Faktori, kas ierobežo darbības tempus
Tipiski lietojumi, kuros dupleksos materiālus jāpakļauj augstas temperatūras apstākļiem, ir spiedtvertnes, ventilatora lāpstiņas/lāpstiņriteņi vai izplūdes gāzu skruberi.Prasības attiecībā uz materiāla īpašībām var būt no augstas mehāniskās izturības līdz izturībai pret koroziju. Šajā rakstā aplūkoto kategoriju ķīmiskais sastāvs ir norādīts 1. tabulā.
Mugurkaula sadalīšanās
Spinodālā sadalīšanās (saukta arī par atjaukšanu vai vēsturiski kā 475 °C trauslumu) ir fāzes atdalīšanās veids ferīta fāzē, kas notiek aptuveni 475 °C temperatūrā.Visizteiktākā ietekme ir mikrostruktūras izmaiņas, izraisot α´ fāzes veidošanos, kuras rezultātā materiāls trausls.Tas savukārt ierobežo galaprodukta veiktspēju.
1. attēlā parādīta temperatūras laika pārejas (TTT) diagramma pētītajiem dupleksajiem materiāliem ar spinodālu sadalīšanos 475 °C apgabalā.Jāņem vērā, ka šī TTT diagramma atspoguļo stingrības samazināšanos par 50%, ko mēra ar triecienizturības testu Charpy-V paraugiem, kas parasti tiek pieņemts kā trausluma norāde.Dažos lietojumos var būt pieļaujama lielāka izturības samazināšanās, kas maina TTT diagrammas formu.Tāpēc lēmums noteikt konkrētu maksimālo OT ir atkarīgs no tā, kas tiek uzskatīts par pieņemamu trausluma līmeni, ti, stingrības samazināšanos galaproduktam.Jāpiemin, ka vēsturiski TTT-grafiki tika veidoti arī, izmantojot noteiktu slieksni, piemēram, 27J.
Augstākas leģētās kategorijas
1. attēlā parādīts, ka sakausējuma elementu skaita palielināšanās no LDX 2101 kategorijas uz SDX 2507 pakāpi izraisa ātrāku sadalīšanās ātrumu, savukārt vājais duplekss parāda aizkavētu sadalīšanās sākumu.Leģējošu elementu, piemēram, hroma (Cr) un niķeļa (Ni) ietekme uz spinodālo sadalīšanos un trauslumu ir parādīta iepriekšējos pētījumos.5–8 Šis efekts ir sīkāk ilustrēts 2. attēlā. Tas parāda, ka spinodālā sadalīšanās palielinās, ja temperatūra tiek palielināts no 300 līdz 350 °C, un tas ir ātrāks augstāk leģētajam SDX 2507 nekā mazāk leģētam DX 2205.
Šī izpratne var būt ļoti svarīga, lai palīdzētu klientiem izlemt par maksimālo OT, kas ir piemērots viņu izvēlētajai kategorijai un pielietojumam.
Maksimālās temperatūras noteikšana
Kā minēts iepriekš, maksimālo OT dupleksajam materiālam var iestatīt atbilstoši pieļaujamajam triecienizturības kritumam.Parasti tiek pieņemts OT, kas atbilst 50% izturības samazinājuma vērtībai.
