Որ ստանդարտների ստալի խողովակներն են դիմադրում բարձր ջերմաստիճաններին

Ինչպես է ջերմաստիճանը ազդում ստալի խողովակների աշխատանքի վրա

Օքսիդացում, շերտավորում և սահք՝ բարձր 500°C-ից վեր առաջացող երեք հիմնական անսարքություններ

Երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 500 աստիճան, անժանգոտ պողպատից խողովակները սկսում են զգալ մի քանի խնդիրներ, որոնք կարող են կարճացնել նրանց կյանքը: Առաջին խնդիրը օքսիդացման արագացումը է, քանի որ Chromium Oxide-ի պաշտպանիչ շերտը ժամանակի ընթացքում քայքայվում է: Այս պատճառով խողովակները ավելի խոցելի են կոռոզիայի նկատմամբ, իսկ դանդաղորեն կոտրում են դրանց պատերը: Հաջորդը սանդղակավորումը է, որտեղ այդ կուտակված օքսիդները փլուզվում են եւ խաթարում ջերմային փոխանցման արդյունավետությունը սարքավորումների մեջ, ինչպիսիք են ջերմային փոխանակիչները: Materials Performance Journal ամսագրից հրապարակված որոշ ուսումնասիրություններ հաստատում են այս փաստը, ցույց տալով որոշ դեպքերում կորուստների 40%-ը: Բայց, թերեւս, ամենամեծ մտահոգությունը գալիս է ինչ-որ բանից, որը կոչվում է "գայթակղություն": Այսինքն՝ մետաղը դանդաղ փոխում է իր ձեւը երկար ժամանակ շարունակական ճնշման տակ: Մոտ 600 աստիճաններում սովորական 304 անկանխիկ պողպատը մոտ երեք անգամ ավելի արագ է սողում, քան 310H հատուկ որակը: Ահա թե ինչու է ճիշտ ալյուի ընտրությունը ոչ միայն կարեւոր այն բանի համար, թե ինչ տեսք ունի թղթի վրա, այլեւ կարեւոր է իրական աշխարհում կատարման եւ անվտանգության համար:

Ինչու քրոմը և նիկելը միայնակ չեն երաշխավորում բարձր ջերմաստիճանների համապատասխանությունը

Քրոմը և նիկելը հիմնարար դեր են խաղում օքսիդացման դիմադրելու և աուստենիտային կառուցվածքը պահպանելու գործում, թեև բարձր ջերմաստիճաններում լավ աշխատանքային ցուցանիշներ ապահովելու համար այս մետաղներից ոչ մեկն ինքնուրույն չի կարող երաշխավորել: Երբ քրոմի քանակը 20%-ից բարձր է, դա անշուշտ օգնում է դիմադրել օքսիդացմանը, սակայն 550-900 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճաններում դա հանգեցնում է դյուրաբեկ սիգմա ֆազերի առաջացման, ինչը նվազեցնում է ձգվողականությունը մոտ կեսով: Նիկելը ավելի տարբեր կերպ է աշխատում: Այն կանխում է ցանկալի փուլային փոփոխությունների առաջացումը, սակայն առանց ածխածնի ավելացման այն չի բարելավում սահողականության դիմադրությունը: Վերցրեք 316 չհաստատված ստալինգ պողպատի խողովակները որպես օրինակ: Դրանք հաճախ միջադաշտային կոռոզիա են ձեռք բերում, երբ կրկնակի տաքացման և սառեցման ցիկլերի են ենթարկվում մոտ 425-815 աստիճան Ցելսիուս միջակայքում, քանի որ հանքային սահմաններում առաջանում են քրոմի կարբիդներ: Դրա համար է, որ արտադրողները դիմում են H դասի ածխածնով հարստացված նյութերին՝ 0,04-0,10 տոկոս ածխածնի պարունակությամբ, կամ հաստատված տարբերակներին, որոնք պարունակում են տիտան կամ նիոբիում՝ ածխածինը կայուն կարբիդներում կապելու համար: Այս տարբերակները ավելի լավ են աշխատում, չնայած պարունակում են քրոմի և նիկելի նույն մակարդակը, ինչ ստանդարտ դասերը:

