1. Aukštos{1}} temperatūros čempionas: kuo Hastelloy X iš esmės skiriasi nuo kitų Hastelloy markių, pvz., C-276 ar B3, ir kur jis naudojamas?
Q:Mūsų dujų turbinų gamybos įmonėje mes nurodome Hastelloy X degimo zonos komponentams. Kai žiūriu į kitas Hastelloy klases, atrodo, kad jose daugiausia dėmesio skiriama cheminei korozijai. Kokią unikalią metalurgijos nišą užima Hastelloy X?
A:Jūs nustatėte svarbiausią skirtumą visoje Hastelloy šeimoje. Lydiniai, tokie kaip C-276 ir B3, buvo sukurti siekiant laimėti karą prieš šlapią koroziją (rūgštys, chloridai), o Hastelloy X (UNS N06002) buvo sukurtas užkariauti visiškai kitokį mūšio lauką:oksidacija ir stiprumas aukštoje{0}}temperatūroje.
Pagalvokite apie tai taip:
Hastelloy C-276yra karys prieš cheminių medžiagų baką.
Hastelloy Xyra karys prieš krosnį.
Štai kuo jis iš esmės skiriasi:
1. Chemijos pamaina:
Hastelloy X turi žymiai skirtingą elementų pusiausvyrą, palyginti su „B“ ir „C“ pusbroliais.
Chromas (20,5–23,0 %):Tai daug didesnis nei C-276 (14,5–16,5 %) ir žymiai didesnis nei B2/B3 (kurių beveik nėra). Tokiais lygiais chromas sudaro tvirtą, sukibimą ir lėtai augantį chromo oksido (Cr₂O₃) apnašą ant paviršiaus, kai yra veikiamas oro aukštoje temperatūroje. Šios skalės veikia kaip barjeras, neleidžiantis deguoniui difunduoti į pagrindinį metalą ir sukelti katastrofišką nuosėdų susidarymą (oksidaciją).
Geležis (17-20%):Geležies kiekis yra žymiai didesnis, o tai prisideda prie jos stabilumo ir sumažina sąnaudas, bet dar svarbiau, kad ji veikia kartu su chromu ir nikeliu ir sudaro stabilią austenitinę struktūrą, atsparią sigma fazės trapumui ilgalaikio -terminio poveikio metu.
Kobaltas (1,0–2,5 %) ir molibdenas (8–10 %):Kobaltas prisideda prie kieto -tirpalo stiprinimo aukštesnėje temperatūroje, o molibdenas suteikia papildomo stiprumo aukštoje{1}}temperatūroje (atsparumas šliaužimui).
2. Programos profilis:
Dėl šios chemijos Hastelloy X puikiai tinka aplinkoje, kurioje temperatūra pakyla nuo 870 laipsnių iki 1200 laipsnių (1600 laipsnių F iki 2200 laipsnių F).
Atsparumas oksidacijai:Jis atsparus pleiskanojimui ir skilimui ore ir degimo aplinkoje.
Atsparumas anglies susidarymui:Aplinkoje, kurioje yra angliavandenilių, jis atsparus anglies absorbcijai, kuri gali sutrupinti kitus lydinius.
Atsparumas azotui:Jis gerai veikia aplinkoje, kurioje yra daug azoto{0}}.
Šliaužimo stiprumas:Jis išlaiko savo struktūrinį vientisumą esant nuolatiniam įtempimui aukštoje temperatūroje geriau nei daugelis standartinių austenitinio nerūdijančio plieno (pvz., 310 Stainless).
3. Pirminio naudojimo atvejai:
Štai kodėl jį rasite savo dujų turbinoje:
Degimo skardinės ir perėjimo detalės:Šie komponentai mato tiesioginę liepsnos spinduliuotę ir karštas degimo dujas.
Ortakiai ir papildomi degikliai:Tiek orlaiviuose, tiek antžeminėse{0}}turbinose.
Pramoninės krosnies komponentai:Mufeliai, retortos, konvejeriai ir spinduliavimo vamzdžiai aukštos{0}}temperatūros krosnyse.
Angliavandenilių apdorojimas:Garų{0}}angliavandenilių riformingo krosnyse vandenilio gamybai.
