1. Zliatina 825 (UNS N08825) je špeciálne navrhnutá pre silné korozívne prostredie. Aká je základná „trojitá aliancia“ legujúcich prvkov, ktorá zabezpečuje ich odolnosť voči redukčným kyselinám, oxidačným chemikáliám a lokalizovanému napadnutiu chloridmi, a aká je špecifická úloha každého z nich?
Odolnosť zliatiny 825 proti korózii je postavená na robustnej, synergickej kombinácii niklu, chrómu a molybdénu, ktorá sa často nazýva „trojitá aliancia“.
Nikel (~40%): Základ pre redukciu médií.
Úloha: Nikel poskytuje prirodzenú odolnosť voči redukujúcim kyselinám, ako je kyselina sírová a fosforečná, a čo je najdôležitejšie, voči chloridovému stresovému koróznemu praskaniu (Cl-SCC). Jeho tvárne{2}}centrovaná kubická (FCC) štruktúra zostáva ťažná a odolná voči šíreniu trhlín v chloridových prostrediach, kde austenitické nehrdzavejúce ocele (304, 316) krehnú a katastrofálne zlyhávajú.
Chróm (~21,5%): Ochranca proti oxidačným podmienkam.
Úloha: Chróm je kľúčovým prvkom pre vytvorenie stabilnej ochrannej pasívnej vrstvy oxidu chrómového (Cr₂O₃) na povrchu. Tento film je stabilný v oxidačnom prostredí, ako je kyselina dusičná, horúce roztoky obsahujúce železité alebo meďnaté ióny a v prítomnosti vzduchu alebo kyslíka. Je to prvá línia obrany proti všeobecnej korózii a oxidácii.
Molybdén (~3%): Špecialista na lokalizovanú koróziu.
Úloha: Molybdén výrazne zlepšuje odolnosť voči jamkovej a štrbinovej korózii v roztokoch obsahujúcich chloridové-ióny-. Zvyšuje stabilitu pasívneho filmu v týchto agresívnych, lokalizovaných prostrediach. Kombinácia Cr a Mo dáva zliatine 825 vysoké ekvivalentné číslo odolnosti proti bodaniu (PREN > 30), vďaka čomu je vhodná pre brakickú vodu, morskú vodu a chemické procesy s chloridmi.
Zliatina 825 navyše obsahuje ~2,2 % medi, ktorá ďalej zvyšuje jej odolnosť voči kyseline sírovej, a titán na stabilizáciu proti senzibilizácii počas zvárania.
2. Incoloy 800/800H/800HT je známy svojou pevnosťou a stabilitou pri vysokých-teplotách. Hoci má menej molybdénu ako zliatina 825, aká špecifická stratégia legovania a výsledné mikroštrukturálne vlastnosti z neho robia preferovanú voľbu pre rúrky výmenníka tepla v aplikáciách prehriatej pary, tepelného krakovania a reformátorov?
Séria Incoloy 800 využíva inú stratégiu: pevné-posilnenie roztoku a kontrolované zrážanie pre vysokú-odolnosť voči tečeniu pri vysokej teplote namiesto boja proti korózii v kvapalnej-fáze.
Stratégia zliatiny: Iron-Nickel-Chróm Balance.
Základom je vyvážená matrica Fe-Ni-Cr (~32Ni-21Cr-bal Fe), ktorá poskytuje stabilnú austenitickú štruktúru a dobrú odolnosť voči oxidácii.
Kritickými diferenciátormi pre triedy 800H/800HT sú kontrolované hladiny uhlíka a hliníka/titánu.
Výsledná mikroštrukturálna vlastnosť: Pevnosť pri tečení.
Incoloy 800H má kontrolovaný obsah uhlíka (0,05-0,10%) a vyžaduje sa, aby bol žíhaný v roztoku nad 2100 stupňov F (1150 stupňov), aby sa dosiahla veľkosť zrna ASTM 5 alebo hrubšia.
Incoloy 800HT pridáva požiadavky na obsah Al+Ti (0,85-1,20%).
Mechanizmus: Pri vysokých teplotách uhlík a Al/Ti tvoria jemnú, stabilnú disperziu karbidov a gama{0}}primárnych [ '] precipitátov v austenitickej matrici. Tieto precipitáty pôsobia ako silné prekážky pre stúpanie dislokácií a posúvanie hraníc zŕn-primárnych mechanizmov creepovej deformácie. To dáva triedam 800H/HT ich výnimočnú pevnosť a odolnosť voči deformácii pri mechanickom zaťažení pri teplotách často presahujúcich 1000 stupňov F (540 stupňov) a až 1300 stupňov F (705 stupňov).
Zliatina 825 by bez tohto špecifického spevňovacieho mechanizmu za týchto podmienok rýchlo strácala pevnosť a tečie. Preto sa pre plynové služby s vysokou-teplotou a vysokým-tlakom uprednostňuje materiál Incoloy 800H/HT, zatiaľ čo zliatina Alloy 825 sa vyberá pre nižšie-teploty a vodné korózie.
3. Zväzok rúrok výmenníka tepla musí byť vyrobený privarením rúrok k rúrkovnici. Aký je primárny mechanizmus zlyhania korózie súvisiaci so zváraním v prípade zväzku Alloy 825-a ako tomu bráni obsah titánu v zliatine a použitie „nízkych-uhlíkových alebo „stabilizovaných“ prídavných kovov?
Primárnym mechanizmom zlyhania-zváracieho procesu je rozpad zvaru alebo nožový{1}}línový útok (KLA), formy medzikryštalickej korózie v tepelne-ovplyvnenej zóne (HAZ).
Mechanizmus: senzibilizácia.
Počas zvárania sa HAZ zahreje na kritický teplotný rozsah (~800-1500 stupňov F / 427-816 stupňov ). V tomto rozsahu sa karbidy chrómu (Cr23C6) môžu vyzrážať prednostne pozdĺž hraníc zŕn. To ochudobňuje susednú matricu o chróm a vytvára úzku zónu ochudobnenú o chróm, ktorá je anodická voči zvyšku zrna. V korozívnom prostredí je táto zóna selektívne napádaná, čo vedie k medzikryštalickému praskaniu a poruche.
Riešenie: Stabilizácia titánom.
Alloy 825 obsahuje titán (~0,9-1,2%), ktorý má oveľa silnejšiu afinitu k uhlíku ako chróm.
Počas konečného tepelného spracovania rúrky rozpúšťacím žíhaním sa titán spája s uhlíkom za vzniku stabilných karbidov titánu (TiC).
Tieto častice TiC sú stabilné pri teplotách zvárania, „viažu“ uhlík a bránia mu vo vytváraní karbidov chrómu. To zaisťuje, že v pevnom roztoku zostane dostatok chrómu na udržanie pasivity, čím sa zabráni senzibilizácii.
Cvičenie s prídavným kovom:
Pre väčšiu istotu sa zváranie vykonáva pomocou prídavných kovov ERNiFeCr-1 alebo ERNiCr-3, ktoré sú tiež stabilizované titánom (a niekedy aj nióbom). To zaisťuje, že aj samotný zvarový kov je odolný voči senzibilizácii a vytvára spoj plne odolný voči korózii.
4. V plášťovom-a{2}}trubkovom výmenníku tepla chladenom morskou vodou čelí materiál rúr komplexnej korózii. Prečo by mala byť zliatina 825 uprednostnená pred nehrdzavejúcou oceľou 316L a za akých špecifických prevádzkových podmienok (týkajúcich sa prietoku a čistoty) by aj zliatina 825 vyžadovala robustnejšiu alternatívu, ako je 6 % molybdén superaustenitická alebo zliatina niklu-meď?
Zliatina 825 je vybraná nad 316L z jedného primárneho dôvodu: Odolnosť voči koróznemu praskaniu spôsobenému chloridom (Cl-SCC) a vynikajúca odolnosť voči jamkovej korózii.
316L Stainless Steel: Will almost certainly suffer from Cl-SCC in hot seawater (>~60 stupňov / 140 stupňov F). Jeho PREN je príliš nízky na to, aby spoľahlivo odolal jamkovej a štrbinovej korózii, najmä pod nánosmi alebo v stojatých oblastiach.
Zliatina 825: Vďaka vysokému obsahu niklu je odolná voči Cl-SCC. Jeho vyšší PREN poskytuje oveľa väčšiu bezpečnostnú rezervu proti jamkovej a štrbinovej korózii v chloridoch.
Stav vyžadujúci robustnejšiu alternatívu: nízky prietok a znečistenie.
Obmedzenie zliatiny 825 v morskej vode sa objavuje v podmienkach stojatého alebo nízkeho prietoku, kde dochádza k biologickému znečisteniu a usadzovaniu bahna.
Pod nánosom sa prostredie odkysličí a okyslí (stav štrbiny).
Aj keď je zliatina 825 (PREN ~33) odolná, môže byť stále náchylná na iniciáciu štrbinovej korózie v týchto obzvlášť agresívnych,-dlhodobých stagnujúcich podmienkach.
V tomto scenári je požadovaná zliatina s vyšším PREN:
A 6% Molybdenum super austenitic (e.g., 254 SMO, PREN >43) or a super duplex (e.g., 2507, PREN >42) ponúka väčšiu odolnosť proti štrbinovej korózii.
Pre najtvrdšiu, stojatú a znečistenú morskú vodu sú často najlepšou voľbou zliatiny niklu-meď, ako je Alloy 400 (Monel), pretože majú vynikajúcu odolnosť voči stojatej, vysokej-rýchlosti a znečistenej morskej vode.
5. Keď je trubica Incoloy 800H špecifikovaná pre službu vykurovania, označenie „H“ (pre vysokú-teplotu) je rozhodujúce. Aké dve špecifické chemické a metalurgické požiadavky definujú triedu „H“ a ako priamo prispievajú k predĺženej životnosti rúr v podmienkach tečenia?
Písmeno „H“ v Incoloy 800H znamená kontrolovanú chémiu a mikroštruktúru špeciálne prispôsobenú pre odolnosť proti tečeniu pri vysokých{1}}teplotách podľa ASTM B407 / B163.
Chemická požiadavka: Kontrolovaný obsah uhlíka.
Špecifikácia: Obsah uhlíka má byť medzi 0,05 % a 0,10 %. To je výrazne vyššie ako štandardný stupeň Incoloy 800 (0,03% max C).
Príspevok k životnosti: Tento vyšší, kontrolovaný obsah uhlíka poskytuje potrebné „palivo“ na tvorbu sekundárnych karbidov chrómu v zrnách a na hraniciach zŕn počas prevádzky. Tieto jemné karbidy posilňujú hranice zŕn proti kĺzaniu a matricu proti dislokačnému pohybu, čo sú primárne mechanizmy porušenia pri tečení.
Metalurgická požiadavka: Roztokové žíhanie a kontrola veľkosti zrna.
Špecifikácia: Materiál musí byť žíhaný v roztoku pri minimálnej teplote 2100 stupňov F (1149 stupňov). Toto vysokoteplotné žíhanie je potrebné na dosiahnutie čísla zrnitosti ASTM 5 alebo hrubšieho (tj väčšej veľkosti zrna).
Príspevok k životnosti: Hrubá štruktúra zŕn má menej hraníc zŕn na jednotku objemu. Pretože poškodenie tečením často začína na hraniciach zŕn (prostredníctvom tvorby dutín a koalescencie), menej hraníc sa priamo premieta do dlhšieho času do prasknutia tečenia. Hrubé zrná poskytujú dlhšiu a kľukatejšiu cestu na šírenie trhlín.
Kombinácia uhlíka na spevnenie precipitátov a hrubozrnnej štruktúry na zníženie akumulácie poškodenia pri tečení je to, čo umožňuje rúrkam Incoloy 800H spoľahlivo fungovať desiatky rokov pri vysokom namáhaní pri teplotách, pri ktorých by väčšina ostatných konštrukčných zliatin rýchlo zlyhala.
