Super dvipusis nerūdijančio plieno vamzdis: klasės, PREN ir ribos

Kas daro nerūdijančio plieno super dvipusį

Super dvipusis nerūdijantis plienas yra dviejų fazių lydinys, kurio ferito ir austenito balansas yra maždaug 50:50, legiruotas su maždaug 25 procentais chromo, 3–5 procentais molibdeno, 6–8 procentais nikelio ir 0,20–0,32 procento azoto. Pagrindinis žymėjimas yra atsparumo įdubimams ekvivalentinis skaičius PREN, apskaičiuotas kaip chromas plius 3,3 karto molibdenas ir 16 kartų azotas. Super dvipusis lygis yra PREN 40 ir didesnis; standartinis dvipusis 2205 yra nuo 34 iki 36; 316L tipas yra maždaug nuo 24 iki 26.

Komercinės klasės yra UNS S32750, plačiai žinomos kaip 2507; UNS S32760, kuris prideda vario ir volframo, kad pagerintų atsparumą sieros ir chlorido terpėje; ir UNS S32550, žemesnio legiruoto super duplekso, daugiausia naudojamo liejiniams ir kaltiniams siurblio komponentams. Visi trys nurodyti vamzdžiams ir vamzdeliams per ASTM A789 vamzdeliams, ASTM A790 besiūliams ir suvirintam vamzdžiams ir ASTM A928 elektriniu lydytu suvirintam vamzdžiui, pagamintam iš užpildo metalo.

Priežastis, dėl kurios inžinieriai moka priemoką, yra derinys, kurio tuo pačiu metu nesuteikia jokia austenitinė klasė: takumo riba yra maždaug dvigubai didesnė už 316 l, didelis atsparumas chlorido įdubimams ir įtrūkimams jūros vandenyje ir praktiškas atsparumas chlorido įtempiams korozijos įtrūkimams esant tokioms temperatūroms, kuriose austenitinės rūšys neveikia. Jo silpnybė yra tokia pat specifinė: ji yra ribotos temperatūros medžiaga ir terminiam apdorojimui jautri medžiaga, o tai baudžia už suvirinimo procedūras, kurios ignoruoja bet kurį faktą.

Chemija ir PREN skaičiavimas

PREN nėra rinkodaros numeris; tai dizaino indeksas, atskiriantis dvipusį nuo superduplekso ir superdupleksą nuo nikelio lydinių. Kadangi azotas sudaro 16 kartų daugiau nei masės dalis, 0,05 procento azoto skirtumas perkelia PREN beveik visu tašku, todėl azoto kontrolė lydymosi ir suvirinimo metu yra tikra priimtinumo problema, o ne metalurgijos išnaša.

Super duplekso klasėse anglis išlaikoma iki 0,030 proc., nes anglis konkuruoja dėl chromo ir skatina austenito fazės jautrinimą. Varis nuo 0,50 iki 1,00 procentų S32760 pagerina atsparumą sieros rūgščiai, o tame pačiame diapazone esantis volframas padidina PREN be tos pačios nuobaudos dėl kietumo, kokį suteiktų lygiavertis molibdeno priedas. Nė vienas elementas nepakeičia tinkamo azoto ir terminio apdorojimo.

Perkant chemija, kuri turi būti nurodyta malūno sertifikate, yra produkto analizė su visais aukščiau nurodytais elementais, o ne sertifikatas, kuriame tik nurodoma klasė. Vamzdis gali būti UNS sudėties diapazone ir vis tiek neatlikti korozijos bandymo, nes fazių balansas yra neteisingas, o vien kompozicija to neatskleis.

