemināšanos pirms dzēšanas.
Dzesēšanas tvertne: jābūt pietiekamam ūdens tilpumam un maisījumam, lai saglabātu aukstu dzesēšanas līdzekli visā iegremdēšanas laikā. Stagnēts, silts ūdens pietiekami ātri neatdzisīs centru.
Veiksmīgas atkausēšanas pārbaude:
Cietība Traverss: Izgrieziet šķērsgriezumu no reprezentatīvā stieņa gala. Veiciet cietības testus (Rockwell B) no virsmas līdz centram ar 1" intervālu.
Pieņemams: vienāda cietība visā griezumā (piemēram, 88-95 HRB).
Unacceptable: Hardness increase toward the center (>5 punktu HRB starpība) norāda uz nepilnīgu dzēšanu.
Mikrostruktūra: pulējiet un iekodējiet paraugu no centra. Meklējiet vienādus graudus ar rūdīšanas dvīņiem. Tumšo-graudu robežu nogulšņu trūkums apstiprina panākumus.
Korozijas pārbaude (ASTM G28): kritiskiem lietojumiem veiciet G28 testu centrālajam paraugam. Zems korozijas līmenis (<0.5 mm/year) confirms proper heat treatment.
Ieteikums:
8 collu Hastelloy B-2 sakausējuma stieņiem norādiet "šķīdums, kas atkvēlināts vismaz par 1080 grādiem, kam seko ātra rūdīšana ar ūdeni." Pieprasiet piegādātājam sniegt pierādījumus par dzesēšanas metodi un, ja iespējams, cietības šķērsošanas rezultātus visā sadaļā.
5. Metināšanas apsvērumi. Kādas ir Hastelloy B-2 sakausējuma stieņu metināšanas īpašās problēmas, un kāpēc metinātiem mezgliem bieži dod priekšroku B-3?
J: Mēs izgatavojam sarežģītu mezglu, kam nepieciešams Hastelloy B-2 sakausējuma stieņu metināšana ar B-2 plāksni. Mūsu metināšanas inženieris ir nobažījies par siltuma ietekmēto zonu plaisāšanu. Vai B-2 ir metināms, un kādi piesardzības pasākumi ir nepieciešami, lai novērstu kļūmes?
A. Jūsu metināšanas inženiera bažas ir{0}}pamatotas. Hastelloy B-2 tiek uzskatīts par metināmu, taču tas prasa stingru procedūru ievērošanu un rada ievērojamus riskus, kuru dēļ daudzi ražotāji ir devuši priekšroku B-3 metinātiem mezgliem.
Metināšanas izaicinājums ar B-2:
Tā pati metalurģiskā parādība, kas izraisa trauslumu ekspluatācijas laikā (īsa{0}}diapazona secība), var rasties karstuma-ietekmētajā zonā (HAZ) metināšanas laikā.
Siltuma{0}}ietekmētās zonas trauslums:
Metināšanas laikā HAZ tiek uzkarsēts līdz temperatūrai, sākot no gandrīz -kušanas līdz apkārtējai temperatūrai.
Reģionu, kas mērenā ātrumā atdziest 550-850 °F (290–455 grādi) diapazonā (parasti daudzkārtu metināšanai biezām sekcijām), var veikt pasūtīšanu.
Rezultāts ir trausls HAZ ar krasi samazinātu elastību.
Celma vecuma plaisāšana:
Metinātajam metālam atdziestot un saraujoties, tas pievelk HAZ.
Ja HAZ ir sadrumstalots, tas nevar izturēt šo deformāciju un var{0}}bieži nemanāmi ieplaisāt zem virsmas.
Nazis{0}}Līnijas uzbrukums:
Pat ja metinātā šuve iztur izgatavošanu, pasūtītā HAZ var izraisīt koroziju ekspluatācijas laikā (īpaši HCl vidē), izraisot "naža{0}}līnijas" bojājumus gar metinājuma malu.
B-2 metināšanas piesardzības pasākumi (ja tas ir jāizmanto):
Zema siltuma padeve: izmantojiet zemāko iespējamo siltuma padevi, lai nodrošinātu labu saplūšanu. Tas samazina HAZ platumu un laiku, kas pavadīts kritiskajā temperatūras diapazonā.
Interpass Temperatūras kontrole: Stingri kontrolējiet starpplūsmas temperatūru. Turiet to zem 100 grādiem (212 grādiem F). Starp piegājieniem ļaujiet blokam pilnībā atdzist.
Pildvielas metāla izvēle: izmantojiet atbilstošu B-2 pildvielu metālu (ERNiMo-7). Neizmantojiet pildvielu C-276, jo hroms izveidos galvanisku savienojumu HCl servisā.
Pēc-metināšanas termiskā apstrāde: ideālā gadījumā visu metināto mezglu pēc metināšanas vajadzētu atkārtoti-atkvēlināt ar šķīdumu (1060–1120 grādiem, kam seko ātra dzesēšana), lai atjaunotu elastību un izturību pret koroziju pret HAZ. Tas bieži vien ir nepraktiski lieliem mezgliem.
Alternatīva: nav PWHT: ja PWHT nav iespējams, piekrītiet, ka HAZ būs samazināta elastība un izturība pret koroziju. Projektējiet ar mazāku slodzi uz metinātajām šuvēm un apsveriet palielinātu korozijas pielaidi.
B-3 priekšrocības:
Hastelloy B-3 (UNS N10675) tika īpaši izstrādāts, lai novērstu B-2 metināšanas ierobežojumus:
Lēnāka pasūtīšanas kinētika: HAZ dzesēšanas laikā paliek elastīgs.
Nav obligātas PWHT: B-3 var izmantot metinātā stāvoklī daudziem lietojumiem.
Izturība pret nazi{0}}līnijas uzbrukumu: stabilizētā ķīmiskā viela ir izturīga pret koroziju HAZ.
Ieteikums jūsu projektam:
Ja jūsu montāža ir sarežģīta un metināšanas-ietilpīga, noteikti apsveriet jaunināšanu uz B-3 sakausējuma stieņiem un plāksnēm. Papildu materiālu izmaksas tiks kompensētas, samazinot metināšanas sarežģījumus, likvidējot pēc-metināšanas termiskās apstrādes prasības un uzlabojot ilgtermiņa uzticamību.
Ja jums ir jāizmanto B-2:
Kvalificējiet metināšanas procedūras ar plašu testēšanu (lieces testi, korozijas testi uz HAZ).
Ieviesiet stingru procesa kontroli.
Apsveriet konstrukcijas modifikācijas, lai samazinātu metināto šuvju stresu.
Plānojiet iespējamos turpmākos remontdarbus, ja rodas HAZ plaisāšana.