Taigi, kai nurodote Hastelloy X suvirintą vamzdį, jūs neperkate vamzdžio, skirto druskos rūgšties aptarnavimui. Jūs perkate vamzdį, kuriame turi būti karštos, oksiduojančios dujos, išlaikant savo formą ir atsparus paviršiaus degradacijai. Tai aukštos -temperatūrinės konstrukcinės medžiagos, o ne korozijai atspari medžiaga tradicine prasme.
2. Suvirinamumo faktorius: kuo Hastelloy X suvirinimas skiriasi nuo suvirinimo C-276, ypač kalbant apie terminį apdorojimą po suvirinimo?
Q:Gaminame perkaitintuvą naudodami Hastelloy X suvirintą vamzdį. Mūsų C-276 procedūroms reikalinga griežta tarptakų temperatūros kontrolė ir dažnai vengiama po-suvirinimo terminio apdorojimo. Ar ta pati logika galioja X, ar kyla įvairių rūpesčių dėl šio aukštos temperatūros lydinio?
A:Jūsų klausimas pabrėžia bendrą painiavą. Nors abu yra nikelio lydiniai, Hastelloy X suvirinimo metalurgija skiriasi nuo C-276, o terminio apdorojimo logika yra beveik priešinga. Turite pakeisti savo mąstymą nuo „vengimo fazinių kritulių“ prie „likutinio streso ir lankstumo valdymo“.
Štai pagrindiniai skirtumai:
1. Jautrumas karštam įtrūkimui:
„Hastelloy X“, kaip ir daugelis visiškai austenitinių aukštos temperatūros lydinių, gali būti jautrūs mikroskilimui arba karštam įtrūkimui suvirinimo karščio paveiktoje zonoje (HAZ). Tai skiriasi nuo „plastiškumo įtrūkimų“ arba Ni4Mo susidarymo, matomo B2. X atveju problema dažnai susijusi su mikroelementais (pvz., siera ir fosforu), kurie aukštoje temperatūroje atsiskiria iki grūdelių ribų ir sukuria žemos -lydymosi- temperatūros plėvelę, kuri plyšta veikiant suvirinimo susitraukimo įtempiams.
Sušvelninimas:Tai valdoma griežtai kontroliuojant netauriojo metalo ir užpildo metalo mikroelementus (ERNiCrMo-2 yra tipiškas X užpildas) ir naudojant suvirinimo techniką, kuri skatina šiek tiek išgaubtą rutuliuko formą, kad būtų geriau prisitaikyta prie susitraukimo įtempių.
2. Po-suvirinimo terminio apdorojimo (PWHT) paradigmos poslinkis:
Tai yra didžiausias veikimo skirtumas.
C-276:PWHT dažnai vengiama arba atliekama tik kaip pilnas tirpalo atkaitinimas, kad iš naujo ištirptų fazės. Vien tik streso mažinimas yra sudėtingas.
Hastelloy X:PWHT yradažniausiai atliekami ir dažnai naudingi, bet dėl skirtingų priežasčių.
Suvirintoje būsenoje Hastelloy X suvirinimas ir HAZ turi didelius liekamuosius įtempius. Dar svarbiau, kad HAZ gali turėti skirtingą lankstumo ir valkšnumo stiprumo profilį nei netauriojo metalo. Atliekant aukštą-temperatūrą (pvz., perkaitintuvą), po-suvirinimo terminis apdorojimas dažnai atliekamas siekiant:
Atleiskite liekamąjį stresą:Tai sumažina įtempių{0}}smulkintų grūdelių ribų oksidacijos arba įtrūkimų riziką paleidimo ir išjungimo ciklų metu.
Homogenizuoti struktūrą:Tai padeda sumažinti mikro{0}}segregaciją suvirinimo zonoje.
Atkurti lankstumą:Šaltasis formavimas vamzdžių gamybos ar suvirinimo metu gali sumažinti plastiškumą. PWHT jį atkuria.
3. PWHT temperatūra „Sweet Spot“:
Hastelloy X PWHT paprastai atliekamas diapazone870–980 laipsnių (1600–1800 laipsnių F), po kurio seka greitas aušinimas (aušinimas oru arba greitesnis). Tai nėra pilnas tirpalo atkaitinimas (kuris būtų ~ 1175 laipsnių). Tai sumažina įtampą, kuri taip pat leidžia naudingai ir kontroliuojamai nusodinti kai kuriuos karbidus. Taipnesukelti didžiulį trapumą, kurį panašus apdorojimas sukeltų C-276.