Mechaninės savybės ir leistinos konstrukcijos

ASTM A790 ir A789 nurodo minimalų 550 MPa takumo ribą ir 800 MPa minimalų atsparumą tempimui super dupleksinėms klasėms, kurių pailgėjimas yra ne mažesnis kaip 15 procentų 50 mm, o kietumo dangtelis paprastai taikomas esant 32 HRC. Tai yra kambario temperatūros vertės. Kadangi dvipusė mikrostruktūra geriau išlaiko stiprumą nei austenitas esant vidutinei temperatūrai, konstrukcijos pranašumas neišnyksta ir esant darbo temperatūrai, nors aukštesnėje nei 250 laipsnių Celsijaus temperatūroje medžiaga pasiekia savo praktines lubas dėl kitų priežasčių.

Didelė takumo riba turi tiesioginį poveikį sienelės storiui ir svoriui. Jūros vandens linijai, suprojektuotai pagal tą pačią leistiną įtempių frakciją, super dvipusis vamzdis, kurio slėgis yra 550 MPa, gali išlaikyti maždaug du su puse karto didesnį slėgį nei 316 l vamzdis esant 205 MPa tokiam pačiam skersmeniui ir sienelei arba pasiekti tokį patį slėgį maždaug 40 procentų sienos. Toks sumažinimas dažnai susigrąžina didelę medžiagų kainos priemokos dalį atviroje jūroje ir gėlinimo projektuose, kur atraminis plienas, izoliacija ir montavimas kainuoja visokeriopai atsižvelgiant į svorį.

Atsparumas smūgiams yra ta savybė, kuri aiškiausiai atskiria teisingai apdorotą superdupleksą nuo atmesto. Kadangi medžiaga yra maždaug pusė ferito, ji turi plastiškumo į trapumą perėjimą, o perėjimo temperatūra yra jautrus tarpmetalinės fazės kritulių rodiklis. Šarpio bandymas esant minus 46 laipsniams Celsijaus paprastai reikalingas dirbant žemoje temperatūroje, o priėmimo energija turėtų būti nurodyta pirkimo užsakyme, o ne palikta iki standartinio minimumo.

Atsparumo korozijai režimas pagal režimą

Atsparumas įdubimams yra antraštės savybė. Natūraliame jūros vandenyje kritinė super dupleksinio tipo duobių susidarymo temperatūra yra gerokai aukštesnė už kritinę 2205 ir daug aukštesnė nei 316 l, todėl super duplex šilumokaičio vamzdžiai ir jūros vandens vamzdynai gali veikti chloruotame jūros vandenyje be nuolatinio dozavimo ir valymo režimo, kurio reikalauja austenitiniai laipsniai.

Plyšinė korozija yra realesnė riba, nes tikroji įranga turi tarpiklius, nuosėdas, suvirinimo siūles ir atraminius kontaktus. Plyšių ataka prasideda žemesnėje temperatūroje nei įdubimas, o konstrukcijoje turėtų būti daroma prielaida, kad plyšys yra visur, kur yra tarpiklis ar nuosėdos. Flanšų paviršiai, vamzdžių ir lakštų jungtys ir vamzdžių atramos yra tos vietos, kur sugenda super dvipusiai įrenginiai, o ne lygi anga.

Chlorido įtempių korozijos įtrūkimai yra ten, kur ekonominis pagrindas yra stipriausias. Austenitinės rūšys įtrūkinėja chloridinėje aplinkoje, aukštesnėje nei 60 laipsnių Celsijaus, esant tempimo įtempimui, o slenkstis sumažėja esant deguoniui ir koncentruotam chloridui. Super dupleksas yra labai atsparus, nes ferito fazė nutraukia įtrūkimų plitimą ir išlieka atspari esant temperatūrai, kai 316 l ir net 6 procentų molibdeno austenitas tampa nepatikimas.

Rūgščioje tarnyboje padėtis yra labiau niuansuota. Super dupleksas yra priimtinas pagal NACE MR0175 / ISO 15156, tačiau standartinės sąlygos atitinka vandenilio sulfido dalinį slėgį, in situ pH, temperatūrą ir, svarbiausia, kietumą ir šalto darbo nebuvimą, viršijantį leistiną lygį. Šaltai suformuotas lenkimas arba stipriai šaltai apdorotas vamzdžio galas gali viršyti kietumo ribą ir nukristi už standarto ribų, net jei netauriųjų metalų sertifikatas visiškai atitinka reikalavimus.