Բարձր ջերմաստիճանի ծառայության համար օստենիտական անժանգոտ պողպատի խողովակների լավագույն դասերը

304H, 310H եւ 316H: Կառբոնով բարձրացված դասեր, որոնք օպտիմալացված են սողալուն դիմադրության համար

H-որակով ավստենիտային ալյուծները պարունակում են վերահսկելի քանակությամբ ածխածնային 0,04%-ից մինչեւ 0,10%-ի միջեւ, ինչը օգնում է ամրապնդել այդ հատիկների սահմանները սողանքային խնդիրների դեմ ՝ պահպանելով լավ հոսանքային հատկանիշներ: Օրինակ, 304H-ն բավականին լավ է դիմում օքսիդացմանը նույնիսկ 900 աստիճան սելսիուսի ջերմաստիճանում, ինչը այն հարմար է դարձնում ջեռուցման խողովակների եւ ջերմափոխանակիչների համար: Եվ կա 310H, որը պարունակում է մոտ 25% քրոմ եւ 20% նիկել: Այս կաղամբը կարող է շարունակական աշխատանք կատարել մինչեւ 1150°C ջերմաստիճանում, ինչպես վառարանային լույսերի խողովակներում եւ այրման սենյակներում: Քիմիական մշակման համար, որտեղ սուլֆիդացումը դառնում է խնդիր, արտադրողները հաճախ դիմում են 316H- ին, քանի որ այն պարունակում է մոտ 2 - 3 տոկոս մոլիբդեն, որը հատուկ ավելացվել է նվազեցնող մթնոլորտներից առաջացած կոռոզիայի դեմ պայքարելու համար: Այս բոլոր աստիճանների վրա ածխածնի բարձր մակարդակը ստեղծում է այդ նուրբ կայուն կարդերը, որոնք հիմնականում արգելում են արտահոսքը ազատորեն շարժվել լարվածության պայմաններում, անմիջականորեն լուծելով այն, ինչ հակված է հիմնական ձախողման մեխանիզմ լինել, երբ ջերմաստիճանը բարձր

Կարգավորված այլընտրանքներ. 321 եւ 347 չժանգոտվող պողպատե խողովակներ ցիկլիկ ջերմային միջավայրերում

Երբ գործ ունենք սարքավորումների հետ, որոնք մշտական ջերմաստիճանի փոփոխությունների են ենթարկվում, ինչպիսիք են ինքնաթիռների արտազատման համակարգերը կամ քիմիական ռեակտորները, տիտանիումով կայունացված 321 անժանգոտ պողպատը եւ նիոբիումով կայունացված 347 տարբեր Այս նյութերը TiC եւ NbC կարբիդներ են ձեւավորում պրոցեսավորման ընթացքում քրոմի քարբիդների փոխարեն, ինչը պահում է քրոմը մատչելիորեն հացահատիկների սահմաններում եւ դադարեցնում է այլ ալյուի վրա ազդող զգայունացման խնդիրները: 347 տարբերակը բացառապես լավ է պահում բարձր ջերմաստիճանի տակ մոտ 800-900 աստիճան ցելսիուսով, ինչը այն դարձնում է արդյունաբերական պայմաններում թուրբինային թեւերի եւ ռեֆորմատոր խողովակների համար օգտագործվող նյութ: Միեւնույն ժամանակ, 321-ը ավելի լավ է աշխատում, երբ կա կանգ առնել-սկսել գործողություն, հատկապես, երբ ճնշման կոռոզիայի ճեղքումը դառնում է խնդիր: Մտածեք գոլորշու սուպերմաքսիչների մասին, որոնք աշխատում են փոփոխական բեռների պայմաններում: Այս երկու կայունացված որակները շատ ավելի լավ են դիմում ժամվա ընթացքում 300 աստիճանից բարձր արագ ջերմաստիճանի տատանումներին, քան դրանց ոչ կայունացված գործընկերները նմանատիպ ծառայության միջավայրերում:

