Найлепшыя практыкі цяплавой апрацоўкі труб і фітынгаў з дуплекснай сталі

Найлепшыя практыкі цяплавой апрацоўкі труб і фітынгаў з дуплекснай сталі

Асвоенне цяплавой апрацоўкі, якая вызначае эксплуатацыйныя характарыстыкі ў агрэсіўных асяродках

Тэрмічная апрацоўка з'яўляецца адной з найбольш крытычных, але пры гэтым часта няправільна разумеюцца, аспектаў пры працы з трубамі і фітынгамі з двухфазнай нержавеючай сталі. Унікальная двухфазная мікраструктура гэтых матэрыялаў патрабуе дакладнага кантролю цяпла, каб дасягнуць аптымальнага балансу стойкасці да карозіі і механічных уласцівасцей. Праведзены аналіз шматлікіх выпадкаў адмоваў на практыцы і паспяховых прыкладанняў паказвае, што правільная тэрмічная апрацоўка часта вызначае розніцу паміж дзесяцігоддзямі надзейнай эксплуатацыі і раннімі, доўгатрывалымі адмовамі.

Двухфазныя нержавеючыя сталі атрымалі сваю назву ад прыкладнага суадносіны 50/50 ферыту і аўстэніту ў мікраструктуры. Гэты збалансаваны структура забяспечвае выдатную цвёрдасць і стойкасць да карозіі, якія робяць гэтыя матэрыялы каштоўнымі, але пры гэтым яна вельмі чулкая да цеплавой апрацоўкі. Нават невялікія адхіленні ад аптымальных параметраў тэрмічнай апрацоўкі могуць істотна паўплываць на эфектыўнасць.

Вырашальная важнасць правільнай тэрмічнай апрацоўкі

Чаму важная цяплавая апрацоўка для двухфазных сталёў

Мікраскопічная стабільнасць:

• Захоўвае аптымальны баланс ферыту і аўстэніту (звычайна па 40-60% кожнай фазы)

• Перашкаджае ўтварэнню шкодных другасных фаз (сігма, хі, нітрыды хрому)

• Кантролі абедненню хрому на мяжах зернаў, што прыводзіць да схільнасці да карозіі

Захаванне эксплуатацыйных характарыстык:

• Пераконваецца максімальная стойкасць да карозіі ,

• Захавае механічныя ўласцівасці (цвёрдасць, вязкасць, пластычнасць)

• Перашкаджае праграматычнаму разбурэнню у працэсе эксплуатацыі

Як адзін з экспертаз у галіне матэрыялаў у вялікай хімічнай кампаніі заўважыў: «Мы выявілі, што 80% адмоваў нашых двухфазных нержавеючых сталёў звязаныя з няправільнай тэрмічнай апрацоўкай — на прадпрыемстве, падчас вырабу ці пасля зваркі. Правільная тэрмічная апрацоўка — гэта неапцыянальнае патрабаванне».

Растваральнае анэляванне: Асноўная тэрмічная апрацоўка

Мэта і задачы

Растваральнае анэляванне з'яўляецца асноўнай тэрмічнай апрацоўкай для двухфазных нержавеючых сталёў, якая прызначана для:

• Растворвання шкодных другасных фаз якія маглі ўтварыцца падчас папярэдняй апрацоўкі

• Аднавіць збалансаваную ферытна-аўстэнітную мікраструктуру

• Гамагенізаваць размеркаванне сплаву па ўсёй матэрыялу

• Зняць застаючыя напружанні вырабнічых працэсаў

Аптымальныя параметры па марцы

Стандартны двухфазны (2205/S31803/S32205):

• Дыяпазон температуры : 1020-1100°C (1868-2012°F)

• Аптымальная тэмпература : 1040-1060°C (1904-1940°F)

• Час вытрымкі : 5-30 хвілін у залежнасці ад таўшчыні перасеку

• Спосаб охлаждэння : Хуткае ахалоджванне ў вадзе або прымусовае паветранае ахалоджванне

Супер Дуплекс (2507/S32750/S32760):

• Дыяпазон температуры : 1040-1120°C (1904-2048°F)

• Аптымальная тэмпература : 1060-1080°C (1940-1976°F)