Temperatūros ribos ir tarpmetaliniai krituliai

Super dupleksas turi apatinę ir viršutinę temperatūros ribą, ir abi yra griežtos ribos, o ne gairės. Viršutinę ribą nustato fazės stabilumas: maždaug nuo 600 iki 1000 laipsnių Celsijaus, chromo ir molibdeno turtingos intermetalinės fazės, daugiausia sigma fazė, greitai nusėda ties ferito ir austenito ribomis. Sigma fazė sunaudoja chromą ir molibdeną iš aplinkinio metalo, naikina kietumą ir sumažina atsparumą korozijai iki žemiau 316 l. Virš maždaug 250 iki 300 laipsnių Celsijaus nepertraukiamai eksploatuojant ferito fazė palaipsniui trapi, o 475 laipsnių Celsijaus trapumo režimo reikia visiškai vengti.

Štai kodėl terminis apdorojimas po formavimo ar suvirinimo yra ne bendras atkaitinimas, o specialus atkaitinimas tirpalu 1020–1100 laipsnių Celsijaus temperatūroje, po kurio seka greitas aušinimas, dažniausiai gesinimas vandeniu arba priverstinis oras, pakankamai greitas, kad būtų išvengta pakartotinio sigmos nusodinimo per 600–1000 laipsnių Celsijaus diapazoną. Lėtas vėsinimas pro tą langą arba atkaitinimo krosnis, kuri negali užtikrinti reikiamo aušinimo greičio, sukuria vamzdį, kuris išlaiko tempimo bandymą ir neatlaiko korozijos bandymo.

Karštas formavimas virš maždaug 1100 laipsnių Celsijaus arba bet kokia gamybos operacija, kuri palaiko plieną sigma diapazone, reikalauja vėlesnio visiško tirpalo atkaitinimo. Vietinė šiluma, pvz., įtempių mažinimo liepsna arba nekontroliuojamas suvirinimo siūlės taisymas, yra dažnas atmestų ričių šaltinis, o teisinga taisyklė yra ta, kad super dupleksas niekada nėra sumažintas įtampa įprastine prasme, nes įtempių mažinimo temperatūros diapazonas sutampa su kritulių diapazonu.

Suvirinimas, užpildų parinkimas ir kvalifikacija

Suvirinimas yra fazių balanso laimėjimas arba praradimas. Suvirinimo metalo ir karščio paveiktoje zonoje turi būti maždaug 35–55 procentai ferito, o šis balansas priklauso nuo šilumos įvedimo, tarpo temperatūros, apsauginių dujų azoto kiekio ir užpildo sudėties. Rekomenduojama praktika yra maždaug 0,5–1,5 kJ/mm šilumos įvedimas, žemesnė nei 150 laipsnių Celsijaus temperatūra tarptakyje ir apsauginės arba atraminės dujos, kuriose yra azoto, paprastai 2–3 procentai, siekiant kompensuoti iš suvirinimo baseino prarastą azotą.

Užpildas metalas paprastai yra per legiruotas, palyginti su netauriuoju metalu, nikelio kiekis yra maždaug 2–4 procentais didesnis nei pradinis, kad būtų skatinamas austenito atsinaujinimas suvirinimo metale, ir pakankamai molibdeno ir azoto, kad išsaugotų PREN. Kai kurioms pozicijoms naudojamos atitinkamos sudėties eksploatacinės medžiagos, tačiau kvalifikacija visada turi būti įrodyta bandymu, o ne iš sertifikato, naudojant faktinę jungties konfigūraciją ir šilumos įvesties diapazoną, kuris bus naudojamas gamyboje.

