Фактори ограничавају радне температуре
Типичне примене које захтевају да дуплекс материјали буду изложени условима високе температуре су посуде под притиском, лопатице/пропелери вентилатора или пречистачи издувних гасова.Захтеви за својства материјала могу се кретати од високе механичке чврстоће до отпорности на корозију. Хемијски састав класа о којима се говори у овом чланку наведен је у табели 1.
Спинодална декомпозиција
Спинодална декомпозиција (такође названа демиксовање или историјски као 475 °Ц-кртост) је врста одвајања фаза у феритној фази, која се јавља на температурама од око 475 °Ц.Најизраженији ефекат је промена микроструктуре, која изазива формирање α´ фазе, што резултира крхкошћу материјала.Ово, заузврат, ограничава перформансе финалног производа.
Слика 1 приказује дијаграм температурног временског прелаза (ТТТ) за проучаване дуплекс материјале, са спинодалним разлагањем представљеним у региону од 475 °Ц.Треба напоменути да овај ТТТ дијаграм представља смањење жилавости за 50% измерено испитивањем жилавости на удар на Цхарпи-В узорцима, што се обично прихвата као показатељ кртости.У неким применама може бити прихватљиво веће смањење жилавости, што мења облик ТТТ дијаграма.Стога, одлука о одређивању одређеног максималног ОТ зависи од тога шта се сматра прихватљивим нивоом кртости, односно смањења жилавости за крајњи производ.Треба напоменути да су историјски ТТТ-графови такође прављени коришћењем постављеног прага, као што је 27Ј.
Виши легирани разреди
Слика 1 показује да повећање легирајућих елемената од класе ЛДКС 2101 према граде СДКС 2507 доводи до бржег разлагања, док мршави дуплекс показује одложен почетак распадања.Утицај легирајућих елемената као што су хром (Цр) и никл (Ни) на спинодалну декомпозицију и кртост показала су претходна истраживања.5–8 Овај ефекат је даље илустрован на слици 2. Он показује да се спинодално разлагање повећава када температура се повећава са 300 на 350 °Ц и бржи је за виши легирани разред СДКС 2507 него за мање легирани ДКС 2205.
Ово разумевање може бити од кључног значаја за помоћ купцима да одлуче о максималном ОТ-у који је погодан за њихов одабрани степен и примену.
Одређивање максималне температуре
Као што је раније поменуто, максимални ОТ за дуплекс материјал се може подесити у складу са прихватљивим падом ударне жилавости.Обично се усваја ОТ који одговара вредности од 50% смањења жилавости.
ОТ зависи од температуре и времена
Нагиб у реповима кривих на ТТТ дијаграму на слици 1 показује да се спинодална декомпозиција не дешава само на једној граничној температури и да се зауставља испод тог нивоа.Уместо тога, то је константан процес када су дуплекс материјали изложени радним температурама испод 475 °Ц.Међутим, такође је јасно да, због нижих брзина дифузије, ниже температуре значе да ће разградња почети касније и да ће се одвијати много спорије.Стога, коришћење дуплекс материјала на нижим температурама можда неће изазвати проблеме годинама или чак деценијама.Ипак, тренутно постоји тенденција да се постави максимално ОТ без разматрања времена експозиције.Стога је кључно питање коју комбинацију температуре и времена треба користити да би се одлучило да ли је безбедно користити материјал или не?Херзман ет ал.10 лепо сажимају ову дилему: „...Употреба ће тада бити ограничена на температуре где је кинетика демиксања толико ниска да се то неће десити током пројектованог техничког века производа…“.
Утицај заваривања
Већина апликација користи заваривање за спајање компоненти.Добро је познато да се микроструктура шава и његова хемија разликују од основног материјала 3 .У зависности од материјала за пуњење, технике заваривања и параметара заваривања, микроструктура заварених спојева се углавном разликује од материјала у расутом стању.Микроструктура је нормално грубља, а то укључује и зону погођену топлотом високе температуре (ХТХАЗ), која утиче на спинодалну декомпозицију у завареним спојевима.Варијација микроструктуре између масе и заварених спојева је тема која се овде разматра.
