Գործոնների սահմանափակ գործոնը
Տիպիկ կիրառությունները, որոնք պահանջում են երկակի նյութերի ենթարկվել բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում, ճնշման անոթներն են, օդափոխիչի շեղբերները/մղիչները կամ արտանետվող գազերի մաքրիչները:Նյութի հատկություններին ներկայացվող պահանջները կարող են տատանվել բարձր մեխանիկական ուժից մինչև կոռոզիոն դիմադրություն: Այս հոդվածում քննարկված դասարանների քիմիական կազմը թվարկված է Աղյուսակ 1-ում:
Spinodal տարրալուծում
Սպինոդալ տարրալուծումը (նաև կոչվում է կիսախառնիչ կամ պատմականորեն որպես 475 °C-փխրունություն) ֆերիտային փուլում փուլային տարանջատման տեսակ է, որը տեղի է ունենում մոտ 475 °C ջերմաստիճանում։Առավել ցայտուն էֆեկտը միկրոկառուցվածքի փոփոխությունն է, որի հետևանքով առաջանում է α' փուլը, որը հանգեցնում է նյութի փխրունության:Սա, իր հերթին, սահմանափակում է վերջնական արտադրանքի արդյունավետությունը:
Նկար 1-ը ցույց է տալիս ուսումնասիրված դուպլեքս նյութերի ջերմաստիճանի ժամանակի անցման (TTT) դիագրամը, որտեղ սպինոդալ տարրալուծումը ներկայացված է 475 °C տարածքում:Հարկ է նշել, որ այս TTT դիագրամը ներկայացնում է կարծրության նվազում 50%-ով, որը չափվում է Charpy-V նմուշների վրա հարվածային ամրության փորձարկումով, որը սովորաբար ընդունվում է որպես փխրունության ցուցիչ:Որոշ կիրառություններում կարող է ընդունելի լինել ամրության ավելի մեծ նվազում, որը փոխում է TTT դիագրամի ձևը:Հետևաբար, որոշակի առավելագույն OT սահմանելու որոշումը կախված է նրանից, թե որն է համարվում փխրունության ընդունելի մակարդակ, այսինքն՝ վերջնական արտադրանքի ամրության նվազեցումը:Հարկ է նշել, որ պատմականորեն TTT-գրաֆիկներ արտադրվել են նաև սահմանված շեմի օգտագործմամբ, ինչպիսին է 27J։
Ավելի բարձր համաձուլվածքային դասարաններ
Նկար 1-ը ցույց է տալիս, որ լեգիրման տարրերի ավելացումը LDX 2101 աստիճանից դեպի SDX 2507 աստիճանի հանգեցնում է ավելի արագ քայքայման արագության, մինչդեռ նիհար դուպլեքսը ցույց է տալիս տարրալուծման հետաձգված սկիզբը:Լեգիրման տարրերի, ինչպիսիք են քրոմը (Cr) և նիկելը (Ni) ազդեցությունը ողնաշարի քայքայման և փխրունության վրա, ցույց է տրվել նախորդ հետազոտությունների միջոցով: բարձրացված է 300-ից մինչև 350 °C և ավելի արագ է ավելի բարձր համաձուլվածքով դասի SDX 2507, քան պակաս լեգիրված DX 2205-ի համար:
Այս ըմբռնումը կարող է վճռորոշ լինել՝ օգնելու հաճախորդներին որոշել առավելագույն OT-ի մասին, որը հարմար է իրենց ընտրած դասի և կիրառման համար:
Առավելագույն ջերմաստիճանի որոշում