Jūsų perkaitintuvo santrauka:
Savo Hastelloy X suvirintų vamzdžių komplekte turėtumėte:
Naudokite mažą šilumos tiekimą, kad sumažintumėte HAZ ir išvengtumėte karšto įtrūkimo.
Naudokite ERNiCrMo-2 užpildą.
Labai apsvarstykite po{0}}suvirinimo terminio apdorojimo~900 laipsnių, kad sumažintų įtempius ir užtikrintų matmenų stabilumą bei lankstumą darbo temperatūroje.
Nemanykite, kad čia galioja taisyklė „nėra PWHT“ iš C-276. Tiesą sakant, dirbant aukštoje-temperatūroje, įtempių-neleistina konstrukcija dažnai yra pranašesnė už suvirintą.
3. Oksidacijos mūšis: kaip suvirintoji siūlė veikia ciklinės oksidacijos aplinkoje, palyginti su netauriuoju metalu?
Q:Mūsų Hastelloy X suvirintas vamzdis bus naudojamas cikliškai šildomoje krosnyje (aplinkos iki 1100 laipsnių ir atgal). Esu susirūpinęs, kad suvirintoji siūlė, turinti skirtingą mikrostruktūrą, gali pirmiausia oksiduotis arba išsklaidyti oksidų apnašas, o tai gali sukelti ankstyvą gedimą. Ar tai pagrįstas susirūpinimas?
A:Tai labai rimtas rūpestis ir susijęs su aukštų{0}}temperatūrų medžiagų inžinerijos esme. Ciklinės oksidacijos metu pagrindinė savybė yra ne tik gebėjimas sudaryti oksidą, bet irlaikymasistos oksido skalės esant šiluminiam stresui. Jūsų susirūpinimas dėl suvirinimo siūlės yra pagrįstas-, tačiau šiuolaikinė frezavimo praktika ir tinkamas užpildo metalo pasirinkimas šią riziką iš esmės sumažina.
Štai kas nutinka suvirinimo siūlėje ciklinės oksidacijos metu:
1. Oksido susidarymo mechanizmas:
Apsauginis Hastelloy X oksidas pirmiausia yra chromo oksidas (Cr₂O3). Kad lydinys būtų apsaugotas, chromas turi difunduoti iš birių metalų į paviršių, kad susidarytų ir išlaikytų šį sluoksnį. Chemiškai vienalytėje struktūroje ši difuzija vyksta vienodai.
2. Galima suvirinimo siūlės problema:
Suvirintoje{0}}būklėje suvirintas metalas turi liejinę dendritinę struktūrą. Šioje struktūroje gali būti mikro-segregacija, kai dendritų centrai („šerdys“) yra šiek tiek turtingesni vienų elementų (pvz., nikelio), o tarpai tarp dendritų („interdendritinės sritys“) yra turtingesni kitų (pvz., molibdeno ar chromo). Norsvidutinissudėtis atitinka specifikacijąvietinissudėtis skiriasi.
Rizika:Šiluminio ciklo metu šiose mikro{0}}atskirtose zonose gali susidaryti šiek tiek skirtingi oksidų tipai arba, dar blogiau, oksido nuosėdos gali neprilipti prie chemiškai nehomogeniško paviršiaus. Dėl oksido ir apatinio metalo šiluminio plėtimosi koeficiento skirtumų mikro-skalėje oksidas gali išskilti (atsisluoksniuoti) išilgai suvirinimo siūlės aušinimo metu. Oksidui išsiliejus, atidengiamas šviežias metalas, o oksidacijos greitis pagreitėja, o tai sukelia vietinį plonėjimą ("įpjova").
3. Sušvelninimas (kodėl tai paprastai veikia):
Čia atsiranda gamybos kokybė.
Tirpalo atkaitinimas:Kaip aptarta ankstesniuose atsakymuose, aukštos kokybės{0}}Hastelloy X suvirintas vamzdis yra tirpalas atkaitintas po suvirinimo (paprastai apie 1175 laipsnių). Šis apdorojimas homogenizuoja suvirinimo struktūrą, pašalindamas dendritinę segregaciją. Suvirinimo zona persikristalizuoja ir tampa chemiškai vienoda su netauriuoju metalu.