Сумирање ограничавајућих фактора
Претходни одељци воде до следећих закључака:
- Сви дуплекс материјали су предмет
до спинодалног распадања на температурама око 475 °Ц. - У зависности од садржаја легуре, очекује се бржа или спорија брзина разлагања.Већи садржај Цр и Ни промовише брже размешавање.
- Да бисте подесили максималну радну температуру:
– Мора се узети у обзир комбинација радног времена и температуре.
– Мора се поставити прихватљив ниво смањења жилавости, односно жељени ниво коначне жилавости - Када се уведу додатне микроструктурне компоненте, као што су завари, максимални ОТ се одређује најслабијим делом.
Глобални стандарди
За овај пројекат ревидирано је неколико европских и америчких стандарда.Фокусирали су се на примену у посудама под притиском и компонентама цевовода.Генерално, неслагање у погледу препорученог максималног ОТ међу прегледаним стандардима може се поделити на европско и америчко становиште.
Европски стандарди за спецификацију материјала за нерђајуће челике (нпр. ЕН 10028-7, ЕН 10217-7) подразумевају максималну ОТ од 250 °Ц чињеницом да су својства материјала обезбеђена само до ове температуре.Штавише, европски стандарди дизајна за посуде под притиском и цевоводе (ЕН 13445 и ЕН 13480, респективно) не дају никакве додатне информације о максималном ОТ-у од онога што је дато у њиховим стандардима за материјале.
Насупрот томе, америчка спецификација материјала (нпр. АСМЕ СА-240 из АСМЕ одељка ИИ-А) уопште не представља никакве податке о повишеној температури.Ови подаци су уместо тога дати у АСМЕ одељку ИИ-Д, 'Својства', који подржава опште кодексе конструкције за посуде под притиском, АСМЕ одељак ВИИИ-1 и ВИИИ-2 (потоњи нуди напреднији пут пројектовања).У АСМЕ ИИ-Д, максимално ОТ је експлицитно наведено као 316 °Ц за већину дуплекс легура.
За апликације цевовода под притиском, и правила пројектовања и својства материјала су дата у АСМЕ Б31.3.У овом коду су дати механички подаци за дуплекс легуре до 316 °Ц без јасне изјаве о максималном ОТ.Без обзира на то, можете тумачити информације у складу са оним што је написано у АСМЕ ИИ-Д, тако да је максимално ОТ за америчке стандарде у већини случајева 316 °Ц.
Поред информација о максималном ОТ, и амерички и европски стандарди имплицирају да постоји ризик од појаве кртости на повишеним температурама (>250 °Ц) при дужим временима излагања, што онда треба узети у обзир како у фази пројектовања тако иу фази сервисирања.
За заварене спојеве, већина стандарда не даје никакве чврсте изјаве о утицају спинодалног разлагања.Међутим, неки стандарди (нпр. АСМЕ ВИИИ-1, Табела УХА 32-4) указују на могућност извођења специфичних термичких третмана након заваривања.Они нису ни обавезни ни забрањени, али приликом њиховог извођења треба их извршити према унапред одређеним параметрима у стандарду.
Шта каже индустрија
Информације које је произвело неколико других произвођача дуплекс нерђајућег челика су прегледане да би се видело шта они саопштавају у вези са температурним распонима за своје класе.2205 је ограничен на 315 °Ц од стране АТИ-а, али Ацеринок поставља ОТ за исти ниво на само 250 °Ц.Ово су горња и доња ОТ граница за оцену 2205, док између њих остале ОТ саопштавају Аперам (300 °Ц), Сандвик (280 °Ц) и АрцелорМиттал (280 °Ц).Ово показује широку распрострањеност предложених максималних ОТ-а само за једну класу која ће поседовати веома упоредива својства од произвођача до произвођача.
Позадинско размишљање о томе зашто је произвођач поставио одређени ОТ није увек откривено.У већини случајева, ово се заснива на једном одређеном стандарду.Различити стандарди саопштавају различите ОТ, отуда и ширење вредности.Логичан закључак је да америчке компаније постављају већу вредност због навода у АСМЕ стандарду, док европске компаније постављају нижу вредност због ЕН стандарда.