Ինչպես նախկինում նշվեց, դուպլեքս նյութի առավելագույն OT-ը կարող է սահմանվել ըստ ազդեցության ամրության ընդունելի անկման:Որպես կանոն, ընդունվում է OT-ը, որը համապատասխանում է 50% ամրության նվազեցման արժեքին:
OT-ը կախված է ջերմաստիճանից և ժամանակից
Գծապատկեր 1-ի TTT դիագրամի կորերի պոչերի թեքությունը ցույց է տալիս, որ ողնաշարի տարրալուծումը տեղի չի ունենում միայն մեկ շեմային ջերմաստիճանում և կանգ չի առնում այդ մակարդակից ցածր:Ավելի շուտ, դա մշտական գործընթաց է, երբ դուպլեքս նյութերը ենթարկվում են 475 °C-ից ցածր աշխատանքային ջերմաստիճանի:Այնուամենայնիվ, պարզ է նաև, որ ցածր դիֆուզիոն արագությունների պատճառով ցածր ջերմաստիճանները նշանակում են, որ քայքայումը կսկսվի ավելի ուշ և կշարունակվի շատ ավելի դանդաղ:Հետևաբար, ավելի ցածր ջերմաստիճանում դուպլեքս նյութի օգտագործումը կարող է խնդիրներ չառաջացնել տարիներ կամ նույնիսկ տասնամյակներ շարունակ:Այնուամենայնիվ, ներկայումս միտում կա սահմանել առավելագույն OT առանց ազդեցության ժամանակի հաշվի առնելու:Հետևաբար հիմնական հարցն այն է, թե ինչ ջերմաստիճան-ժամանակ համադրություն պետք է օգտագործվի՝ որոշելու համար՝ անվտանգ է արդյոք նյութ օգտագործելը, թե ոչ:Herzman et al.10-ը գեղեցիկ կերպով ամփոփում է այս երկընտրանքը. «…Այնուհետև օգտագործումը կսահմանափակվի այնպիսի ջերմաստիճաններով, որտեղ ապամիքսման կինետիկան այնքան ցածր է, որ դա տեղի չի ունենա արտադրանքի նախագծված տեխնիկական կյանքի ընթացքում…»:
Եռակցման ազդեցությունը
Ծրագրերի մեծ մասը օգտագործում է եռակցում բաղադրիչները միացնելու համար:Հայտնի է, որ եռակցման միկրոկառուցվածքը և դրա քիմիան տարբերվում են հիմնական նյութից 3:Կախված լցնող նյութից, եռակցման տեխնիկայից և եռակցման պարամետրերից, եռակցման միկրոկառուցվածքը հիմնականում տարբերվում է զանգվածային նյութից:Միկրոկառուցվածքը սովորաբար ավելի կոպիտ է, և դա ներառում է նաև բարձր ջերմաստիճանի ջերմային ազդեցության գոտին (HTHAZ), որն ազդում է եռակցման ողնաշարի քայքայման վրա:Սորուն և եռակցման տարրերի միջև միկրոկառուցվածքի փոփոխությունը այստեղ վերանայված թեմա է:
Սահմանափակող գործոնների ամփոփում
Նախորդ բաժինները հանգեցնում են հետևյալ եզրակացությունների.
- Բոլոր դուպլեքս նյութերը ենթակա են
մինչև սպինոդալ տարրալուծում 475 °C ջերմաստիճանում: - Կախված համաձուլվածքի պարունակությունից, ակնկալվում է ավելի արագ կամ դանդաղ տարրալուծման արագություն:Cr-ի և Ni-ի բարձր պարունակությունը նպաստում է ավելի արագ ապամիքսմանը:
- Առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանը սահմանելու համար.