• Час вытрымкі : 10-45 хвілін у залежнасці ад таўшчыні перасеку

• Спосаб охлаждэння : Хуткае ахалоджванне ў вадзе абавязковае

Лёгкі дуплекс (2304/S32304):

• Дыяпазон температуры : 950-1050°C (1742-1922°F)

• Аптымальная тэмпература : 980-1020°C (1796-1868°F)

• Час вытрымкі : 5-20 хвілін у залежнасці ад таўшчыні перасеку

• Спосаб охлаждэння : Ахалоджванне вадой або прымусовае ахалоджванне паветрам

Вызначэнне часу вытрымкі

Кіраўніцтва па таўшчыне:

• Да 5 мм : 5-10 хвілін

• 5-25 мм : 10-20 хвілін

• 25-50 мм : 20-30 хвілін

• Паўнадцова 50 мм : 30 хвілін плюс 10 хвілін на кожныя дадатковыя 25 мм

Практычныя меркаванні:

• Пачынайце адлік часу, калі усё папярочнае сячэнне дасягае мэтавай тэмпературы

• Выкарыстанне тэрмапары у некалькіх месцах для вялікіх ці складаных кампанентаў

• Ўзяць ў ўліч характарыстыкі печы і ўмовы загрузкі

Крытычныя патрабаванні да ахалоджвання

Неабходнасць хуткага ахалоджвання

Хуткае ахалоджванне ў дыяпазоне тэмператур 750-950°C (1382-1742°F) важна для прадухілення выдзялення шкодных другасных фаз. Патрабаванні да хуткасці ахалоджвання залежаць ад маркі:

Стандартны двухфазны 2205:

• Мінімальная хуткасць ахалоджвання : 55°C/хв (100°F/хв) у крытычным дыяпазоне

• Рэкамендаваны метад : Вадзяны загартаванне пры таўшчыні >6 мм

Супер дуплекс 2507:

• Мінімальная хуткасць ахалоджвання : 70°C/хв (125°F/хв) праз крытычны дыяпазон

• Рэкамендаваны метад : Вадзяны загартаванне для ўсіх таўшчынь

Аналіз палевых дадзеных: Даследаванне хуткасці вытрымкі пры гарачай апрацоўцы паказала, што кампаненты, якія астуджаліся з хуткасцю ніжэй за 40°C/хв праз крытычны дыяпазон, мелі значна зніжаную стойкасць да карозіі, тэмпература пітінгу знізілася на 20-40°C у параўнанні з матэрыялам, які быў правільна апрацаваны.

Выбар асяроддзя для загартавання

Вадзяное загартаванне:

• Найбольш эфектыўнае для прадухілення выпадання другасных фаз

• Рызыка спотварэння для тонкасценных або складаных кампанентаў

• Улічвайце тэмпературу вады (звычайна 20-40°C / 68-104°F)

• Забяспечце поўнае пагружэнне і ўзнагароджванне для роўнамернага ахалоджвання

Прымусовае паветранае ахалоджванне:

• Падыходзіць для тонкіх сектараў (<6 мм) стандартнага дуплексу

• Звычайна недастаткова для марак супер дуплексу

• Патрабуецца высокая хуткасць , роўны паток паветра

• Кантролюйце фактычную хуткасць астуджэння з дапамогай тэрмапар

Тэрмічная апрацоўка пасля зваркі (PWHT)

Калі неабходная тэрмічная апрацоўка пасля зваркі

У асноўным НЕ рэкамендуецца для большасці прымяненняў дуплексных нержавеючых сталёў з-за рызыку ўтварэння шкодных фаз. Аднак абмежаваная тэрмічная апрацоўка пасля зваркі можа быць неабходнай для:

• Зніжэнне напружання у выключна таўстых перасеках

• Прамірная стаяльнасць патрабаванні да дакладных кампанентаў

• Канкрэтныя ўмовы эксплуатацыі дзе высокі рызыка стрэскавай карозіі

Абмежаваныя параметры тэрмічнай апрацоўкі пасля зваркі

Калі неабходна праводзіць тэрмічную апрацоўку пасля зваркі:

Граніцы тэмпературы:

• Максімальная тэмпература : 550°C (1022°F)

