1. ASME SB348 pateikia keletą CP klasių (pvz., CP2/GR2, CP4/GR4). Pagrindinis skirtumas yra jų tarpinio puslapio turinys. Koks yra pagrindinis metalurgijos mechanizmas, pagal kurį elementai, pvz., deguonis ir geležis, padidina stiprumą, ir su kokia tiesiogine{10}}problema, kurią dizaineris turi priimti, nurodydamas stipresnį CP4, o ne CP2?
Pagrindinis mechanizmas yra intersticinio kieto tirpalo stiprinimas. Skirtingai nuo legiravimo, kuris pakeičia bazinius atomus, intersticiniai elementai, tokie kaip deguonis (O), azotas (N) ir anglis (C), yra pakankamai maži, kad tilptų į erdves (tarpas) tarp didesnių titano atomų kristalinėje gardelėje.
Metalurginis mechanizmas: šių svetimų atomų buvimas sukuria gardelės deformacijos lauką. Ši deformacija veikia kaip stipri kliūtis judėjimui išnirimų -kristalinės struktūros linijos defektų, kurie įgalina plastinę deformaciją, judėjimui. Dėl dislokacijos judėjimo trukdymo metalas tampa kietesnis ir stipresnis.
Tiesioginis{0}}pardavimas: plastiškumas ir atsparumas lūžiams dėl stiprumo
Tai yra kritinis inžinerinis kompromisas. Ta pati gardelės deformacija, kuri suteikia stiprumo, taip pat sumažina medžiagos gebėjimą plastiškai deformuotis prieš lūžimą. Vadinasi:
CP2 (žemesnis O, Fe): didesnis lankstumas (pailgėjimas ~20%), geresnis atsparumas smūgiams ir geresnis formavimas šaltuoju būdu.
CP4 (didesnis O, Fe): didesnis našumas ir atsparumas tempimui (išeiga: ~ 480 MPa, palyginti su ~ 275 MPa CP2), bet žymiai mažesnis plastiškumas (pailgėjimas ~ 15%) ir mažesnis atsparumas lūžiams.
Dizaineris, nurodęs CP4, įgyja galimybę atlaikyti didesnes apkrovas mažesniame skerspjūvyje, tačiau praranda CP2 būdingą „atlaidumą“ ir gamybos lengvumą. Naudojant CP4 stipriai lenkiant šaltą-, gali atsirasti įtrūkimų, o CP2 sėkmingai deformuotis.
2. Cheminio perdirbimo gamyklos vamzdynų sistemai kalti jungiamosios detalės, vožtuvai ir tvirtinimo detalės naudojami apvalūs CP2 ir CP4 titano strypai. Nepaisant skirtingo stiprumo, jų atsparumas korozijai daugelyje aplinkų laikomas lygiaverčiu. Kokia yra jų pasyviosios plėvelės elektrocheminė savybė, dėl kurios jie abu praktiškai nėra atsparūs chloro duobėms, ir kokioje konkrečioje aplinkoje jų veikimas iš tikrųjų skirsis?
Pagrindinė savybė yra neįtikėtinai didelis atsparumo įdubimams ekvivalentas (PRE), kurį suteikia pasyvioji titano dioksido (TiO₂) plėvelė, nors formalus PRE skaičiavimas (Cr + 3.3Mo + 16N) Ti nenaudojamas. TiO₂ sluoksnis yra:
Labai stabilus ir sukibęs: susiformuoja akimirksniu ir stipriai sukimba su pagrindu.
Savaiminis-gydymas: jei jis pažeistas, jis nedelsiant atsinaujina, kai yra drėgmės ar deguonies pėdsakų.
Kilnus skilimo potencialas: elektrocheminis potencialas, reikalingas šiai plėvelei suskaidyti (duobės potencialas), yra didesnis nei deguonies išsiskyrimo vandenyje potencialas. Tai reiškia, kad daugumoje gazuotų, daug chloro{1}}aplinkų, pvz., jūros vandens, sąlygų duobei susidaryti tiesiog neįmanoma.
