1. Aký je základný metalurgický rozdiel medzi Inconel 600 a Inconel X-750 a ako to určuje ich primárne prípady použitia pre bezšvíkové rúry?
Základný rozdiel spočíva v ich posilňovacích mechanizmoch, ktoré priamo vyplývajú z ich chemického zloženia.
Inconel 600 (UNS N06600): Toto je pevná -roztokom spevnená zliatina niklu-chrómu-železa. Jeho typické zloženie je Ni (72 % min), Cr (14-17 %), Fe (6-10 %). Jeho pevnosť a odolnosť proti korózii sú odvodené od homogénnej zmesi týchto prvkov v jednofázovej austenitickej matrici. Nedá sa vytvrdiť tepelným spracovaním. Je známy svojou vynikajúcou odolnosťou voči oxidácii, pevnosťou pri vysokých teplotách a odolnosťou voči chloridom a žieravinám.
Inconel X-750 (UNS N07750): Ide o precipitatívnu-vytvrditeľnú niklovú-zliatinu chrómu. Aj keď má podobnú základňu Ni-Cr ako zliatina 600, je obohatená o významné pridanie hliníka (0,4 – 1,0 %) a titánu (2,25 – 2,75 %) spolu s nióbom. Tieto prvky umožňujú podstúpiť proces tepelného spracovania, ktorý vyzráža jemné, koherentné častice Ni3(Al,Ti) (primárna fáza gama) v matrici, čím sa dramaticky zvýši jej pevnosť a odolnosť proti tečeniu.
Dôsledky pre výber bezšvíkových rúr:
Bezšvové potrubie Inconel 600 si vyberte, ak sú hlavnými požiadavkami vynikajúca odolnosť proti korózii, dobrá pevnosť pri vysokých-teplotách a spracovateľnosť. Je to ťažný kôň pre potrubia korozívneho procesu a rúrky výmenníkov tepla-.
Bezšvové potrubie Inconel X-750 vyberte vtedy, keď aplikácia vyžaduje najvyššiu možnú pevnosť, pružiace vlastnosti a odolnosť proti tečeniu pri zvýšených teplotách. Ide o špeciálny materiál pre vysoko-mechanické aplikácie, ktoré tiež vyžadujú odolnosť zliatiny niklu a chrómu voči životnému prostrediu.
2. Ako sa v prostredí jadrovej elektrárne využívajú špecifické vlastnosti bezšvíkových rúr Inconel 600 a X-750 a aké historické problémy ovplyvnili ich používanie?
Obe zliatiny boli historicky významné v jadrovom priemysle, ale pre rôzne komponenty as rôznymi súvisiacimi výzvami.
Bezšvíkové potrubie/rúrky Inconel 600:
Použitie: Používa sa predovšetkým na potrubia parného generátora v tlakovodných reaktoroch (PWR). Tieto dlhé rúrky s malým-priemerom tvoria kritickú bariéru medzi primárnym (rádioaktívnym) chladivom a sekundárnym (ne-rádioaktívnym) parným okruhom.
Použité vlastnosti: Dobrá odolnosť proti korózii, pevnosť pri vysokých{0}}teplotách a spracovateľnosť na kilometre tenkostenných-trubiek.
Historický problém: Korózne praskanie spôsobené namáhaním (SCC): Zistilo sa, že Inconel 600 je náchylný na praskanie spôsobené koróziou vyvolanou primárnym vplyvom vody (PWSCC) v prostredí s vysokou-čistotou a vysokou{2}}teplotou vody. To viedlo k rozsiahlej degradácii rúr, ktorá si vyžadovala rozsiahlu kontrolu, upchávanie a prípadnú výmenu parných generátorov za generátory vyrobené z odolnejšieho Inconel 690.
Bezšvíkové potrubie/tyč Inconel X-750:
Použitie: Používa sa na-vysokopevné konštrukčné komponenty, ako sú skrutky, pružiny a dištančné mriežky v jadre reaktora.
Použité vlastnosti: Jeho výnimočná medza klzu a tečenie, dosiahnuté precipitačným vytvrdzovaním, sú nevyhnutné na udržanie zvieracej sily a rozmerovej stability pri intenzívnom žiarení a teplote po celé desaťročia.
Historický problém: Uvoľnenie stresu: Aj keď je to menej známe ako PWSCC 600, zabezpečenie, aby si komponenty X-750 udržali svoje predbežné zaťaženie (namáhanie) v priebehu času (odolávanie uvoľneniu stresu), bolo kľúčovým cieľom optimalizácie tepelného spracovania pre jadrovú službu.
3. Prečo by mala byť bezšvíková rúra vyrobená z Inconel X-750 špecifikovaná pre Inconel 600 pre komponent motora s plynovou turbínou, ako je napríklad vysokotlaková skriňa{1}} alebo rozdeľovacie potrubie?
Prostredie plynových turbín si vyžaduje materiály, ktoré vydržia extrémne mechanické a tepelné namáhanie, pre ktoré je Inconel X-750 jedinečne kvalifikovaný.
Požiadavka: Vysoký pomer pevnosti-k-hmotnosti: Komponenty motora musia byť pevné a zároveň ľahké. Medza klzu starého Inconelu X-750 môže byť viac ako dvojnásobná v porovnaní s žíhaným Inconelom 600. To umožňuje tenšiu, ľahšiu-trubku alebo puzdro, ktoré môže stále obsahovať plyny pod vysokým tlakom bez poddajnosti.
Požiadavka: Odolnosť voči tečeniu: Komponenty sú dlhodobo vystavené teplotám často presahujúcim 1000 stupňov F (538 stupňov). Dotvarovanie (pomalá, súvislá deformácia pod napätím) je primárnym spôsobom porušenia. Stabilné gama precipitáty v X-750 poskytujú vynikajúcu odolnosť voči tečeniu, čím bránia komponentu v postupnom skreslení v priebehu času. Inconel 600 by pri podobnom namáhaní a teplote podľahol tečeniu oveľa rýchlejšie.
Požiadavka: Odolnosť voči únave: Turbínové motory podstupujú rýchle tepelné cykly (spustenie, vypnutie). Odolnosť voči tepelnej únave je kritická. Vysoká pevnosť a mikroštrukturálna stabilita X-750 poskytuje vynikajúcu odolnosť voči iniciácii a šíreniu trhlín za týchto cyklických podmienok.
Bezšvové potrubie X-750 používané ako rozdeľovač alebo plášť poskytuje potrebnú kombináciu vysokej pevnosti, odolnosti proti tečeniu a štrukturálnej integrity, s ktorou sa Inconel 600 jednoducho nemôže vyrovnať, čím zaisťuje bezpečnosť motora, účinnosť a dlhú životnosť.
4. Aké sú z hľadiska výroby kritické úvahy pri zváraní a tepelnom spracovaní bezšvíkových rúr vyrobených z týchto dvoch odlišných zliatin?
Postupy sa drasticky líšia, čo odzrkadľuje ich tuhý -roztok v porovnaní s vyzrážaním-vytvrdnutým charakterom.
Bezšvíkové potrubie Inconel 600:
Zváranie: Považuje sa za ľahko zvárateľné. Primárnym cieľom je zabrániť praskaniu a zachovať odolnosť proti korózii.
Prídavný kov: Zvyčajne sa zvára s ERNiCr-3 (plnivo Inconel 82) alebo ERNiCrFe-7 (plnivo Inconel 625) pre vynikajúcu odolnosť proti korózii.
Postup: Vyžaduje sa čistota, aby sa zabránilo kontaminácii (S, P, Pb). Nízky tepelný príkon sa používa na minimalizáciu rastu zŕn v tepelne-ovplyvnenej zóne (HAZ). Tepelné spracovanie po zváraní (PWHT) sa vo všeobecnosti nevyžaduje.
Tepelné spracovanie: Zvyčajne sa používa v žíhanom stave. Jediným tepelným spracovaním je rozpúšťacie žíhanie na rozpustenie všetkých vyzrážaných karbidov a obnovenie maximálnej odolnosti proti korózii.
Bezšvíkové potrubie Inconel X-750:
Zváranie: Náročnejšie kvôli zrážaniu-tvrdnúcemu zloženiu. Kľúčovým rizikom je prasknutie-starnutia.
Postup: Všetky zvárania musia byť vykonané na materiáli v stave rozpúšťacieho žíhania (podmienka A). Zváranie na starnúcom materiáli je veľmi náchylné na praskanie. Pred konečným starnutím možno vykonať tepelné spracovanie na uvoľnenie napätia, aby sa znížilo zvyškové napätie pri zváraní. Často sa zvára s plnivom odolnejším voči prasklinám, ako je ERNiCrFe-7 (625).
Tepelné spracovanie: Ide o zložitý,{0}}krokový proces, ktorý je rozhodujúci pre dosiahnutie požadovaných vlastností.
Ošetrenie roztokom: Zahriate na ~ 1800 stupňov F (982 stupňov) a rýchlo ochladené. Tým sa do roztoku dostanú všetky tvrdiace prvky.
Starnutie (precipitačné vytvrdzovanie): Zahriate na ~1300-1400 stupňov F (704-760 stupňov) počas dlhšieho obdobia (zvyčajne 20 hodín), aby sa vyzrážala spevňujúca gama primárna fáza.
Fabrication must be sequenced as: Forming/Welding (in annealed state) -> Solution Treat ->Age Harden.
5. Ako v leteckom a chemickom priemysle ovplyvňuje odolnosť týchto zliatin voči oxidácii a nauhličeniu výber bezšvíkových rúr pre-vysokoteplotné pece?
Obe zliatiny ponúkajú vynikajúcu-odolnosť voči vysokým teplotám, ale ich špecifické vlastnosti vedú k rôznym medzerám.
Odolnosť proti oxidácii: Obidve zliatiny tvoria ochrannú priľnavú chrómovú (Cr₂O₃) stupnicu, ktorá poskytuje vynikajúcu odolnosť proti usadzovaniu a oxidácii až do ~2000 stupňov F (1093 stupňov). Inconel 600 s mierne vyšším obsahom železa môže byť v tých najextrémnejších podmienkach o niečo menej odolný, ale oba sa považujú za top-úroveň.
Odolnosť proti nauhličeniu: Toto je kľúčový rozdiel.
Nauhličovanie je absorpcia uhlíka do kovu pri vysokých teplotách v atmosfére bohatej na uhlík- (napr. z plynu CO). To vedie k vnútornej tvorbe karbidu, krehnutiu a strate ťažnosti.
Inconel 600 má vynikajúcu odolnosť voči nauhličovaniu, často prekonáva mnohé iné zliatiny. Vďaka tomu je prvou voľbou pre bezšvíkové rúry a rúrky v etylénových krakovacích peciach, reformovacích peciach a iných petrochemických procesoch s nauhličovacou atmosférou.
Inconel X-750 má tiež dobrú odolnosť proti nauhličovaniu, ale jeho primárnou voľbou je vždy potreba vysokej mechanickej pevnosti. Ak aplikácia zahŕňa vysoký stresaprostredie nauhličovania, je zvolený X-750. Ak je primárnou potrebou odolnosť proti korózii (vrátane nauhličovania) len s miernym namáhaním, Inconel 600 je cenovo efektívnejšia a optimalizovaná voľba.
Zhrnutie výberu: Ak ide o vysokoteplotnú pec pre sálavú trubicu, ak je hlavným problémom procesná atmosféra, vyberie sa Inconel 600. Ak trubica musí podporovať aj ťažké vnútorné konštrukcie alebo odolávať vysokému tlaku, je určený Inconel X-750.