OT ir atkarīgs no temperatūras un laika
Līkņu slīpums TTT diagrammā 1. attēlā parāda, ka spinodālā sadalīšanās nenotiek tikai vienā sliekšņa temperatūrā un neapstājas zem šī līmeņa.Drīzāk tas ir pastāvīgs process, kad dupleksie materiāli tiek pakļauti darba temperatūrai, kas zemāka par 475 °C.Tomēr ir arī skaidrs, ka zemāka difūzijas ātruma dēļ zemāka temperatūra nozīmē, ka sadalīšanās sāksies vēlāk un turpināsies daudz lēnāk.Tāpēc dupleksa materiāla izmantošana zemākā temperatūrā var neradīt problēmas gadiem vai pat gadu desmitiem.Tomēr pašlaik ir tendence iestatīt maksimālo OT, neņemot vērā ekspozīcijas laiku.Tāpēc galvenais jautājums ir, kāda temperatūras un laika kombinācija būtu jāizmanto, lai izlemtu, vai materiālu ir droši vai nē?Herzman et al.10 labi apkopo šo dilemmu: "...Lietošana tiks ierobežota līdz temperatūrai, kurā atjaukšanas kinētika ir tik zema, ka tā nenotiks produkta paredzētā tehniskā kalpošanas laikā...".
Metināšanas ietekme
Lielākajā daļā lietojumprogrammu sastāvdaļu savienošanai izmanto metināšanu.Ir labi zināms, ka metinājuma šuves mikrostruktūra un tās ķīmiskā sastāvs atšķiras no pamatmateriāla 3 .Atkarībā no pildvielas, metināšanas tehnikas un metināšanas parametriem metināto šuvju mikrostruktūra lielākoties atšķiras no beramā materiāla.Mikrostruktūra parasti ir rupjāka, un tajā ietilpst arī augstas temperatūras karstuma ietekmes zona (HTHAZ), kas ietekmē spinodālo sadalīšanos metinātajos šuvēs.Šeit apskatīta tēma ir mikrostruktūras atšķirības starp beztaras un šuvēm.
Ierobežojošo faktoru apkopošana
Iepriekšējās sadaļas ļauj izdarīt šādus secinājumus:
- Visi dupleksie materiāli ir pakļauti
līdz spinodālai sadalīšanai temperatūrā ap 475 °C. - Atkarībā no sakausējuma satura sagaidāms ātrāks vai lēnāks sadalīšanās ātrums.Lielāks Cr un Ni saturs veicina ātrāku atjaukšanu.
- Lai iestatītu maksimālo darba temperatūru:
– Jāņem vērā darbības laika un temperatūras kombinācija.
– Pieņemams stingrības samazināšanās līmenis, ti, ir jāiestata vēlamais galīgās stingrības līmenis - Ja tiek ieviesti papildu mikrostrukturālie komponenti, piemēram, šuves, maksimālo OT nosaka vājākā daļa.
Globālie standarti
Šim projektam tika pārskatīti vairāki Eiropas un Amerikas standarti.Viņi koncentrējās uz lietojumiem spiedtvertnēs un cauruļvadu komponentos.Kopumā apskatāmo standartu neatbilstību attiecībā uz ieteicamo maksimālo OT var iedalīt Eiropas un Amerikas skatījumā.
Eiropas nerūsējošā tērauda materiālu specifikācijas standarti (piemēram, EN 10028-7, EN 10217-7) paredz maksimālo OT 250 °C, jo materiāla īpašības tiek nodrošinātas tikai līdz šai temperatūrai.Turklāt Eiropas spiedtvertņu un cauruļvadu konstrukcijas standarti (attiecīgi EN 13445 un EN 13480) nesniedz papildu informāciju par maksimālo OT no tā, kas norādīts to materiālu standartos.
Turpretim Amerikas materiālu specifikācijā (piemēram, ASME II-A sadaļā ASME SA-240) vispār nav sniegti dati par paaugstinātu temperatūru.Tā vietā šie dati ir sniegti ASME sadaļā II-D, “Īpašības”, kas atbalsta vispārīgos spiedtvertņu būvniecības noteikumus, ASME VIII-1 un VIII-2 sadaļā (pēdējā piedāvā progresīvāku projektēšanas ceļu).ASME II-D lielākajai daļai duplekso sakausējumu maksimālā OT ir skaidri norādīta kā 316 °C.
