Tegurid piiravad töötemperatuure
Tüüpilised rakendused, mis nõuavad dupleksmaterjalide kokkupuudet kõrge temperatuuriga, on surveanumad, ventilaatori labad/tiivikud või heitgaasipuhastid.Materjali omadustele esitatavad nõuded võivad ulatuda suurest mehaanilisest tugevusest kuni korrosioonikindluseni. Käesolevas artiklis käsitletud klasside keemiline koostis on loetletud tabelis 1.
Spinodaalne lagunemine
Spinodaalne lagunemine (mida nimetatakse ka segunemiseks või ajalooliselt 475 °C rabendamiseks) on teatud tüüpi faaside eraldumine ferriitfaasis, mis toimub temperatuuril umbes 475 °C.Kõige märgatavam mõju on mikrostruktuuri muutus, mis põhjustab α´ faasi moodustumist, mille tulemuseks on materjali rabestumine.See omakorda piirab lõpptoote jõudlust.
Joonisel 1 on näidatud uuritud dupleksmaterjalide temperatuuri-aja ülemineku (TTT) diagramm, kusjuures spinodaalne lagunemine on esindatud vahemikus 475 °C.Tuleb märkida, et see TTT diagramm kujutab tugevuse vähenemist 50% võrra, mõõdetuna Charpy-V proovide löögikindluse katsega, mida tavaliselt peetakse rabeduse näitamiseks.Mõnes rakenduses võib olla vastuvõetav suurem sitkuse vähenemine, mis muudab TTT diagrammi kuju.Seetõttu sõltub konkreetse maksimaalse OT määramise otsus sellest, mida peetakse vastuvõetavaks hapruse tasemeks, st lõpptoote sitkuse vähendamiseks.Olgu mainitud, et ajalooliselt toodeti ka TTT-graafikuid, kasutades määratud läve, näiteks 27J.
Kõrgemad legeeritud klassid
Joonisel 1 on näidatud, et legeerivate elementide suurenemine klassist LDX 2101 klassi SDX 2507 suunas viib kiirema lagunemiskiiruseni, samas kui lahja dupleks näitab lagunemise hilinenud algust.Legeerivate elementide, nagu kroom (Cr) ja nikkel (Ni) mõju spinodaalsele lagunemisele ja rabedusele on näidanud varasemad uuringud.5–8 Seda mõju illustreerib täpsemalt joonis 2. See näitab, et spinodaalne lagunemine suureneb temperatuuri tõustes. tõstetakse 300-lt 350 °C-le ja see on kõrgema legeeritud klassi SDX 2507 puhul kiirem kui vähem legeeritud DX 2205 puhul.
See arusaam võib olla ülioluline, et aidata klientidel otsustada maksimaalse OT üle, mis nende valitud klassi ja rakenduse jaoks sobib.
Maksimaalse temperatuuri määramine
Nagu eelnevalt mainitud, saab dupleksmaterjali maksimaalse OT määrata vastavalt vastuvõetavale löögitugevuse langusele.Tavaliselt võetakse kasutusele OT, mis vastab 50% sitkuse vähendamise väärtusele.
OT oleneb temperatuurist ja ajast
Joonise 1 TTT diagrammi kõverate sabade kalle näitab, et spinodaalne lagunemine ei toimu ainult ühe lävitemperatuuri juures ega peatu sellest tasemest madalamal.Pigem on tegemist pideva protsessiga, kui dupleksmaterjalid puutuvad kokku töötemperatuuriga alla 475 °C.Siiski on ka selge, et madalama difusioonikiiruse tõttu algab madalamal temperatuuril lagunemine hiljem ja kulgeb palju aeglasemalt.Seetõttu ei pruugi dupleksmaterjali kasutamine madalamatel temperatuuridel põhjustada probleeme aastaid või isegi aastakümneid.Siiski on praegu kalduvus seada maksimaalne OT ilma kokkupuuteaega arvestamata.Põhiküsimus on seega, millist temperatuuri ja aja kombinatsiooni tuleks kasutada, et otsustada, kas materjali kasutamine on ohutu või mitte?Herzman jt.10 võtavad selle dilemma kenasti kokku: "...Kasutamine piirdub siis temperatuuridega, kus segunemise kineetika on nii madal, et seda ei toimu toote kavandatud tehnilise eluea jooksul...".
Keevitamise mõju
Enamik rakendusi kasutab komponentide ühendamiseks keevitamist.On hästi teada, et keevisõmbluse mikrostruktuur ja selle keemia erineb põhimaterjalist 3 .Sõltuvalt täitematerjalist, keevitustehnikast ja keevitusparameetritest erineb keevisõmbluste mikrostruktuur valdavalt puistematerjalist.Mikrostruktuur on tavaliselt jämedam ja see hõlmab ka kõrge temperatuuriga kuumusest mõjutatud tsooni (HTHAZ), mis mõjutab spinodaalset lagunemist keevisõmblustes.Siin vaadatakse läbi mikrostruktuuri varieeruvus puiste- ja keevisõmbluste vahel.