Veikimo skirtumų aplinka: karšti, koncentruoti chloridai, kuriuose trūksta oksidatorių
Nors jų atsparumas yra panašus, nežymiai skirtingas šių dviejų rūšių elektrocheminis elgesys gali išryškėti itin agresyviuose, karštuose, koncentruotuose chlorido sūrymuose, kurie tuo pačiu metu yra de{0}}aeruojami arba redukuojami. Pagal šį nišinį scenarijų pasyviojo filmo stabilumas gali būti ginčijamas. Didesnio stiprumo CP4, turintis didesnį intersticinį turinį ir šiek tiek skirtingą gardelės energiją, gali turėti šiek tiek kitokį korozijos greitį, palyginti su CP2. Tačiau daugiau nei 99 % naudojimo atvejų (pvz., jūros vandeniui, oksiduojančioms rūgštims) jie nurodomi pakaitomis remiantis mechaniniais, o ne korozijos reikalavimais.
3. Gamintojas turi pagaminti didelį kiekį nestandartinių varžtų iš titano apvalių strypų, kad išvengtų galvaninės korozijos jūros vandens sistemoje. Kodėl jie turėtų rinktis CP2, o ne CP4 šaltos krypties gamybos procesui, ir koks konkretus mikrostruktūrinis reiškinys daro CP4 mažiau tinkamą?
CP2 pasirinkimą lemia puikus jo lankstumas ir įtempimo -kietėjimo eksponentas, kurie yra labai svarbūs važiuojant šalta kryptimi.
Šaltasis{0}}antraštės procesas ir CP2 pranašumai:
Šaltasis -antraštis apima plastikinį metalo šliuzo deformavimą kambario temperatūroje į varžto formą su suformuota galvute. Šis procesas reikalauja, kad medžiaga atlaikytų ekstremalias deformacijas be įtrūkimų.
CP2 (idealus): mažesnis intersticinis turinys suteikia jam didesnį būdingą lankstumą. Jis gali patirti didžiulį plastikinį šalto-galvos įtempimą, patenkantį į sudėtingą varžto galvutės štampų geometriją, nesukeldamas vidinių ar paviršinių mikro-įtrūkimų.
CP4 (mažiau tinkamas): dėl didesnio tarpinio puslapio turinio, kuris suteikia CP4 stiprumo, jis tampa trapesnis. Šalto -sukimo metu jis turi daug didesnį polinkį įtrūkti arba suskilti, ypač aštriuose varžto galvutės kampuose arba po galvute, kur įtempių koncentracija yra didžiausia. Tai sukeltų didelį laužo kiekį ir nepatikimą tvirtinimo detalių vientisumą.
Mikrostruktūrinis reiškinys: ribotas dislokacijos mobilumas
CP4 kaiščių išnirimai yra efektyvesni. Nors tai yra naudinga jėgai, tai reiškia, kad atliekant stiprų šaltą darbą dislokacijos negali lengvai judėti ir daugintis, kad prisitaikytų prie įtempimo. Dėl to įtempių koncentracijos taškuose susidaro įtempis, viršijantis medžiagos stiprumą trūkyje, todėl vietoj plastiko srauto susidaro trapus lūžis.
4. Atliekant atviroje jūroje veikiančios platformos gyvavimo ciklo sąnaudų analizę, pradinė CP4 titano apvalaus strypo kaina yra didesnė nei CP2. Kokie trys eksploatavimo ciklo sąnaudų veiksniai gali pateisinti tvirtesnio CP4 pasirinkimą, be paprastų medžiagų sąnaudų, tokių kaip konstrukcinių komponentų, kaip{6}}raiščių ar atraminių laikiklių?
CP4 pagrindimas yra bendrosios nuosavybės išlaidos (TCO), kurias lemia inžinerinis optimizavimas ir rizikos mažinimas.