Užpildo metalo atitikimas:Naudojant užpildą ERNiCrMo-2, užtikrinama, kad nusodinta chemija jau yra subalansuota, kad susidarytų oksido nuosėdos, kurių charakteristikos yra panašios į netauriojo metalo savybes.
4. „Suvirinimo briaunos geometrijos“ faktorius:
Ciklinėje oksidacijoje geometrija gali būti tokia pat svarbi kaip chemija. Suvirinimo siūlė su aštria, išsikišusia armatūra (suvirinimo metalo perteklius) gali veikti kaip oksido nuosėdų įtempimo keltuvas. Aštrus kampas yra ta vieta, kur dažnai prasideda masto išsisluoksniavimas.
Sprendimas:Jei norite atlikti kritinį ciklinį aptarnavimą, galbūt norėsite nurodyti, kad suvirinimo siūlės sutvirtinimas būtų pašalintas (įžemintas) OD ir (arba) ID. Tai pašalina geometrinį nenuoseklumą, todėl per visą vamzdžio perimetrą susidaro vienoda oksido skalė. Tai brangus žingsnis, tačiau reikliausioms programoms tai suteikia papildomą saugumo ribą.
Apibendrinant galima pasakyti, kad tinkamai pagamintam ir tirpalu atkaitintam Hastelloy X suvirintam vamzdžiui suvirinimo siūlė neturėtų būti silpnoji atsparumo oksidacijai grandis. Tačiau esant ekstremaliam cikliniam darbui, nurodant lygią-įžeminimo siūlę pašalinamas geometrinis rizikos veiksnys.
4. Valkšnumo faktorius: kodėl grūdelių dydis yra kritinis specifikacijos taškas perkant Hastelloy X suvirintą vamzdį, skirtą aukštos{1}}temperatūroms?
Q:Mes peržiūrime Hastelloy X suvirintų vamzdžių, skirtų naftos chemijos riformeriui, malūno bandymų ataskaitas. Vienoje citatoje siūloma smulkiagrūdė-pypkė, kitoje – stambiagrūdė{2}}pypkė už tą pačią kainą. Kurį turėtume pasirinkti šliaužiančiam-ribotam dizainui?
A:Aptikote pagrindinį aukštos{0}}temperatūros medžiagų inžinerijos principą. Valkšnumo metu (kai metalas lėtai deformuojasi esant nuolatiniam įtempimui aukštoje temperatūroje), grūdelių dydis nėra tik skaičius-, tai yra našumo parametras. Pasirinkimas tarp smulkiagrūdžių ir stambiagrūdžių grūdų yra apgalvotas stiprumo ir patvarumo{4}}kompensavimas.
Štai metalurginis suskirstymas, kodėl grūdų dydis yra svarbus jūsų reformuotojui:
1. Stambių grūdų dėklas (atsparumas valkšnėjimui):
Esant aukštai temperatūrai (daugiau nei 0,5 karto aukštesnė už lydymosi temperatūrą kelvinais), deformacija pirmiausia vyksta palei grūdelių ribas per mechanizmą, vadinamą "grūdelių ribos slydimu".
Fizika:Grūdų ribos yra netvarkingos sritys ir yra „silpnesnės“ aukštoje temperatūroje nei grūdų vidus. Atomai gali lengviau pasklisti išilgai jų, todėl grūdeliai gali slysti vienas pro kitą veikiami streso.
Logika:Jei turite mažiau grūdų ribų (ty didesnių grūdų), yra mažiau ploto grūdų ribos slinkimui. Tai reiškia, kad medžiaga veiksmingiau atspari valkšnumo deformacijai.
Išvada:Riboto{0}}konstrukcijos atveju, kai pagrindinis rūpestis yra vamzdis, kuris lėtai plečiasi ir galiausiai plyšta per ilgus naudojimo metus,stambių grūdelių dydis (ASTM grūdelių dydis Nr.{0}} arba stambesnis)paprastai teikiama pirmenybė. Tai užtikrina puikų ilgalaikį-šliaužimo stiprumą.