– Պետք է հաշվի առնել գործառնական ժամանակի և ջերմաստիճանի համադրությունը:
– Կոշտության նվազման ընդունելի մակարդակ, այսինքն՝ պետք է սահմանվի վերջնական ամրության ցանկալի մակարդակ - Երբ ներդրվում են լրացուցիչ միկրոկառուցվածքային բաղադրիչներ, ինչպիսիք են եռակցումները, առավելագույն OT որոշվում է ամենաթույլ մասով:
Համաշխարհային ստանդարտներ
Այս ծրագրի համար վերանայվել են մի քանի եվրոպական և ամերիկյան ստանդարտներ:Նրանք կենտրոնացած էին ճնշման անոթների և խողովակաշարերի բաղադրիչների վրա:Ընդհանուր առմամբ, վերանայված ստանդարտների միջև առաջարկվող առավելագույն OT-ի հետ կապված անհամապատասխանությունը կարելի է բաժանել եվրոպական և ամերիկյան տեսակետների:
Չժանգոտվող պողպատների համար նյութերի տեխնիկական բնութագրերի եվրոպական ստանդարտները (օրինակ՝ EN 10028-7, EN 10217-7) ենթադրում են առավելագույն OT 250 °C այն փաստով, որ նյութի հատկությունները տրամադրվում են միայն մինչև այս ջերմաստիճանը:Ավելին, ճնշման անոթների և խողովակաշարերի եվրոպական նախագծման ստանդարտները (EN 13445 և EN 13480, համապատասխանաբար) լրացուցիչ տեղեկատվություն չեն տալիս առավելագույն OT-ի մասին իրենց նյութական ստանդարտներում տրվածից:
Ի հակադրություն, ամերիկյան նյութի բնութագրերը (օրինակ՝ ASME SA-240 ASME բաժնի II-A) ընդհանրապես չի ներկայացնում բարձր ջերմաստիճանի տվյալներ:Փոխարենը այս տվյալները տրված են ASME բաժնում II-D, «Հատկություններ», որն աջակցում է ճնշման անոթների ընդհանուր շինարարական կոդերը, ASME բաժին VIII-1 և VIII-2 (վերջիններս առաջարկում են ավելի առաջադեմ նախագծման երթուղի):ASME II-D-ում առավելագույն OT-ը բացահայտորեն նշվում է որպես 316 °C դուպլեքս համաձուլվածքների մեծ մասի համար:
Ճնշման խողովակաշարերի կիրառման համար ինչպես նախագծման կանոնները, այնպես էլ նյութի հատկությունները տրված են ASME B31.3-ում:Այս օրենսգրքում մեխանիկական տվյալները տրամադրվում են մինչև 316 °C դուպլեքս համաձուլվածքների համար՝ առանց առավելագույն OT-ի հստակ հայտարարության:Այնուամենայնիվ, դուք կարող եք մեկնաբանել տեղեկատվությունը, որպեսզի համապատասխանի ASME II-D-ում գրվածին, և, հետևաբար, ամերիկյան ստանդարտների համար առավելագույն OT-ը շատ դեպքերում 316 °C է:
Ի լրումն առավելագույն OT տեղեկատվության, և՛ ամերիկյան, և՛ եվրոպական ստանդարտները ենթադրում են, որ բարձր ջերմաստիճանում (>250 °C) ավելի երկար ազդեցության ժամանակներում առկա է փխրունության բախման վտանգ, որն այնուհետև պետք է հաշվի առնել և՛ նախագծման, և՛ սպասարկման փուլում:
Եռակցման համար ստանդարտների մեծ մասը որևէ հաստատուն հայտարարություն չի տալիս ողնաշարի քայքայման ազդեցության վերաբերյալ:Այնուամենայնիվ, որոշ ստանդարտներ (օրինակ՝ ASME VIII-1, Աղյուսակ UHA 32-4) ցույց են տալիս հատուկ հետեռակցման ջերմային մշակումներ իրականացնելու հնարավորությունը:Դրանք ոչ պարտադիր են, ոչ արգելված, բայց դրանք կատարելիս դրանք պետք է իրականացվեն ստանդարտում նախապես սահմանված պարամետրերի համաձայն:
Ինչ է ասում արդյունաբերությունը
Դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի մի քանի այլ արտադրողների կողմից արտադրված տեղեկությունները վերանայվել են՝ տեսնելու, թե ինչ են նրանք հաղորդում իրենց դասարանների ջերմաստիճանի միջակայքերի վերաբերյալ:2205-ը ATI-ի կողմից սահմանափակված է 315 °C ջերմաստիճանում, սակայն Acerinox-ը սահմանում է OT նույն աստիճանի համար ընդամենը 250 °C:Սրանք OT-ի վերին և ստորին սահմաններն են 2205 դասի համար, մինչդեռ դրանց միջև այլ OT-ներ հաղորդվում են Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) և ArcelorMittal (280 °C) կողմից:Սա ցույց է տալիս առաջարկվող առավելագույն OT-ների լայն տարածումը միայն մեկ դասարանի համար, որը կունենա շատ համեմատելի հատկություններ արտադրողից արտադրող:
Միշտ չէ, որ բացահայտվում է հիմնական պատճառաբանությունը, թե ինչու է արտադրողը սահմանել որոշակի OT:Շատ դեպքերում սա հիմնված է մեկ որոշակի ստանդարտի վրա:Տարբեր ստանդարտներ հաղորդում են տարբեր OT-ներ, հետևաբար՝ արժեքների տարածումը:Տրամաբանական եզրակացությունն այն է, որ ամերիկյան ընկերությունները ավելի բարձր արժեք են սահմանում ASME ստանդարտի հայտարարությունների շնորհիվ, իսկ եվրոպական ընկերությունները ավելի ցածր արժեք են սահմանում EN ստանդարտի շնորհիվ:
Ի՞նչ է պետք հաճախորդներին:
Կախված վերջնական կիրառությունից, սպասվում են նյութերի տարբեր բեռներ և ազդեցություններ:Այս նախագծում ողնաշարի քայքայման հետևանքով առաջացած փխրունությունը ամենահետաքրքիրն էր, քանի որ այն շատ կիրառելի է ճնշման անոթների համար:
Այնուամենայնիվ, կան տարբեր կիրառություններ, որոնք երկակի դասակարգերը ենթարկում են միայն միջին մեխանիկական բեռների, ինչպիսիք են սկրաբերները11–15:Մեկ այլ խնդրանք կապված էր օդափոխիչի շեղբերների և շարժիչների հետ, որոնք ենթարկվում են հոգնածության բեռների:Գրականությունը ցույց է տալիս, որ սպինոդալ տարրալուծումը այլ կերպ է վարվում, երբ կիրառվում է հոգնածության բեռ15:Այս փուլում պարզ է դառնում, որ այս կիրառությունների առավելագույն OT-ը չի կարող սահմանվել այնպես, ինչպես ճնշման անոթների համար:
Հարցումների մեկ այլ դաս վերաբերում է միայն կոռոզիայի հետ կապված ծրագրերին, ինչպիսիք են ծովային արտանետվող գազերի մաքրիչները:Այս դեպքերում կոռոզիոն դիմադրությունը ավելի կարևոր է, քան ՕՏ-ի սահմանափակումը մեխանիկական բեռի տակ:Այնուամենայնիվ, երկու գործոններն էլ ազդում են վերջնական արտադրանքի շահագործման վրա, ինչը պետք է հաշվի առնել առավելագույն OT-ը նշելիս:Կրկին այս դեպքը տարբերվում է նախորդ երկու դեպքերից։
Ընդհանուր առմամբ, երբ հաճախորդին խորհուրդ է տրվում համապատասխան առավելագույն OT-ի մասին իր դուպլեքս դասի համար, կիրառման տեսակը կենսական նշանակություն ունի արժեքը սահմանելու համար:Սա նաև ցույց է տալիս մեկ աստիճանի համար մեկ OT սահմանելու բարդությունը, քանի որ միջավայրը, որտեղ տեղադրվում է նյութը, զգալի ազդեցություն ունի փխրունության գործընթացի վրա:
Ո՞րն է առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանը դուպլեքսի համար:
Ինչպես նշվեց, առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանը սահմանվում է սպինոդալ քայքայման շատ ցածր կինետիկայով:Բայց ինչպե՞ս ենք մենք չափում այս ջերմաստիճանը և կոնկրետ որո՞նք են «ցածր կինետիկան»:Առաջին հարցի պատասխանը հեշտ է.Մենք արդեն նշել ենք, որ ամրության չափումները սովորաբար կատարվում են տարրալուծման արագությունը և առաջընթացը գնահատելու համար:Սա սահմանված է արտադրողների մեծ մասի կողմից հետևվող ստանդարտներում:
Երկրորդ հարցը, թե ինչ է նշանակում ցածր կինետիկա և այն արժեքը, որով մենք սահմանում ենք ջերմաստիճանի սահման, ավելի բարդ է:Սա մասամբ պայմանավորված է նրանով, որ առավելագույն ջերմաստիճանի սահմանային պայմանները կազմվում են ինչպես առավելագույն ջերմաստիճանից (T), այնպես էլ գործառնական ժամանակից (t), որի ընթացքում պահպանվում է այս ջերմաստիճանը:Այս Tt համակցությունը հաստատելու համար կարող են օգտագործվել «ամենացածր» կոշտության տարբեր մեկնաբանություններ.