Spiediena cauruļvadu lietojumiem gan projektēšanas noteikumi, gan materiāla īpašības ir norādītas ASME B31.3.Šajā kodā ir sniegti mehāniskie dati par dupleksajiem sakausējumiem līdz 316 °C bez skaidra paziņojuma par maksimālo OT.Tomēr jūs varat interpretēt informāciju, lai tā atbilstu tam, kas rakstīts ASME II-D, un tādējādi Amerikas standartu maksimālā OT vairumā gadījumu ir 316 °C.
Papildus maksimālajai OT informācijai gan Amerikas, gan Eiropas standarti paredz, ka paaugstinātā temperatūrā (>250 °C) ilgākā ekspozīcijas laikā pastāv trausluma risks, kas jāņem vērā gan projektēšanas, gan ekspluatācijas posmā.
Attiecībā uz metinātajām šuvēm lielākā daļa standartu nesniedz nekādus stingrus apgalvojumus par spinodālās sadalīšanās ietekmi.Tomēr daži standarti (piemēram, ASME VIII-1, tabula UHA 32-4) norāda uz iespēju veikt specifiskas pēcmetināšanas termiskās apstrādes.Tās nav ne obligātas, ne aizliegtas, taču, veicot tās, tās jāveic saskaņā ar standartā iepriekš iestatītiem parametriem.
Ko saka nozare
Tika pārskatīta vairāku citu dupleksā nerūsējošā tērauda ražotāju sniegtā informācija, lai noskaidrotu, ko viņi paziņo par savu kategoriju temperatūras diapazoniem.ATI ierobežo 2205 315 °C, bet Acerinox nosaka OT tai pašai klasei tikai 250 °C.Šīs ir 2205. klases augšējās un apakšējās OT robežas, savukārt starp tām citus OT paziņo Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) un ArcelorMittal (280 °C).Tas parāda, ka ir plaši izplatīti ieteiktie maksimālie OT tikai vienai klasei, kam būs ļoti salīdzināmas īpašības dažādiem ražotājiem.
Pamata pamatojums, kāpēc ražotājs ir noteicis noteiktu OT, ne vienmēr tiek atklāts.Vairumā gadījumu tas ir balstīts uz vienu noteiktu standartu.Dažādi standarti paziņo dažādus OT, līdz ar to vērtību izplatību.Loģisks secinājums ir tāds, ka Amerikas uzņēmumi nosaka augstāku vērtību ASME standarta apgalvojumu dēļ, bet Eiropas uzņēmumi nosaka zemāku vērtību EN standarta dēļ.
Kas klientiem vajadzīgs?
Atkarībā no galīgā pielietojuma ir sagaidāmas dažādas materiālu slodzes un iedarbības.Šajā projektā visvairāk interesēja trauslums spinodālās sadalīšanās dēļ, jo tas ir ļoti piemērojams spiedtvertnēm.
Tomēr ir dažādi lietojumi, kas pakļauj dupleksās klases tikai vidējai mehāniskai slodzei, piemēram, skruberi11–15.Vēl viens pieprasījums bija saistīts ar ventilatora lāpstiņām un lāpstiņriteņiem, kas ir pakļauti noguruma slodzei.Literatūrā redzams, ka spinodālā sadalīšanās notiek atšķirīgi, ja tiek piemērota noguruma slodze15.Šajā posmā kļūst skaidrs, ka šo lietojumu maksimālo OT nevar iestatīt tāpat kā spiedtvertnēm.
Vēl viena pieprasījumu klase attiecas tikai uz lietojumiem, kas saistīti ar koroziju, piemēram, kuģu izplūdes gāzu skruberiem.Šajos gadījumos izturība pret koroziju ir svarīgāka par OT ierobežojumu mehāniskās slodzes apstākļos.Tomēr abi faktori ietekmē galaprodukta darbību, kas jāņem vērā, norādot maksimālo OT.Atkal šī lieta atšķiras no divām iepriekšējām lietām.