2. Smulkių grūdelių (tempimo ir nuovargio stiprumo) dėklas:
Tačiau šiurkščiavilnių grūdų kaina yra{0}}nuolaida.
Fizika:Esant žemesnei temperatūrai (arba paleidimo / išjungimo ciklų metu), stiprumą lemia grūdų ribų gebėjimas blokuoti dislokacijos judėjimą. Tai apibūdina Hall-Petch ryšys: mažesni grūdeliai=daugiau grūdelių ribų=didesnis derlingumas ir atsparumas tempimui.
Nuovargis:Smulkios{0}}grūdės medžiagos taip pat turi didesnį atsparumą terminiam nuovargiui (skilimui, atsirandančiam dėl pasikartojančio plėtimosi ir susitraukimo), nes smulkiagrūdė struktūra gali geriau paskirstyti įtampą.
Išvada:Jei jūsų reformuotojas patiria didelį šiluminį ciklą (dažnai paleidžiamas ir išjungiamas) arba jei konstrukciją riboja trumpalaikis -medžiagos tempiamasis stipris montuojant arba sutrikusios sąlygos,smulkių grūdelių dydis (ASTM 5 arba smulkesnis)gal tiktų labiau.
3. „Dvipusio“ kompromisas:
Kai kurios svarbiausių komponentų specifikacijos bando padalyti skirtumą, reikalaujant „dvipusio“ arba mišrios grūdėtumo struktūros, kuria siekiama užtikrinti savybių pusiausvyrą. Tačiau tai sunku garantuoti.
Jūsų sprendimas reformatoriui:
Naftos chemijos riformingo, kuris yra klasikinis valkšnumo{0}}ribotas pritaikymas (vamzdžiai ilgus metus veikia aukštoje temperatūroje ir nuolatinis vidinis slėgis), pramonės standartas yra pirmenybė teikiama valkšnumo stiprumui.
Turėtumėte nurodyti "stambiagrūdis" arba "ASTM grūdelių dydis Nr{0}} arba stambesnis"jūsų pirkimo užsakyme.
Taip pat turite užtikrinti, kad suvirinant ir galutinai termiškai apdorojant suvirintą vamzdį būtų pasiektas toks grūdelių dydis. Galutinį grūdelių dydį lems tirpalo atkaitinimo temperatūra ir laikas.
Paslėpta rizika:
Jei aklai sutinkate su smulkiagrūdžiu Tai gali sukelti priešlaikinį išsipūtimą (paukščio -įstūmimą į narvą) arba plyšimą. Taigi, nors kaina yra tokia pati, veikimo laikas nėra toks. Pasirinkite pagal dominuojantį gedimo mechanizmą.
5. Užpildo metalo pagrindai: kodėl suvirinant Hastelloy X vamzdį lauke, ERNiCrMo-2 yra standartas ir ar yra alternatyvų skirtingoms metalinėms siūlėms?
Q:Mes ruošiamės atlikti Hastelloy X vamzdžio lauko suvirinimą prie esamų 310 nerūdijančio plieno komponentų krosnies kanale. Mūsų procedūra reikalauja ERNiCrMo-2 užpildo metalo. Kodėl šis konkretus užpildas ir ar jis tinka šių dviejų skirtingų medžiagų sujungimui?
A:Jūs sprendžiate vieną iš labiausiai paplitusių ir svarbiausių lauko suvirinimo iššūkių: skirtingų metalų suvirinimo siūlės (DMW). Jūsų pasirinkimas ERNiCrMo-2 yra visiškai teisingas ir suprantamaskodėltai teisinga padės atlikti patikimą suvirinimą.
Kodėl ERNiCrMo-2 (dažnai minimas prekės pavadinimu Hastelloy X Filler Metal)?
ERNiCrMo-2 yra priskirta AWS (American Welding Society) klasifikacija, skirta užpildo metalo derinimui Hastelloy X (UNS N06002). Jo chemija sukurta taip, kad atkartotų netauriųjų metalų savybes. Suvirinant Hastelloy X prie savęs, šis užpildas užtikrina:
Aukštos{0}}temperatūros stiprumas:Suvirinimo siūlė turės reikiamą valkšnumą ir tempimą
stiprumas, kad atitiktų vamzdį.