Шта купцима треба?
У зависности од коначне примене, очекују се различита оптерећења и изложености материјала.У овом пројекту, крхкост услед спинодалног распадања била је од највећег интереса јер је веома применљива на посуде под притиском.
Међутим, постоје различите апликације које излажу дуплекс класе само средњим механичким оптерећењима, као што су чистачи11–15.Други захтев се односио на лопатице и импелера вентилатора, који су изложени оптерећењима од замора.Литература показује да се спинодална декомпозиција понаша другачије када се примени оптерећење замором15.У овој фази постаје јасно да се максимални ОТ ових апликација не може подесити на исти начин као за посуде под притиском.
Друга класа захтева је само за апликације повезане са корозијом, као што су чистачи морских издувних гасова.У овим случајевима, отпорност на корозију је важнија од ОТ ограничења под механичким оптерећењем.Међутим, оба фактора утичу на рад финалног производа, што се мора узети у обзир приликом навођења максималног ОТ.Опет, овај случај се разликује од претходна два случаја.
Све у свему, када се саветује купац о одговарајућем максималном ОТ за њихов дуплекс степен, тип примене је од виталног значаја за постављање вредности.Ово даље демонстрира сложеност постављања једног ОТ-а за класу, пошто окружење у којем се материјал користи има значајан утицај на процес кртости.
Која је максимална радна температура за дуплекс?
Као што је поменуто, максимална радна температура је постављена веома ниском кинетиком спинодалног разлагања.Али како да измеримо ову температуру и шта је тачно „ниска кинетика“?Одговор на прво питање је лак.Већ смо рекли да се мерења жилавости обично врше да би се проценила брзина и напредак разлагања.Ово је постављено у стандардима које прати већина произвођача.
Друго питање, о томе шта се подразумева под ниском кинетиком и вредности на којој постављамо температурну границу, је сложеније.Ово је делимично зато што су гранични услови максималне температуре састављени и од саме максималне температуре (Т) и од радног времена (т) током којег се ова температура одржава.Да би се потврдила ова Тт комбинација, могу се користити различите интерпретације „најниже“ жилавости:
• Доња граница, која је историјски постављена и која се може применити на заваре, износи 27 џула (Ј)
• У оквиру стандарда углавном је 40Ј постављено као граница.
• 50% смањење почетне жилавости се такође често примењује за постављање доње границе.
То значи да изјава о максималном ОТ-у мора бити заснована на најмање три договорене претпоставке:
• Температурно-временско излагање финалног производа
• Прихватљива минимална вредност жилавости
• Коначна област примене (само хемија, механичко оптерећење да/не итд.)
Спојено експериментално знање
Након опсежног прегледа експерименталних података и стандарда, било је могуће саставити препоруке за четири дуплекс разреда који се разматрају, видети табелу 3. Треба имати на уму да је већина података направљена из лабораторијских експеримената изведених са температурним корацима од 25 °Ц .
Такође треба напоменути да се ове препоруке односе на најмање 50% преостале жилавости на РТ.Када је у табели наведен „дужи временски период“, није документовано значајно смањење на собној температури.Штавише, завар је тестиран само на -40 °Ц.На крају, треба напоменути да се за ДКС 2304 очекује дуже време излагања, с обзиром на његову високу жилавост након 3.000 сати тестирања.Међутим, у којој мери се изложеност може повећати мора се проверити даљим тестирањем.
Треба напоменути три важне тачке:
• Тренутни налази указују на то да ако су заварени спојеви присутни, ОТ се смањује за око 25 °Ц.
• Краткотрајни скокови (десетине сати на Т=375 °Ц) су прихватљиви за ДКС 2205. Пошто су ДКС 2304 и ЛДКС 2101 ниже легиране класе, упоредиви краткотрајни температурни скокови би такође требали бити прихватљиви.
• Када је материјал крт услед распадања, топлотна обрада на 550 – 600 °Ц за ДКС 2205 и 500 °Ц за СДКС 2507 у трајању од 1 сата помаже да се поврати жилавост за 70%.
Време поста: Феб-04-2023