Անժելացիոն պողպատից խողովակների ընտանիքի կողմից կրիտիկական ջերմաստիճանի սահմանները եւ միկրոակառուցվածքային ռիսկերը

Դուպլեքս, ֆերիտային եւ մարտենսիթային խողովակներ. խանդկոտության, սիգմա փուլերի եւ մեղմացման սահմանները

Ավստենիտային անժանգոտ պողպատերը սովորաբար նախընտրվում են ծայրահեղ ջերմաստիճանների կիրառման համար, մինչդեռ դրանց համընկերները' երկշարժ, ֆերրիտային եւ մարտենզիտային տեսակները, հանդիպում են մանրակազմական մակարդակում զգալի սահմանափակումների: Օրինակ, վերցրեք դուպլեքս ալյուիդեր, ինչպիսիք են 2205-ը: Այս նյութերը հակված են տառապել 475 աստիճանի ցելսիուսի խանդկոտությունից, երբ երկար ժամանակ են բացակայում: Այստեղ տեղի է ունենում այն, որ քրոմով հարուստ կլաստեր սկսում են ձեւավորվել մետաղական մատրիզի մեջ, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է դրա հզորությունը դիմակայելու հարվածներին: 300 աստիճանից բարձր մշտական աշխատանքը խնդիրների եւս մեկ դուռ է բացում: 600-ից մինչեւ 950 աստիճան ցելսիուսի ջերմաստիճանում սկսում է ձեւավորվել կոտրված միջմետաղական միացություն, որը կոչվում է սիգմա փուլ: Ըստ ASM-ի ձեռագրում հրապարակված հետազոտությունների, 2023 թվականին, այս երեւույթը կարող է նվազեցնել բարակությունը ավելի քան 80%-ով: Ֆերիտային անժանգոտ պողպատերը, ինչպիսիք են 430 դասի պողպատերը, արագորեն կորցնում են կոտրվածքի դիմացկունությունը, երբ հասնում են մոտ 600 աստիճանի: Միեւնույն ժամանակ, մարտենսիթային սորտերը, ինչպիսիք են 410 պողպատը, զգալիորեն մեղմվում են մոտավորապես 550 աստիճանից ավելի ջերմաստիճանի վրա, որը հանգեցնում է դրանց ընդհանուր ամրության հատկանիշների թուլացմանը: Այս բոլոր խնդիրների պատճառով ինժեներների մեծ մասը խուսափում է օգտագործել այս ոչ ավստենիտիկ ընտանիքները 600 աստիճան ցելսիուսից բարձր սպասարկման պայմաններում: Դա նրանց գրեթե դուրս է մղում հարցերից, ինչպիսիք են պիրոլիզային ռեակտորները կամ թուրբինային արտանետման համակարգերը, որտեղ կառուցվածքային ամբողջականությունը պահպանելը երկարատեւ ջերմության ազդեցության տակ բացարձակապես կարեւոր է:

Հավասարաչափ անժանգոտ պողպատե խողովակների դասի ընտրություն. կիրառման վրա հիմնված որոշման շրջանակ

Անժանգոտ պողպատից օպտիմալ խողովակաշարի որակի ընտրությունը պահանջում է կարգապահական, առաջին կիրառման գնահատում, ոչ միայն նյութերի կատալոգի սկանավորում: Սկսենք չորս գործառնական իրականությունների քարտեզագրմամբ.