Piiravate tegurite kokkuvõte
Eelmistes osades tehti järgmised järeldused:
- Kõik dupleksmaterjalid kehtivad
spinodaalseks lagunemiseks temperatuuril umbes 475 °C. - Sõltuvalt legeersisaldusest on oodata kiiremat või aeglasemat lagunemiskiirust.Suurem Cr- ja Ni-sisaldus soodustab kiiremat segunemist.
- Maksimaalse töötemperatuuri määramiseks:
– Arvestada tuleb tööaja ja temperatuuri kombinatsiooniga.
– Vastuvõetav sitkuse vähenemise tase, st tuleb määrata soovitud lõpliku sitkuse tase - Täiendavate mikrostruktuurikomponentide, näiteks keevisõmbluste sisseviimisel määrab maksimaalse OT nõrgima osa järgi.
Globaalsed standardid
Selle projekti jaoks vaadati üle mitmed Euroopa ja Ameerika standardid.Nad keskendusid rakendustele surveanumates ja torustike komponentides.Üldiselt võib lahknevused ülevaadatud standardite soovitatava maksimaalse OT osas jagada Euroopa ja Ameerika seisukohaks.
Euroopa roostevaba terase materjalispetsifikatsiooni standardid (nt EN 10028-7, EN 10217-7) eeldavad maksimaalset OT 250 °C, kuna materjali omadused on tagatud ainult kuni selle temperatuurini.Pealegi ei anna Euroopa surveanumate ja torustike projekteerimisstandardid (vastavalt EN 13445 ja EN 13480) täiendavat teavet maksimaalse OT kohta nende materjalistandardites esitatust.
Seevastu Ameerika materjali spetsifikatsioon (nt ASME II-A jaotise ASME SA-240) ei esita kõrgendatud temperatuuriandmeid üldse.Need andmed on selle asemel esitatud ASME jaotises II-D, „Omadused”, mis toetab surveanumate üldisi ehituseeskirju, ASME jaotises VIII-1 ja VIII-2 (viimased pakuvad täpsemat projekteerimisviisi).ASME II-D-s on enamiku duplekssulamite maksimaalne OT selgesõnaliselt märgitud kui 316 °C.
Survetorustike rakenduste puhul on nii projekteerimisreeglid kui ka materjali omadused toodud ASME B31.3-s.Selles koodis esitatakse mehaanilised andmed duplekssulamite kohta kuni 316 °C, ilma et oleks selgelt märgitud maksimaalset OT-d.Sellegipoolest saate tõlgendada teavet nii, et see vastaks ASME II-D-s kirjutatule ja seega on Ameerika standardite maksimaalne OT enamikul juhtudel 316 °C.
Lisaks maksimaalsele OT teabele viitavad nii Ameerika kui ka Euroopa standardid, et kõrgemal temperatuuril (>250 °C) võib pikema kokkupuuteaja korral tekkida rabedus, mida tuleks arvestada nii projekteerimise kui ka hoolduse etapis.
Keevisõmbluste puhul ei anna enamik standardeid kindlaid väiteid spinodaalse lagunemise mõju kohta.Mõned standardid (nt ASME VIII-1, tabel UHA 32-4) viitavad siiski võimalusele teostada spetsiifilisi keevitusjärgseid kuumtöötlusi.Need ei ole kohustuslikud ega keelatud, kuid nende teostamisel tuleks need läbi viia vastavalt standardis etteantud parameetritele.
Mida tööstus ütleb
Vaadati üle mitmete teiste roostevaba dupleksterase tootjate kogutud teave, et näha, mida nad oma klasside temperatuurivahemike kohta edastavad.ATI piirab 2205 temperatuuri 315 °C, kuid Acerinox seab sama klassi OT-ks ainult 250 °C.Need on klassi 2205 ülemine ja alumine OT-piir, samas kui nende vahel edastavad teised OT-d Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) ja ArcelorMittal (280 °C).See näitab soovitatud maksimaalsete OT-de laialdast levikut ainult ühe klassi jaoks, millel on tootjate lõikes väga võrreldavad omadused.
Alati ei selgu taustaarutlusi, miks tootja on teatud OT määranud.Enamasti põhineb see ühel kindlal standardil.Erinevad standardid edastavad erinevaid OT-sid, millest tuleneb ka väärtuste levik.Loogiline järeldus on, et Ameerika ettevõtted määravad kõrgema väärtuse ASME standardi väidete tõttu, Euroopa ettevõtted aga EN standardi tõttu.
Mida kliendid vajavad?
Olenevalt lõpprakendusest on oodata erinevaid materjalide koormusi ja kokkupuuteid.Selles projektis pakkus kõige rohkem huvi spinodaalsest lagunemisest tingitud rabestumine, kuna see on väga rakendatav surveanumatele.