Kopumā, konsultējot klientu par piemēroto maksimālo OT viņa dupleksajai klasei, pielietojuma veids ir ļoti svarīgs, nosakot vērtību.Tas vēl vairāk parāda, cik sarežģīta ir viena OT iestatīšana šķirai, jo videi, kurā materiāls tiek izmantots, ir būtiska ietekme uz trausluma procesu.
Kāda ir maksimālā darba temperatūra dupleksam?
Kā minēts, maksimālo darba temperatūru nosaka ļoti zemā spinodālās sadalīšanās kinētika.Bet kā mēs izmērām šo temperatūru un kas īsti ir “zemā kinētika”?Atbilde uz pirmo jautājumu ir vienkārša.Mēs jau esam norādījuši, ka stingrības mērījumus parasti veic, lai novērtētu sadalīšanās ātrumu un progresu.Tas ir noteikts standartos, ko ievēro lielākā daļa ražotāju.
Otrais jautājums par to, ko nozīmē zema kinētika un vērtība, pie kuras mēs nosakām temperatūras robežu, ir sarežģītāks.Daļēji tas ir tāpēc, ka maksimālās temperatūras robežnosacījumi tiek apkopoti gan no pašas maksimālās temperatūras (T), gan no darbības laika (t), kurā šī temperatūra tiek uzturēta.Lai apstiprinātu šo Tt kombināciju, var izmantot dažādas “zemākās” izturības interpretācijas:
• Apakšējā robeža, kas ir noteikta vēsturiski un ko var izmantot metinātām šuvēm, ir 27 džouli (J).
• Standartu ietvaros kā ierobežojums ir iestatīts galvenokārt 40 J.
• Lai iestatītu apakšējo robežu, bieži tiek izmantots arī sākotnējās izturības samazinājums par 50%.
Tas nozīmē, ka paziņojumam par maksimālo OT ir jābalstās uz vismaz trim saskaņotiem pieņēmumiem:
• Gala produkta temperatūras un laika iedarbība
• Pieņemamā minimālā izturības vērtība
• Galīgā pielietojuma joma (tikai ķīmija, mehāniskā slodze jā/nē utt.)
Apvienotas eksperimentālās zināšanas
Pēc plašas eksperimentālo datu un standartu aptaujas ir bijis iespējams apkopot ieteikumus četrām aplūkojamajām dupleksajām kategorijām, skatīt 3. tabulu. Jāatzīst, ka lielākā daļa datu ir iegūti no laboratorijas eksperimentiem, kas veikti ar temperatūras pakāpēm 25 °C .
Jāņem vērā arī tas, ka šajos ieteikumos ir atsauce uz vismaz 50% stingrības, kas paliek RT.Ja tabulā ir norādīts “ilgāks laika periods”, nav dokumentēts būtisks RT samazinājums.Turklāt metinājuma šuve ir pārbaudīta tikai -40 °C temperatūrā.Visbeidzot, jāatzīmē, ka DX 2304 ir paredzēts ilgāks ekspozīcijas laiks, ņemot vērā tā augsto izturību pēc 3000 stundu pārbaudes.Tomēr, cik lielā mērā ekspozīciju var palielināt, ir jāpārbauda, veicot turpmākas pārbaudes.
Ir trīs svarīgi punkti, kas jāņem vērā:
• Pašreizējie atklājumi liecina, ka, ja ir metinātas šuves, OT tiek samazināts par aptuveni 25 °C.
• DX 2205 ir pieļaujami īstermiņa lēcieni (desmitiem stundu pie T=375 °C). Tā kā DX 2304 un LDX 2101 ir zemākas leģētas kategorijas, arī salīdzināmām īslaicīgām temperatūras svārstībām jābūt pieņemamām.
• Ja materiāls ir trausls sadalīšanās dēļ, stingrību par 70% palīdz atjaunot stingrību par 70%.
Izlikšanas laiks: 04.02.2023