Pašildymas nenaudojamas; Tikslas yra priešingas, kad sąnarys būtų vėsus. Didelis šilumos įvedimas, platus audimas ir aukštesnė nei 150 laipsnių Celsijaus temperatūra padidina sigmos susidarymo ir per didelio ferito susidarymo riziką karščio paveiktoje zonoje. Super dupleksiniam apdorojimui po suvirinimo netaikomas terminis apdorojimas, todėl bet kokia procedūra, kuri apima tokią procedūrą, turėtų būti atmesta procedūros kvalifikacijos etape.

Suvirinimo procedūros kvalifikacija turėtų apimti bent jau tempimo ir lenkimo bandymus, Charpy poveikį suvirinimo metalui ir karščio paveiktą zoną, feritų skaičių pagal ASTM E562, korozijos bandymą geležies chloride ir metalografinį suvirinimo šaknies tyrimą dėl antrinio austenito ir tarpmetalinių fazių. Rūgščiam aptarnavimui kvalifikacija turi papildomai parodyti, kad jungtis atitinka kietumą.

Pristatyto vamzdžio patikrinimas, bandymas ir priėmimas

Teigiamas gatavo vamzdžio medžiagos identifikavimas yra pirmoji gynybos linija, nes 2205 šilumos maišymas į superdupleksinį užsakymą yra pasikartojantis gedimo režimas ir abu atrodo identiški. Rentgeno spindulių fluorescencijos pakanka atskirti 2205 nuo super duplekso ant molibdeno ir azoto turinčios chemijos, jei prietaisas kalibruotas pagal klasės šeimą; Kai ginčijamas sprendimas dėl priėmimo, pirmenybė teikiama optinės emisijos spektrometrijai.

ASTM A923 nusipelno ypatingo dėmesio, nes būtent bandymas nustato gedimo režimą, kurio tempimo bandymai nemato. A metodas yra metalografinis ėsdinimas, atskleidžiantis tarpmetalinę fazę, B metodas yra Charpy smūgio bandymas su nurodyta mažiausia energija, o C metodas yra korozijos geležies chlorido bandymas, kuriuo matuojamas svorio kritimas. Pirkimo užsakyme turėtų būti nurodyta, koks metodas reikalingas ir kokie priėmimo kriterijai taikomi, nes tiekėjas, kuris siūlo tik tempimo sertifikatą, neįrodė svarbiausios savybės.

Matmenų tikrinimas turi būti susijęs su ASME B36.19M nerūdijančio vamzdžio dydžiu ir tvarkaraščiu, o sienos storio tolerancijos klasė turėtų būti aiškiai sutarta. Nerūdijantis vamzdis dažnai užsakomas griežtesniu nei standartinis sienos tolerancija šilumokaičiui ir aukšto slėgio darbams, o skirtumas tarp nominalios ir minimalios sienos yra vertas kelių procentų medžiagos kainos.

Paraiškos ir kur netinkamai taikomas pažymys

Stipriausias pritaikymas yra jūros vandens sistemos: gaisrinio vandens vamzdynai, balasto ir triumo vamzdynai, aušinimo vandens surinktuvai, gėlinimo aukšto slėgio ir sūrymo linijos bei povandeninės srovės, pernešančios šlapius, chloridinius gamybos skysčius. Išmetamųjų dujų nusierinimo absorberiai ir jų suspensijos vamzdynai yra dar vienas natūralus pritaikymas, taip pat cheminių procesų linijos, kuriose tvarkomi chloridai su organinėmis rūgštimis, ir celiuliozės gamyklos balinimo gamyklos vamzdynai, kuriuose kartu egzistuoja chlorido ir oksidacinės sąlygos.

Įvertinimas netinkamai taikomas, kai jis pasirenkamas tik naudojant PREN, nepatikrinus tikrojo gedimo režimo. Stiprios redukuojančios rūgštys, druskos rūgštis esant bet kokiai reikšmingai koncentracijai ir vandenilio fluorido rūgštis užpuls super dupleksą, o didesnis PREN ten nepadės; nikelio lydiniai arba nemetalinis pamušalas yra teisingas atsakymas. Panašiai, naudojant aukštą temperatūrą, viršijančią apie 250 laipsnių Celsijaus, arba bet kokiame procese, kurio metu metalas perkeliamas per sigmos diapazoną, neturėtų naudoti superduplekso.