• Пераважны дыяпазон : 350-500°C (662-932°F)

• Абсалютнае пазбяганне : 550-950°C (1022-1742°F), дзе хутка развіваецца крохкаватасць

Кіраванне працэсам:

• Хуткасць нагрэву і астуджэння : Максімум 150°C/г (270°F/г)

• Час вытрымкі : Мінімальна неабходны, звычайна 1-2 гадзіны

• Кантроль атмасферы : Запабяганне акісацыі і забруджванню

Кантроль якасці і праверка

Маніторынг тэмпературы і дакументаванне

Патрабаванні да печа:

• Раўнамернасць тэмпературы : ±10°C (±18°F) па ўсёй загрузцы

• Частата каліброўкі : Штвартальная для крытычных прымяненняў

• Інтэрвал рэгістрацыі : Бесперапынная з мінімальным інтэрвалам 5 хвілін

• Сістэмы апавяшчэння : Пры адхіленні тэмпературы >15°C (27°F)

Устаноўка тэрмапары:

• Нескалькі месцаў на ўсім працягу навантажэння

• Прамы кантакт з кампанентамі

• Прадстаўніцкае адбор праб рознай тоўшчыны і геаметрыі

• Праверка незалежнымі пераноснымі пірометрамі

Мікраструктураная праверка

Вымярэнне змеску ферыту:

• Дапушчальны дыяпазон : 35-65% для большасці прыкладанняў

• Аптымальны дыяпазон : 45-55% для звычайнага дуплексу, 40-50% для супердуплексу

• Метады вымярэння : Ферытскоп (калібраваны для дуплексу), металаграфія

• Месца : Нескалькі пунктаў, уключаючы зоны, якія падвяргліся цеплавому ўздзеянню

Выяўленне другасных фаз:

• Метады травлення : Электралямнае травленне ў 10N NaOH або 40% растворах KOH

• Крытэрыі прыдатнасці : Адсутнасць непарыўных сетак другасных фаз

• Колькасны аналіз : Аналіз выявы для крытычных прыкладанняў

Агульныя праблемы тэрмічнай апрацоўкі і іх рашэнні

Праблема: Занадта высокі змест ферыту

Прычыны:

• Тэмпература адпалу занадта высокая

• Хуткасць астуджэння занадта нізкая

• Час вытрымкі недастатковы

Рашэнні:

• Панізіць тэмпературу адпалу у рэкамендаваным дыяпазоне

• Павялічыць хуткасць астуджэння шляхам вадянога загартоўвання

• Праверка роўнамернасці тэмпературы у печы

Праблема: Адкладанне другой фазы

Прычыны:

• Павольнае ахалоджванне ў дыяпазоне 750-950°C

• Неабмежанае падвяржэнне крытычнаму тэмпературнаму дыяпазону

• Недастатковая тэмпература ці час растворнага адпалу

Рашэнні:

• Паўторны растворны адпал з правільнымі параметрамі

• Увядзенне хуткага загартоўвання

• Агляд тэрмічнай гісторыі пры неўмыслоўным экспанаванні

Праблема: Скасаванне ці Выгінанне

Прычыны:

• Няроўнамернае награванне або ахалоджванне

• Няправільная падтрымка падчас тэрмічнай апрацоўкі

• Занадта вялікія тэмпературныя градыенты

Рашэнні:

• Палепшыць роўнамернасць печы

• Выкарыстоўвайце правільныя прыстасаванні і апоры

• Кантроль скорасці награвання і ахалоджвання

• Прымяніце звальвянне напружанняў перад апошняй апрацоўкай

Асаблівыя пытанні для фітынгаў

Складанасці пры складаных геаметрычных формах

Раўнамернасць тэмпературы:

• Стратэгічнае размяшчэнне тэрмапар у тоўстых і тонкіх секцыях

• Падоўжаны час вытрымкі для цяжкіх стэнавых фітынгаў

• Канструкцыя прыстасавання для мінімізацыі тэніравання

Эфектыўнасць закалячвання:

• Арыентацыя падчас закалячвання для прадухілення ўтварэння паравых кішэняў

• Патрабаванні да ўзбуйнення для складаных унутраных геаметрый

• Некалькі арыентацый пры закалячванні для вялікіх фітынгаў

Рэзьбавыя і апрацаваныя кампаненты

Абарона пры тэрмічнай апрацоўцы:

• Абаронныя пакрыцці на рэзьбе і дакладных паверхнях

• Кантроль атмасферы для прадухілення акісацыі

• Праверка пасля адпалу крытычных памераў

Дапаможнік па выяўленні і ўсуненні непаладак

Метады хуткай ацэнкі

Праверка магнітнай рэакцыі:

• Выкарыстоўвайце калібраваны ферытскоп для хуткай ацэнкі змесціва ферыту

• Параўнайце з вядомымі ўзорамі, якія былі правільна падвяргнутыя тэрмічнай апрацоўцы

• Вызначце істотныя адхіленні ў межах аднаго кампанента

Травяная практка:

• Хуткае электралітычнае травянне для выяўлення другасных фаз

• Параўнайце афарбоўванне і рэакцыю на травянне з эталоннымі ўзорамі

• Выкарыстоўвайце для прыняцця рашэння «годны/нягодны» перад поўнай металаграфіяй

Карэкцыйная тэрмічная апрацоўка

Калі магчыма паўторная апрацоўка:

• Кампаненты без істотных размерных абмежаванняў

• Калі мікраструктура паказвае выпраўляльныя праблемы

• Перад апошняй апрацоўкай або крытычнымі этапамі вырабу

Параметры паўторнага адпалу:

• Тая ж тэмпературная вобласць што і пры першапачатковым адпале

• Пашыраны час вытрымкі (на 25-50% даўжэй)

• Палепшаныя меры ахалоджвання

• Дадатковая праверка тэстынг

Дакументаванне і адсочваемасць

Абавязковыя запісы

Дакументацыя па цяплавой апрацоўцы:

• Тэмпературныя графікі з запісамі часу і тэмпературы

• Месцы размяшчэння тэрмапар і паказанні

• Параметры гартавання (асрэдак, тэмпература, працягласць)

• Канфігурацыя загрузкі і ідэнтыфікацыя кампанентаў

Сертыфікацыя матэрыялу:

• Свідоцтвы пра тэрмічную апрацоўку з фактычнымі параметрамі

• Вымярэнні змесці ферыту

• Вынікі выпрабаванняў на карозійнасць пры наяўнасці патрэбы

• Захаванне аднастайнасці з першапачатковым сертыфікатам матэрыялу

Вывад

Правільная тэрмічная апрацоўка труб і фітынгаў з дуплекснай сталі — гэта не проста працэдура: гэта асноўны фактар, які вызначае эксплуатацыйныя характарыстыкі. Апісаныя тут падыходы заснаваны на сукупным досведзе шматлікіх выпадкаў няўдач і поспехаў у галіне.

Асноўныя прынцыпы поспеху ўключаюць:

1. Точнае кіраванне температурай у межах дыяпазону, характэрнага для кожнай маркі

2. Дастатковы час вытрымкі з улікам рэчаіснай таўшчыні сячэння

3. Хуткае ахалоджанне праз крытычны дыяпазон тэмператур

4. Камплексная праверка мікраструктурных вынікаў

5. Поўная дакументацыя для трасіроўкі і гарантавання якасці

Дадатковыя намаганні, неабходныя для правільнай цеплавой апрацоўкі, прыносяць істотны эфект у выглядзе падаўжэння тэрміну службы, зніжэння коштаў на тэхнічнае абслугоўванне і паляпшэння бяспекі. Як адзін з вопытных інжынераў-матэрыялазнаўцаў сказаў: "У дуплексных нержавеючых сталей няма кароткіх шляхоў пры цеплавой апрацоўцы. Матэрыял запамінае кожнае цеплавое адхіленне і рана ці позна паказвае, ці была гэтая памяць станоўчай ці адмоўнай."

Увядзенне гэтых найлепшых практык дазваляе вырабнікам і выканальнікам пераканацца, што трубаправоды і фітынгі з дуплекснай сталі раскрыюць свой поўны патэнцыял у плане стойкасці да карозіі і механічных характарыстык у складаных эксплуатацыйных умовах.