Svorio mažinimas ir konstrukcijos optimizavimas: Didesnė CP4 takumo riba (~480 MPa, palyginti su ~275 MPa) leidžia konstruktoriui naudoti mažesnio skersmens strypą tokiai pačiai apkrovai išlaikyti. Tai sumažina komponento svorį ir bendrą struktūrą, o tai labai svarbu atviroje jūroje. Lengvesnės konstrukcijos sumažina atraminių elementų apkrovą ir gali padėti sutaupyti transportavimo ir montavimo išlaidas.
Didesnė saugos riba ir patikimumas: atviroje jūroje esanti aplinka komponentus veikia dinamines bangų ir vėjo apkrovas. Didesnis CP4 stiprumas suteikia daug didesnį saugos koeficientą nuo atsitiktinių perkrovų, nuovargio ir smūginių apkrovų (pvz., nuo smūgio). Šis padidintas patikimumas sumažina katastrofiško gedimo riziką, dėl kurios atsiranda milžiniškų išlaidų, susijusių su gamybos sustabdymu, aplinkos ištaisymu ir saugos incidentais.
Sumažinti techninės priežiūros ir tikrinimo intervalai: komponentas, pagamintas iš CP4, dėl savo didesnio stiprumo ir didesnio atsparumo deformacijai, mažiau gali sukelti problemų, tokių kaip įtempių atsipalaidavimas varžtinėse jungtyse arba iškraipymas veikiant nuolatinei apkrovai. Tai reiškia, kad techninės priežiūros intervalai tarp apžiūrų ir techninės priežiūros yra ilgesni, o tai sumažina milžiniškas brigadų siuntimo dirbti jūroje išlaidas.
Didesnę pradinę CP4 medžiagų kainą dažnai sumažina dėl šių trijų veiksnių sutaupytos lėšos per 20–30 metų atviroje jūroje veikiančios platformos eksploatavimo laiką.
5. Suvirinant konstrukciją, pagamintą iš CP2 ir CP4 apvalių strypų, didžiausia rizika yra suvirinimo zonos trapumas. Kokia yra pagrindinė šio trapumo priežastis ir kokios konkrečios,-neapibrėžtinos procedūrinės kontrolės, nenaudojant standartinio argono ekrano, reikia, kad to būtų išvengta, ypač kai šaknis praleidžia ant storo strypo?
Pagrindinė priežastis yra atmosferos užterštumas, sukeliantis intersticinį trapumą.
Kai suvirinimo temperatūra viršija 500 laipsnių (930 laipsnių F), titanas intensyviai reaguoja su deguonimi, azotu ir vandeniliu iš oro.
Deguonis ir azotas ištirpsta kristalinėje gardelėje, todėl smarkiai padidėja kietumas ir prarandamas plastiškumas bei kietumas.
Vandenilis gali sudaryti trapius titano hidridus.
Ne{0}}sutartinė procedūrinė kontrolė: didelio- vientisumo atgalinis valymas.
Standartinis degiklio ekranavimas yra nepakankamas. Užpakalinė siūlės pusė (šaknis), kuri taip pat yra įkaitinta iki aukštos temperatūros, turi būti apsaugota.
Procedūra: užpakalinėje suvirinimo jungties pusėje turi būti sukurta sandari kamera, kuri tada kruopščiai išvaloma didelio -grynumo argonu, kad būtų išstumtas visas oras. Apvalaus strypo atveju aplink jungtį galima pastatyti laikiną valymo dėžę.
Patikrinimas: prapūtimo dujų atmosferos grynumas dažnai tikrinamas deguonies matuokliu, kurio lygis turi būti mažesnis nei 50–100 ppm O₂ prieš uždegant lanką.
Gedimo pasekmė: netinkamai išvalytas suvirinimas{0}} turės trapią, oksiduotą šaknies rutuliuką. Šis užterštumas dažnai matomas kaip mėlyna, pilka arba balta spalva. Toks suvirinimas laikomas sugedusiu ir turi būti nušlifuotas ir iš naujo suvirintas, nes jis nėra plastiškas ir yra puiki vieta plyšiams susidaryti. Šis valdymas yra labai svarbus siekiant užtikrinti, kad suvirinimas išlaikytų netauriųjų metalų atsparumą korozijai ir mechanines savybes.