• Ստորին սահմանը, որը սահմանվել է պատմականորեն և կարող է կիրառվել եռակցման համար, 27 Ջուլ է (J)
• Ստանդարտների շրջանակներում հիմնականում սահմանվում է 40Ջ:
• Նախնական ամրության 50% նվազումը հաճախ կիրառվում է նաև ստորին սահմանը սահմանելու համար:
Սա նշանակում է, որ առավելագույն OT-ի մասին հայտարարությունը պետք է հիմնված լինի առնվազն երեք համաձայնեցված ենթադրությունների վրա.
• Վերջնական արտադրանքի ջերմաստիճան-ժամանակային ազդեցություն
• Կոշտության ընդունելի նվազագույն արժեքը
• Կիրառման վերջնական դաշտը (միայն քիմիա, մեխանիկական բեռ այո/ոչ և այլն)
Միաձուլված փորձարարական գիտելիքներ
Փորձարարական տվյալների և ստանդարտների լայնածավալ հետազոտությունից հետո հնարավոր է դարձել առաջարկություններ կազմել վերանայվող չորս դուպլեքս դասարանների համար, տես Աղյուսակ 3: Պետք է ընդունել, որ տվյալների մեծ մասը ստեղծվել է 25 °C ջերմաստիճանի աստիճաններով կատարված լաբորատոր փորձերից: .
Հարկ է նաև նշել, որ այս առաջարկությունները վերաբերում են RT-ում մնացած ամրության առնվազն 50%-ին:Երբ աղյուսակում նշված է «ավելի երկար ժամանակաշրջան», RT-ի էական նվազում չի արձանագրվել:Ավելին, զոդումը փորձարկվել է միայն -40 °C ջերմաստիճանում:Վերջապես, հարկ է նշել, որ DX 2304-ի համար սպասվում է ազդեցության ավելի երկար ժամանակ՝ հաշվի առնելով դրա բարձր ամրությունը 3000 ժամ փորձարկումից հետո:Այնուամենայնիվ, թե որքանով կարող է աճել բացահայտումը, պետք է ստուգվի հետագա փորձարկումներով:
Պետք է նշել երեք կարևոր կետ.
• Ընթացիկ բացահայտումները ցույց են տալիս, որ եռակցման առկայության դեպքում ՕՏ-ը նվազում է մոտ 25 °C-ով:
• Կարճաժամկետ ցատկերը (տասնյակ ժամեր T=375 °C-ում) ընդունելի են DX 2205-ի համար: Քանի որ DX 2304-ը և LDX 2101-ը համաձուլվածքի ավելի ցածր աստիճաններ են, համեմատելի կարճաժամկետ ջերմաստիճանի բարձրացումները նույնպես պետք է ընդունելի լինեն:
• Երբ նյութը փխրուն է քայքայման պատճառով, մեղմացնող ջերմային մշակումը 550 – 600 °C ջերմաստիճանում DX 2205-ի համար և 500 °C SDX 2507-ի համար 1 ժամվա ընթացքում օգնում է վերականգնել ամրությունը 70%-ով:
Հրապարակման ժամանակը՝ Փետրվար-04-2023