Siiski on mitmesuguseid rakendusi, mis avaldavad dupleksklassidele ainult keskmist mehaanilist koormust, näiteks pesurid11–15.Teine taotlus oli seotud ventilaatori labade ja tiivikutega, mis puutuvad kokku väsimuskoormusega.Kirjandusest selgub, et spinodaalne lagunemine käitub väsimuskoormuse rakendamisel erinevalt15.Selles etapis saab selgeks, et nende rakenduste maksimaalset OT-d ei saa määrata samamoodi nagu surveanumate puhul.
Teine taotluste rühm on ainult korrosiooniga seotud rakenduste jaoks, näiteks laevade heitgaasipuhastid.Nendel juhtudel on korrosioonikindlus mehaanilise koormuse korral olulisem kui OT-piirang.Kuid mõlemad tegurid mõjutavad lõpptoote toimimist, mida tuleb maksimaalse OT märkimisel arvestada.Jällegi erineb käesolev juhtum kahest eelmisest juhtumist.
Üldiselt on rakenduse tüüp väärtuse määramisel ülioluline, kui nõustab klienti oma dupleksklassi jaoks sobiva maksimaalse OT kohta.See näitab veelgi, kui keeruline on klassile ühe OT määramine, kuna keskkond, milles materjali kasutatakse, mõjutab oluliselt rabestumise protsessi.
Mis on dupleksi maksimaalne töötemperatuur?
Nagu mainitud, määrab maksimaalse töötemperatuuri spinodaalse lagunemise väga madal kineetika.Aga kuidas me seda temperatuuri mõõdame ja mis täpselt on "madal kineetika"?Vastus esimesele küsimusele on lihtne.Oleme juba öelnud, et tugevuse mõõtmised tehakse tavaliselt lagunemise kiiruse ja edenemise hindamiseks.See on sätestatud enamiku tootjate järgitud standardites.
Teine küsimus, mida tähendab madal kineetika ja väärtus, mille juures me temperatuuripiiri seame, on keerulisem.See on osaliselt tingitud sellest, et maksimaalse temperatuuri piirtingimused koostatakse nii maksimaalsest temperatuurist (T) endast kui ka tööajast (t), mille jooksul seda temperatuuri hoitakse.Selle Tt kombinatsiooni kinnitamiseks võib kasutada "madalaima" sitkuse erinevaid tõlgendusi:
• Alumine piir, mis on ajalooliselt määratud ja mida saab keevisõmblustele rakendada, on 27 džauli (J)
• Standardite piires on enamasti seatud piiranguks 40J.
• Alumise piiri määramiseks kasutatakse sageli ka esialgse sitkuse 50% vähendamist.
See tähendab, et väide maksimaalse OT kohta peab põhinema vähemalt kolmel kokkulepitud eeldusel:
• Lõpptoote kokkupuude temperatuuri ja aja jooksul
• Vastuvõetav minimaalne vastupidavuse väärtus
• Lõplik kasutusala (ainult keemia, mehaaniline koormus jah/ei jne)
Ühendatud eksperimentaalsed teadmised
Pärast eksperimentaalsete andmete ja standardite ulatuslikku uurimist on olnud võimalik koostada soovitusi nelja vaadeldava dupleksklassi kohta, vt tabel 3. Tuleb mõista, et suurem osa andmetest on saadud laboratoorsetest katsetest, mis on tehtud temperatuuriastmetega 25 °C .
Samuti tuleb märkida, et need soovitused viitavad vähemalt 50% sitkusest toatemperatuuril.Kui tabelis on märgitud "pikem ajavahemik", ei ole toatemperatuuril olulist langust dokumenteeritud.Lisaks on keevisõmblust testitud ainult -40 °C juures.Lõpuks tuleb märkida, et DX 2304 puhul eeldatakse pikemat kokkupuuteaega, arvestades selle suurt sitkust pärast 3000 tundi kestnud testimist.Seda, mil määral saab kokkupuudet suurendada, tuleb aga kontrollida täiendavate katsetega.
Tuleb märkida kolm olulist punkti:
• Praegused leiud näitavad, et keevisõmbluste olemasolu korral väheneb OT ligikaudu 25 °C võrra.
• Lühiajalised hüpped (kümned tunnid T=375 °C juures) on DX 2205 puhul vastuvõetavad. Kuna DX 2304 ja LDX 2101 on madalama legeeritud klassid, peaksid vastuvõetavad olema ka võrreldavad lühiajalised temperatuuri tõusud.
• Kui materjal laguneb lagunemise tõttu rabedaks, aitab leevenduskuumtöötlemine temperatuuril 550–600 °C DX 2205 ja 500 °C SDX 2507 puhul 1 tunni jooksul sitkust taastada 70%.
Postitusaeg: veebruar 04-2023