1. Superaustenīta, piemēram, N08904 un N08926, pamatfilozofija ir standarta nerūsējošā tērauda ierobežojumu pārvarēšana. Kādi ir šie ierobežojumi, un kā tos atrisina šo kategoriju sakausējuma pamata dizains?
Standarta 300. sērijas nerūsējošie tēraudi, piemēram, 304. un 316. sērija, ir darba zirgi, taču tie katastrofāli neizdodas divos izplatītos korozijas scenārijos:
Hlorīda-izraisīta punktveida korozija un plaisu korozija: hlorīda joni (Cl⁻) uzbrūk un nojauc aizsargājošo pasīvā hroma oksīda (Cr₂O₃) slāni uz standarta nerūsējošā tērauda, izraisot ļoti lokālu, caursūkšanos.
Sprieguma korozijas plaisāšana (SCC): hlorīdu, temperatūras un stiepes sprieguma (vai nu uzliktā, vai atlikušā) kombinācija var izraisīt trauslu, katastrofālu austenīta nerūsējošā tērauda bojājumu.
Superaustenīta risinājums: "PRen" numurs
Sakausējuma dizains ir tieša, kvantitatīva reakcija uz šīm kļūmēm. Galvenais ir maksimāli palielināt punktu pretestības ekvivalento numuru (PRen). Visizplatītākā formula ir:
PREn=%Cr + 3.3*(%Mo) + 16*(%N)
UNS N08904 (904L): satur ~20% Cr, ~4,5% Mo un ~0,1% N. Tādējādi PREn ir ~20 + 14.9 + 1.6=36.5.. Tas bija revolucionārs solis uz augšu no 316 nerūsējošā tērauda (PREn ~26), piedāvājot daudz labāku izturību pret hlorīdiem.
UNS N08926 (pazīstams arī kā sakausējums 926, 6Mo): satur ~21% Cr, ~6,5% Mo un ~0,2% N. Tādējādi PREn ir ~21 + 21.5 + 3.2=45.7.
Ievērojami palielinot molibdēna (Mo) un slāpekļa (N) daudzumu, šie sakausējumi veido daudz stabilāku un izturīgāku pasīvo plēvi, kas ir ļoti izturīga pret hlorīda iedarbību. Augstais niķeļa (Ni) saturs, abos veidos ~25%, nodrošina stabilu austenīta mikrostruktūru un krasi uzlabo izturību pret hlorīda spriedzes korozijas plaisāšanu (CSCC).
2. UNS N08926 ir ievērojami augstāks PREn nekā N08904. Kādi konkrēti pielietojumi attaisno dārgākā N08926 izmantošanu un kādos scenārijos varētu pietikt ar N08904?
Izvēle starp N08904 un N08926 ir klasisks izmaksu -pret- veiktspējas lēmums, ko nosaka vides nopietnība.
UNS N08904 (904L) parasti ir pietiekams:
Atšķaidītās sērskābes pakalpojumi: sākotnēji tika izstrādāts sērskābes apstrādei ķīmiskajā rūpniecībā. Tā augstais niķeļa un vara saturs nodrošina izcilu pretestību plašā koncentrāciju un temperatūru diapazonā.
Vide ar mērenu hlorīdu līmeni: jūras ūdens apstrāde apkārtējās vides temperatūrā, dzesēšanas ūdens sistēmas ar zemāku hlorīda līmeni un dažādas procesu plūsmas ķīmiskajā un farmācijas rūpniecībā, kur ir hlorīdu klātbūtne, bet ne pārāk daudz.
Smalkās gāzes desulfurizācijas (FGD) sistēmas: noteiktās šo sistēmu sadaļās, kurās ir skābuma, hlorīdu un erozijas kombinācija.
UNS N08926 (6% Mo sakausējums) ir pamatots smagākiem pakalpojumiem:
Koncentrēts jūras ūdens un pielietojums jūrā: jūras ūdens iesmidzināšanas sistēmas, siltummaiņi, kas atdzesēti ar neapstrādātu jūras ūdeni, un būtiski komponenti jūrā esošās platformās un kuģos. Lielāks Mo un N saturs nodrošina daudz lielāku drošības rezervi pret bedrīšu veidošanos jūras bioplēvju klātbūtnē, kas var radīt ļoti skābu, hlorīdu{1}}koncentrētu mikro{2} vidi.
Hiperhlorētie ūdeņi: sistēmas, kas ietver balinātāju (nātrija hipohlorītu) vai citus spēcīgus oksidētājus ar hlorīdiem.
Agresīvāka ķīmiskā procesa vide: ja procesa apstākļi ir saistīti ar augstu hlorīda līmeni, paaugstinātu temperatūru un zemu pH līmeni, ir nepieciešams augstāks N08926 PREn, lai novērstu punktveida un plaisu koroziju. Tas ietver dažas nopietnas notekūdeņu attīrīšanas un celulozes un balinātāju rūpnīcas.
Lēmumu nosaka tādi faktori kā hlorīda koncentrācija, temperatūra, pH un plaisu klātbūtne. N08926 piedāvā stabilu drošības rezervi viskritiskākajam un nepieejamākajam aprīkojumam.
3. Metināšana ir būtisks ražošanas posms, kas var apdraudēt materiāla izturību pret koroziju. Kādas ir specifiskās problēmas, metinot N08904 un N08926, un kāda ir labākā prakse, lai saglabātu to "super" īpašības?
Šo sakausējumu metināšanai nepieciešama rūpīga procedūras kontrole, lai izvairītos no divām galvenajām problēmām: hroma karbīda nogulsnēšanās un sekundāro fāžu veidošanās.
Izaicinājumi:
Sensibilizācija: lai gan to augstais Cr saturs palīdz, hroma karbīdi (Cr₂₃C₆) var izgulsnēties pie graudu robežām, ja metināšanas karstuma -ietekmētā zona (HAZ) pavada laiku ~550–950 grādu temperatūras diapazonā. Tas noārda apkārtējo hroma matricu, radot ceļu preferenciālai korozijai (starpkristālu uzbrukums).
Intermetālisko fāžu veidošanās: N08926 augstais Mo saturs padara to jutīgu pret trauslu, pret koroziju{1}}jutīgu intermetālisku fāzu veidošanos, piemēram, Chi (χ) un Sigma (σ), ja dzesēšanas ātrums kritiskajā temperatūras diapazonā ir pārāk lēns. Šīs fāzes arī noārda Mo un Cr no matricas, krasi samazinot pretestību punktos.
Paraugprakse šo risku mazināšanai:
Vairāk{0}}leģētu pildmetālu izmantošana: standarta prakse ir izmantot pildmetālu ar augstāku sakausējuma saturu nekā parastajam metālam, lai kompensētu iespējamo segregāciju vai zudumus.
Attiecībā uz N08904 parasti tiek izvēlēts Ni-Cr-Mo sakausējums, piemēram, ER385 (UNS N06845), kura Mo saturs ir lielāks nekā 904L.
Attiecībā uz N08926 vēlamā pildviela parasti ir ERNiCrMo-3 (sakausējums 625) vai ERNiCrMo-4 (sakausējums C276). Šīs uz niķeļa bāzes izgatavotās pildvielas ir "pārmērīgi saskaņotas" Cr, Mo un N, nodrošinot, ka metinātajam metālam ir augstāka izturība pret koroziju nekā pamatmateriālam, pat ar nelielu mikrosegregāciju.
Kontroles siltuma ievade: izmantojiet zemas siltuma padeves metināšanas metodes, piemēram, gāzes volframa loka metināšanu (GTAW/TIG) vai impulsa gāzes metāla loka metināšanu (GMAW/MIG). Zema siltuma padeve samazina laiku, ko HAZ pavada kritiskajā temperatūras diapazonā, novēršot kaitīgu fāžu veidošanos.
Saglabājiet starpplūsmas temperatūru: tiek nodrošināta stingra maksimālā starpplūsmas temperatūra (bieži zem 100 grādiem / 212 grādiem F), lai novērstu pārmērīga karstuma uzkrāšanos metināšanas zonā.
Muguras attīrīšana: pilnīgas -iekļūšanas metināšanas šuvēm ir svarīgi izmantot inertu atbalsta gāzi (argonu), lai novērstu oksidāciju un cukuru saknes pusē, kas būtu nopietna korozijas sākuma vieta.
4. Kādi citi korozijas veidi ir paredzēti, lai šie sakausējumi būtu izturīgi, izņemot punktkoroziju un plaisu koroziju, un kā to sastāvs tos novērš?
Sabalansētais N08904 un N08926 sastāvs nodrošina izcilu izturību pret plašu korozijas veidu spektru:
Sprieguma korozijas plaisāšana (SCC): tā ir standarta austenīta nerūsējošā tērauda galvenā vājība. Augstais niķeļa saturs (~25%) gan N08904, gan N08926 ir galvenais elements, kas ievērojami palielina to izturību pret hlorīda -inducēto SCC. Niķelis maina austenīta fāzes elektroķīmisko uzvedību un slīdēšanas īpašības, padarot to daudz mazāk jutīgu pret šo trauslo atteices režīmu.
Vispārēja (viendabīga) korozija: augstais hroma saturs nodrošina stabilas, izturīgas pasīvās plēves veidošanos, kas ir izturīga pret vispārēju retināšanu plašā skābā un sārmainā vidē. Vara pievienošana (Cu ~1,5% abos) ir īpaši izdevīga, jo tā uzlabo izturību pret neoksidējošām skābēm, piemēram, sērskābi un fosforskābi.
Erozija{0}}Korozija: augstas stiprības (nodrošina slāpekļa stiprināšana) un izcilas vispārējās/punktveida korozijas izturības kombinācija padara šos sakausējumus piemērotus lietojumiem, kas saistīti ar plūstošiem, abrazīviem šķidrumiem. Izturīgā pasīvā plēve var ātri-atveidoties, ja tā ir mehāniski bojāta, novēršot paātrinātu metāla zudumu.
Starpgranulu korozija: kā minēts metināšanas kontekstā, N08904 (0,02% C max) "L" pakāpe (zems oglekļa saturs) un standarta N08926 zems oglekļa saturs samazina hroma karbīda veidošanās risku. Lai nodrošinātu augstāko pārliecību, šos sakausējumus var piegādāt šķīdumā-atlaidinātā un rūdītā stāvoklī, lai izšķīdinātu visus karbīdus un nodrošinātu viendabīgu struktūru.
5. Attiecībā uz materiālu atlasi izmantošanai jūras ūdenī, kā N08904 un N08926 ir salīdzināmi ar dupleksajiem nerūsējošajiem tēraudiem, piemēram, UNS S32205 (2205) un UNS S32750 (2507)?
Šis ir būtisks jautājums ārzonas un jūras inženierzinātnēs. Gan superaustenīts, gan dupleksais nerūsējošais tērauds ir augstākās kvalitātes izvēle, taču tiem ir dažādas stiprības un kompromisi.
Salīdzinājums ar UNS S32205 (2205, PRRen ~35):
Izturība: Duplex 2205 tecēšanas robeža ir aptuveni divas reizes lielāka nekā N08904 un N08926. Tas var nodrošināt plānākas sienas daļas un samazināt svaru spiedtvertnēs un cauruļvados.
Izturība pret koroziju: N08904 ir nedaudz augstāks PREn nekā 2205, bet N08926 (PRen ~46) ir ievērojami labāks, jo īpaši kritiskiem jūras ūdens pakalpojumiem. 2205 parasti ir piemērots lielākajai daļai jūras ūdens lietojumu, taču var būt apdraudēts smagākos apstākļos (piemēram, karstā, stāvošā stāvoklī).
Stingrība un izgatavošana: Superaustenītim ir lieliska izturība līdz kriogēnai temperatūrai, un tos parasti ir vieglāk metināt nekā dupleksos tēraudus, kuriem nepieciešama precīza siltuma kontrole, lai izvairītos no trauslu fāžu veidošanās. Austenīta struktūra arī nav-magnētiska.
Salīdzinājums ar UNS S32750 (2507, PRRen ~43):
Izturība: Super Duplex 2507 ir arī aptuveni divreiz lielāka tecēšanas robeža nekā superaustenītam.
Izturība pret koroziju: N08926 (~ 46) PREn ir nedaudz augstāks nekā 2507 (~ 43), padarot tos kopumā salīdzināmus attiecībā uz pretestību jūras ūdenī. Abi ir lieliski piemēroti vissmagākajai hlorīda iedarbībai.
Izmaksas un izgatavošana: 2507 galvenā priekšrocība ir tā augstā izturības-un-svara attiecība. Tomēr visgrūtāk to ir metināt un apstrādāt, nepasliktinot tā īpašības. Superaustenīti, piemēram, N08926, bieži tiek izvēlēti to izcilās izgatavojamības dēļ, jo īpaši sarežģītiem komponentiem, un to garantētajām ne-magnētiskajām īpašībām, kas var būt ļoti svarīgas noteiktās zemūdens elektroniskajās sistēmās.
Secinājums. Izvēle bieži vien ir saistīta ar kompromisu starp duplekso tēraudu augsto izturību un izcilo izgatavojamību, stingrību un pārbaudītajiem sasniegumiem superaustenīta sarežģītās ģeometrijās. Struktūrai, kas ir ļoti kodīga, -jutīga pret svaru, var izvēlēties 2507. Sarežģītam, stipri metinātam jūras ūdens cauruļvadam, kur vissvarīgākā ir uzticamība un izgatavošanas vieglums, N08926 bieži ir vēlamais kandidāts.