Atsparumas oksidacijai:Chromo lygis (21-23%) užtikrina, kad suvirinimo metalas suformuotų tokią pat apsauginę Cr₂O3 apnašą kaip ir vamzdis.
Suderinamumas su PWHT:Jei reikalingas po-suvirinimo terminis apdorojimas, užpildo metalo sudėtis į terminį apdorojimą reaguoja panašiai kaip netauriojo metalo.
Skirtingo metalo suvirinimo (DMW) iššūkis:
Dabar jūsų konkrečiam atvejui: Hastelloy X prijungimas prie 310 nerūdijančio plieno (UNS S31000). Tai klasikinis DMW tarp kieto -tirpalu sustiprinto nikelio lydinio ir labai-legiruoto nerūdijančio plieno. DMW problema yra "skiedimo zonos" -suvirinimo baseino ploto, kuriame du netaurieji metalai susimaišo su užpildu, valdymas.
Jei naudotumėte nerūdijančio plieno užpildą (pvz., 310 užpildo metalą), kad sujungtumėte šiuos du elementus, suvirinimo baseinas taptų sudėtingu dviejų cheminių medžiagų mišiniu. Kietėjant ir vėliau naudojant aukštą -temperatūrą, ši mišri zona gali būti nestabili ir linkusi formuotis trapioms fazėms arba patirti skirtingą šiluminio plėtimosi įtempį.
Kodėl ERNiCrMo-2 yra geriausias pasirinkimas šiam DMW:
„Buferio“ efektas:ERNiCrMo-2, kuris yra daug nikelio turintis lydinys (47 %+ Ni), veikia kaip metalurginis buferis. Nikelis puikiai tirpsta geležyje ir chrome. Didelis nikelio kiekis užpilde gali pritaikyti 310 nerūdijančio plieno skiedimą (kuris yra maždaug 20 % Ni, 25 % Cr, likutis Fe) nesudarant nepageidaujamų martensitinių ar trapių intermetalinių fazių. Jis iš esmės „sugeria“ geležį iš nerūdijančio plieno ir išlieka stabilus bei lankstus.
Šiluminės plėtimosi valdymas:ERNiCrMo-2 šiluminio plėtimosi koeficientas yra kažkur tarp Hastelloy X ir 310 nerūdijančio plieno. Šis gradientas padeda sumažinti šiluminį įtampą, susidarantį ties lydymosi linija per šiluminį ciklą, kurį patirs jūsų krosnies kanalas.
Anglies migracijos barjeras:Esant aukštai temperatūrai, anglis gali migruoti iš žemesnio -lydinio medžiagos (pvz., plieninės jungties pusės) į aukštesnio-lydinio medžiagą, sukurdama dekarbonizuotą silpnąją zoną. Didelės-nikelio masės užpildai yra mažiau jautrūs šiai problemai ir padeda sulėtinti anglies difuziją.
Suvirinimo strategija:
Savo lauko suvirinimui turėtumėte:
Naudokite tik ERNiCrMo-2.Ne „ištepkite“ 310 pusės nerūdijančiu plienu, o tada perjunkite.
Šilumos įvesties valdymas:Naudokite pakankamai mažą šilumos tiekimą, kad sumažintumėte praskiedimo zonos plotį, tačiau pakankamai aukštą, kad būtų užtikrintas tinkamas susiliejimas.
Apsvarstykite "sviesto" techniką:Įprasta kritinių DMW praktika yra pirmiausia „sviestu“ 310 plieno paviršių sutepti ERNiCrMo-2 sluoksniu. Šis sluoksnis nusodinamas, tada sujungimas užbaigiamas suvirinant sviestu pateptą 310 prie Hastelloy X, dar kartą naudojant ERNiCrMo-2. Tai užtikrina, kad nerūdijantis plienas praskiesta pirmame sluoksnyje, o vėlesnis suvirinimo metalas yra grynas, neskiestas užpildas, užtikrinantis optimalias savybes.
Apibendrinant galima teigti, kad ERNiCrMo-2 yra tinkamas pasirinkimas jūsų DMW, nes jo aukšta-nikelio chemija užtikrina reikiamą metalurginį suderinamumą, kad būtų užpildytas tarpas tarp nerūdijančio plieno ir Hastelloy X, užtikrinant patikimą ir patvarią siūlę aukštoje temperatūroje.