Trečias dažnas netinkamas pritaikymas yra susijęs su gamyba, o ne su metalurgija. Super dupleksas turi didesnį šiluminio plėtimosi neatitikimą ir mažesnį šilumos laidumą nei austenitinio nerūdijančio plieno, jis greitai sukietėja ir daug mažiau toleruoja prastą montavimą ir pernelyg didelį suvirinimo taisymą. Parduotuvėje, kuri ją apdoroja kaip 316 l, gamins rites, kurios neatlaikys korozijos testo, o šio gedimo kaina paprastai viršija sutaupytą medžiagą, kuri pateisino klasę.

DUK

Kl .: Ką techniškai reiškia super dupleksas?
Jame aprašomas dvipusis nerūdijantis plienas, kurio atsparumo įdubimams ekvivalentas yra didesnis nei maždaug 40, gaunamas naudojant maždaug 25 procentus chromo, 3–5 procentus molibdeno ir 0,20 procentų ar daugiau azoto, todėl ferito ir austenito pusiausvyra yra beveik 50:50 ir maždaug dvigubai didesnė takumo riba – 316 l.

Kl .: Kaip apskaičiuojamas PREN ir kokią vertę turi pasiekti super dvipusis vamzdis?
PREN yra lygus chromui plius 3,3 karto molibdenui ir 16 kartų azotui, naudojant produkto masės procentų analizę. „Super duplex“ klasės UNS S32750 ir UNS S32760 paprastai pasiekia PREN nuo 40 iki 43, palyginti su 34–36 2205 dvipusiais ir 24–26 316 l.

Kl .: kokia yra maksimali super dvipusio vamzdžio eksploatavimo temperatūra?
Nepertraukiama eksploatacija paprastai ribojama iki maždaug 250–300 laipsnių Celsijaus, nes ferito fazė trapi virš šio diapazono, o sigmos fazė nusėda maždaug nuo 600 iki 1000 laipsnių Celsijaus. Smūgio išbandyto atsparumo žemos temperatūros riba paprastai yra minus 46 laipsniai Celsijaus.

Kl .: Kodėl super dupleksas turi būti gesinamas vandeniu po atkaitinimo tirpalu?
Norint greitai pereiti per 600–1000 laipsnių Celsijaus sigma kritulių diapazoną, reikalingas greitas aušinimas nuo 1020 iki 1100 laipsnių Celsijaus atkaitinimo temperatūros. Lėtas vėsinimas sukuria intermetalinę fazę, kuri sumažina kietumą ir atsparumą korozijai, nekeičiant tempimo rezultatų.

Kl .: Ar super dvipusis vamzdis gali būti naudojamas rūgščių paslaugoms?
Taip, pagal NACE MR0175 / ISO 15156 ribas, kurios nustato didžiausią kietumą, vandenilio sulfido dalinį slėgį, pH ir temperatūros sąlygas. Turi būti įrodyta, kad šaltai apdorotos zonos, suvirinimo siūlės ir karščio paveiktos zonos atitinka reikalavimus, nes paprastai jos yra kietesnės nei netaurieji metalai.

Kl.: Kokie bandymai įrodo, kad pristatytas super dvipusis vamzdis yra patikimas?
Teigiamas medžiagos identifikavimas, gaminio analizė su PREN skaičiavimu, tempimo ir kietumo bandymai, Charpy smūgis nurodytoje temperatūroje, ferito skaičiavimas pagal ASTM E562, tarpmetalinės fazės aptikimas pagal ASTM A923 ir geležies chlorido korozijos testas pagal ASTM G48 A metodą kartu parodo savybes, kurių vien tempimo sertifikatas negali pasiekti.