• Քիմիական միջավայր : Հատկանշել ագրեսիվ տեսակները (օրինակ՝ խլորիդները, H2S-ը, SO2-ը, ալկալները), որոնք առաջացնում են խոռոչներ, սթրեսային կոռոզիա կամ սուլֆիդացում,
• Ջերմային պրոֆիլ : Հաշվի առեք գագաթնակետային ջերմաստիճանը, տեւողությունը, ցիկլային հաճախականությունը եւ բարձրանքի արագությունը, հատկապես եթե շփումը գերազանցում է 500°C կամ գերազանցում է կրիտիկական միջակայքները, ինչպիսիք են 425815°C-ը,
• Մեխանիկական պահանջարկ : Քանակականացնել ճնշման, ցնցումների, հոգնածության ծանրաբեռնվածության եւ ջերմային ընդլայնման սահմանափակումները,
• Կյանքի ցիկլի առաջնահերթությունները : Համադրեք նախնական ծախսերը պահպանման անջատման ժամանակի, ստուգման հաճախականության եւ փոխարինման ռիսկի հետ:

Երբ աշխատանքի պայմաններում ջերմաստիճանը հաստատապես գերազանցում է 500 աստիճան Ցելսիուսը, ինժեներները պետք է դիտարկեն հատուկ ստվարություններ՝ ինչպիսիք են 310H-ը կամ ստաբիլիզացված տարբերակը՝ 321H-ը: Այս պայմաններում սովորական ստալեւապողպ պողպերը, ինչպիսիք են 304-ը կամ 316-ը, պարզապես անբավարար են լինում: Դուպլեքս պողպերը, որոնք միտում ունեն սիգմա ֆազ առաջացնելու, երկարատև տաքացման դեպքում ամբողջովին բացառվում են: Վերջնական ընտրություն կատարելուց առաջ պետք է համադրել հաստատված արդյունաբերական չափանիշների հետ: ISO 15156 ստանդարտը ընդգրկում է թթվային միջավայրերը, իսկ NORSOK M-001-ը անհրաժեշտ է ծովափնյա կառույցների ամրության հետ կապված հարցերի համար: Փողային սպեցիֆիկացիաների բոլոր հարցերի համար ASTM A213-ը և A312-ը մնում են հիմնական տեղեկատվության աղբյուրները: Այս մոտեցումը նյութերի մասին կատարված ենթադրությունը վերածում է շատ ավելի հիմնավորված և արդյունաբերական փորձով ամրապնդված որոշման, ոչ թե միայն տեսական գիտելիքների հիման վրա:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

Ի՞նչ է կատարվում ստալեւապողպ խողովակների հետ, երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 500 աստիճան Ցելսիուսը:

Երբ ջերմաստիճանը գերազանցում է 500 աստիճան Ցելսիուս, ստեյնլես պողպրաները կրավորում են օքսիդացում, փոշիացում և սահողականություն, ինչը կարող է զգալիորեն կարճել դրանց կյանքի տևողություն:

Կարո՞ղ են քրոմն ու նիկելն ապահովել ստեյնլես պողպրաների բարձր ջերմաստիճանի աշխատանքը:

Ոչ, քրոմն ու նիկելն ունեն կարևոր դեր, սակայն ինքնատուր չեն կարող ապահովել լավ աշխատանքը բարձր ջերմաստիճանի դեպքում՝ պատճառով դատարկ սիգմայի փուլերի առաջացման և սահողականության դիմադրության անհապաղության պատճառով:

Ո՞րն են լավագույն ստեյնլես պողպրաների աստիճանները բարձր ջերմաստիճանի ծառայության համար:

Ածխածինով հարստացված աստիճանները, ինչպիսիք են 304H, 310H և 316H, օպտիմալ են բարձր ջերմաստիճանի ծառայության համար, քանի որ նախագծված են լավ սահողականության դիմադրության համար:

Ո՞ր տեսակի ստեյնլես պողպրաներ չեն առաջարկվում օգտագործել բարձր ջերմաստիճանի դեպքում:

Դուպլեքս, ֆերիտային և մարտենսիտային ստեյնլես պողպրաները չեն առաջարկվում բարձր ջերմաստիճանի կիրառությունների համար՝ միկրոկառուցվածքային ռիսկերի պատճառով, ինչպիսիք են դատարկությունը, սիգմայի փուլի առաջացումը և փափկացումը: