1. 15-5PH a 17-4PH sa často nazývajú „superzliatiny“, ale aká je ich presná metalurgická klasifikácia a ako funguje mechanizmus ich spevňovania?
Aj keď je výnimočne pevná, je technicky presná klasifikovať 15-5PH a 17-4PH ako zrážkovo{5}}tvrdené (PH) martenzitické nehrdzavejúce ocele. Nie sú to „superzliatiny“ na báze niklu ako Inconel, ale v rámci rodiny nehrdzavejúcej ocele zaberajú vysokovýkonné miesto.
Ich sila pochádza z procesu tepelného spracovania nazývaného Precipitation Hardening (alebo Age Hardening):
Ošetrenie roztokom (podmienka A): Rúra sa zahreje na vysokú teplotu (~ 1040 stupňov / 1900 stupňov F), ktorá rozpúšťa všetku meď a iné tvrdiace prvky do jednotného, presýteného pevného roztoku. Potom sa rýchlo ochladzuje na izbovú teplotu, výsledkom čoho je mäkká, -uhlíková martenzitická štruktúra, ktorá sa ľahko opracúva a vyrába.
Starnutie (precipitačné kalenie): Rúra sa potom zahreje na oveľa nižšiu špecifickú teplotu (napr. 480 stupňov / 900 stupňov F až 620 stupňov / 1150 stupňov F) a udržiava sa niekoľko hodín. Počas tejto fázy sa v celej martenzitickej matrici rovnomerne tvoria jemné koherentné zrazeniny bohatej medi (ε-fáza).
Posilňujúci účinok: Tieto precipitáty nanometrov pôsobia ako impozantné prekážky pre pohyb dislokácií v kryštálovej štruktúre, čím sa dramaticky zvyšuje výťažnosť a pevnosť v ťahu, pričom si stále zachovávajú dobrú ťažnosť a húževnatosť.
Kľúčový rozdiel medzi 15-5PH a 17-4PH je v tom, že 15-5PH je modifikovaná verzia 17-4PH s prídavkom nióbu (Columbia), ktorý poskytuje lepšiu priečnu húževnatosť a konzistentnejšie mechanické vlastnosti vo veľkých rezoch.
2. Prečo by mala byť bezšvíková rúra vyrobená z 15-5PH špecifikovaná v prípade vedenia vysokotlakového hydraulického pohonu v leteckom priemysle pred bežnejším 17-4PH?
Výber v kritickom leteckom systéme, ako je tento, závisí od smerovej húževnatosti a spoľahlivosti.
Problém s 17-4PH: Vo veľkých prierezoch-, výkovkoch alebo silne opracovaných formách môže byť 17-4PH náchylný na vytváranie inklúzií typu strunníkov zarovnaných v primárnom smere opracovania. To môže viesť k anizotropným vlastnostiam, čo znamená, že mechanické vlastnosti nie sú jednotné vo všetkých smeroch. Húževnatosť v krátkom priečnom smere (cez nosníky) môže byť výrazne nižšia, čo vytvára potenciálnu cestu pre šírenie trhlín.
Výhoda 15-5PH: Pridanie nióbu (Nb) v 15-5PH tento problém zmierňuje. Niób pomáha kontrolovať morfológiu inklúzií a zlepšuje homogenitu mikroštruktúry. Výsledkom je:
Vylepšená priečna húževnatosť: Lepšia odolnosť proti praskaniu v smere toku zrna.
Konzistentnejšie vlastnosti: Mechanické vlastnosti sú jednotnejšie bez ohľadu na orientáciu.
V leteckom hydraulickom potrubí, ktoré je vystavené vysokým cyklickým tlakom a vibráciám, poskytuje vylepšená a predvídateľnejšia húževnatosť 15-5PH rozhodujúcu mieru bezpečnosti. Inžinieri môžu mať väčšiu dôveru vo výkon potrubia pri viac-axiálnom namáhaní, čo z neho robí preferovanú voľbu pre takéto kritické aplikácie s vysokou integritou oproti štandardným 17-4PH.
3. Aké sú kľúčové charakteristiky odolnosti voči korózii rúrok 17-4PH a ako sa porovnávajú so štandardnými austenitickými nehrdzavejúcimi oceľami ako 304 a 316?
Odolnosť proti korózii 17-4PH je funkciou jeho stavu tepelného spracovania a vo všeobecnosti sa pohybuje medzi typom 304 a typom 316.
Všeobecná odolnosť proti korózii: V bežne používanom stave H1150 (overaging) ponúka 17-4PH odolnosť proti korózii podobnú nehrdzavejúcej oceli typu 304 v miernom prostredí, sladkej vode a niektorých chemických prostrediach. Je menej odolný ako typ 316 kvôli nižšiemu obsahu niklu a nedostatku molybdénu.
Pevnosť proti korózii-: Podmienky najvyššej pevnosti (napr. H900) poskytujú o niečo nižšiu odolnosť proti korózii, pretože jemná, tvrdená mikroštruktúra je elektrochemicky aktívnejšia. Pre optimálnu odolnosť proti korózii je preferovaný stav H1150, aj keď s nižšou pevnosťou.
Kľúčová výhoda: Pevnosť v miernom prostredí: Primárnou hodnotou potrubia 17-4PH nie je to, že jenajviacmožnosť odolná voči korózii-, ale poskytuje veľmi vysokú pevnosť v mierne korozívnom prostredí, kde by štandard 304 alebo 316 bol príliš slabý. Napríklad vysokotlaková procesná linka v atmosfére závodu, kde je rozhodujúca úspora pevnosti a hmotnosti, ale kvapalina nie je vysoko agresívna.
Obmedzenie: Neodporúča sa používať v náročných chemických prostrediach, morskej vode alebo v podmienkach, kde sú typicky špecifikované vysokolegované ocele (ako duplex alebo superaustenitika) alebo zliatiny niklu.
4. Aká je z hľadiska výroby kritická postupnosť zvárania a tepelného spracovania-potrubného systému 15-5PH alebo 17-4PH na dosiahnutie konštrukčných vlastností?
Výroba potrubného systému z nehrdzavejúcej ocele s vysokou -integritou PH vyžaduje prísny a postupný proces, aby sa predišlo ohrozeniu vlastností materiálu.
Zlaté pravidlo: Vyrobte v mäkkom roztoku-ošetrený stav (stav A), potom vykonajte záverečné ošetrenie starnutia.
Výroba (podmienka A): Všetky rezanie, ohýbanie a najmä zváranie sa musí vykonávať na rúre v stave ošetrenia roztokom (podmienka A). V tomto stave je materiál relatívne mäkký, tvárny a má nízke zvyškové napätie, vďaka čomu je ideálny na zváranie bez praskania.
Postup zvárania: Použite prídavný kov zodpovedajúceho zloženia (napr. ER630 pre 17-4PH). Predhrievanie sa zvyčajne nevyžaduje. Cieľom je vytvoriť kvalitný zvar s minimálnym tepelným príkonom, aby sa zabránilo nadmernému rastu zŕn.
Po-tepelnom spracovaní po zváraní (PWHT) - Kritický krok: Po dokončení celej výroby a zvárania musí celá cievka rúry prejsť procesom vytvrdzovania (starnutia). Toto nie je úľava od stresu; je to krok, ktorý spevňuje celý komponent-základný kov, tepelne-ovplyvnenú oblasť (HAZ) a zvarový kov-na špecifikované mechanické vlastnosti (napr. H1150, H1100, H900).
Dôsledok chyby: Ak sa pokúsite zvárať materiál, ktorý už zostarol, teplo zo zvaru prestarne-a zmäkčí HAZ, čím sa okolo zvaru vytvorí slabý pás. Okrem toho môžu vysoké zvyškové napätia viesť k praskaniu. Konečné ošetrenie starnutím musí byť posledným tepelným procesom.
5. Pre aké špecifické aplikácie sú v ropnom a plynárenskom priemysle špeciálne vhodné-kalené rúrky ako 17-4PH a 15-5PH?
Tieto zliatiny sa nepoužívajú pre diaľkové-potrubia, ale sú nevyhnutné pre špecifické,-hodnotné zariadenia na zvody a povrchy, kde je rozhodujúci ich pomer pevnosti-k{3}}hmotnosti a odolnosť proti korózii.
Komponenty hĺbkového nástroja: Toto je primárna aplikácia. Používajú sa na vnútorné potrubia a telesá:
Nástroje na meranie počas vŕtania (MWD) a zaznamenávanie počas vŕtania (LWD): Tieto sofistikované nástroje vyžadujú tlakové-kryty, ktoré nie sú{1}}magnetické (aby nezasahovali do senzorov) a dostatočne pevné, aby odolali extrémnym tlakom pri vŕtaní. 17-4PH a 15-5PH túto potrebu dokonale spĺňajú.
Kompletizačné nástroje: Komponenty pre pakry, zariadenia na riadenie prietoku a bezpečnostné ventily.
Obloženie ventilov a hriadele drieku: Pre vysokotlakové ventily na vianočných stromčekoch a rozdeľovačoch sa 17-4PH používa pre drieky a iné vnútorné časti ("obloženie"), ktoré vyžadujú vysokú pevnosť, odolnosť proti opotrebovaniu a strednú odolnosť proti korózii.
Hydraulické piestové rúrky: Pre povrchové a podmorské riadiace systémy pracujúce pri veľmi vysokých tlakoch (napr. 5 000-15 000 psi), bezšvíkové rúrky z nehrdzavejúcej ocele PH poskytujú potrebnú pevnosť v kompaktnom, hmotnosť šetriacom tvare.
V týchto výklenkoch je schopnosť vyrobiť zložitý -súčiastok s vysokou pevnosťou pomocou obrábania v Podmienke A a následne ho tepelne-spracovať na vysokú úroveň pevnosti, vďaka čomu sú rúry 15{4}}5PH a 17-4PH neoceniteľné, a to aj napriek ich vyšším nákladom v porovnaní so štandardnými uhlíkovými alebo nízkolegovanými oceľami.
