Чаму разрушилася маё дуплекснае сталёвае жалеза? Агляд распаўсюджаных праблем і мер па прадухіленні

Чаму разрушилася маё дуплекснае сталёвае жалеза? Агляд распаўсюджаных праблем і мер па прадухіленні

Двухслойныя нержавеючыя сталі (2205, UNS S32205/S31803) прапануюць пераканаўчыя характарыстыкі:

Абяцанне двухслойнасці: дзе сустрэцца чаканні і рэчаіснасць

Двухслойныя нержавеючыя сталі (2205, UNS S32205/S31803) прапануюць пераканаўчыя характарыстыкі:

• Модальнае сіла прыкладна ў два разы больш, чым у нержавеючых сталёў 304/316

• Выдатная стойкасць да растрэсквання пад уздзеяннем хларыдаў і напружання (SCC)

• Добрая стойкасць да пітінгавай і шчыліннай карозіі з значэннямі PREN 35-40

• Спалучальныя цеплавое пашырэнне і цеплаправоднасць власцівасці

Аднак гэтыя перавагі супадаюць з вызначанай чутлівасцю да ўмоў апрацоўкі і эксплуатацыі, якую многія канструктары і вырабнікі ігнаруюць да тых часоў, пакуль не з'яўляюцца адмовы.

Тыповыя механізмы адмоваў і іх характэрныя прыкметы

1. Растрэскванне пад уздзеяннем хларыдаў і напружання (SCC)

Нягледзячы на тое, што двухфазныя сталі маюць лепшую стойкасць да SCC у параўнанні з аўстытнымі маркамі, яны не зусім імунныя:

Сцэнарый адмовы:
Сістэма трубаправодаў з двухфазнай сталі 2205 на хімічным заводзе выйшла з ладу праз усяго 8 месяцаў пры эксплуатацыі ў асяроддзі халадзільнай вады, якая змяшчае хларыды, пры тэмпературы 85°C. Трэшчыны распаўсюджваліся з вонкавай паверхні ў месцах, дзе дзейнічалі разважальныя напружанні.

Аналіз каранёвых прычын:

• Канцэнтрацыя хларыдаў: 15,000 ppm

• Тэмпература: пастаянна вышэй за 80°C

• Засталыя напружанні ад зваркі не ўсунутыя

• Крытычнае выяўленне : Хоць дуплекс лепш супрацьстаяць НКР, чым 304/316, ён мае вызначаныя тэмпературныя абмежаванні, якія былі перавышаны

Ідэнтыфікацыя:

• Галузевыя трансгранулярныя трэшчыны бачныя пад мікраскопам

• Трэшчыні звычайна ўзнікаюць у месцах ямак ці канцэнтратараў напружанняў

• Часцей за ўсё ўзнікае ў зонах, якія падвергліся цяплу (ЗПЦ), зварных швоў

2. Фазы аміргчэння: Маўклівыя мікроструктурныя забойцы

Найбольш распаўсюджаны, але прадухільны механізм адмовы ў двухслойных сталях:

Утварэнне сігма-фазы

Дзе ўзнікае:

• Зоны, якія падвяргаюцца цеплаваму ўздзеянню пры зварцы

• Вобласці з доўгатрываючым уздзеяннем у дыяпазоне 600–950 °C

• Павольна астылыя часткі пасля зваркі ці тэрмічнай апрацоўкі

Уплыў:

• Рэзкае зніжэнне вязкасці (страта да 90%)

• Рэзкае пагоршанне каразійнай стойкасці

• Хрупкае разбурэнне пад нагрузкай

Прыклад выпадку:
У рафінэрыі двухслойная перадаўальная лінія выйшла з ладу падчас выпрабавання на ціск пасля заваркі. Металаграфічны аналіз выявіў ўтварэнне сігма-фазы ў зоне тэрмічнага ўздзеяння, што знізіла ўдарную вязкасць з чаканых больш за 100 Дж да менш за 15 Дж.

ахрупчванне пры 475°C

Калі узнікае:

• Пры доўгатэрміновай эксплуатацыі ў дыяпазоне 300–525°C

• Пасля некалькіх гадоў працы ў вырабах пры высокай тэмпературы

• Асабліва праблематычна для цісковых судоў і рэактараў

Наступствы:

• Паступовае зніжэнне вязкасці

• Часта застаецца незаўважаным да моманту катастрафічнага разбурэння

• Нявыпраўныя пашкоджванні, якія патрабуюць замены

3. Баланс Ірпрофаз: Суадносіны 50-50, Якія Не Могуць Быць Ігнараваны

Баланс 50% аўстэну / 50% ферыту — гэта не проста ідэальнае суадносіна: ён неабходны:

Тыпавыя праявы адмоваў:
Падводны трубаправод падаўся нечаканаму каразійнаму ўздзеянню ў той час, калі павінен быў быць выкананы з дуплекснай сталі 2205. Аналіз паказаў, што мікраструктура ўтрымлівае 80% ферыту, што робіць яе ўразлівай да каразійных працэсаў, якія ня могуць уплываць на правільна збалансаваную дуплексную сталь.

Прычыны парушэння балансу фаз:

• Хуткае ахалоджванне пасля растварнага адпалу : Сприяе ўтварэнню ферыту

• Няправільная тэмпература тэрмічнай апрацоўкі : Растварны адпал павінен праводзіцца ў дыяпазоне ад 1020 да 1100°C

• Няправільны выбар прыпою пры зварцы

Наступствы дысбалансу:

• Зададзены ферыт: паменшаная ударная вязкасць і стойкасць да НСР

• Зададзены аўстэніт: ніжняя цвёрдасць і іншая карозійная паводзіна

• Абедзве сітуацыі: адхіленне ад чаканай паводзіны матэрыялу

4. Гальванічная карозія: праблема злучэння

Двухфазныя сталі займайць прамяжкавае становішча ў гальванічным шэрагу:

Праблемная сітуацыя:
У сістэме трубаправодаў, якая злучае двухфазную сталь 2205 з нікелевымі сплавамі, назіралася моцная карозія з боку двухфазнай сталі ў месцах злучэнняў.

Рэчаіснасць:

• Дуплекс ёсць анадык да нікелевых сплаваў напрыклад, Хастэлой

• Пры злучэнні ў праводных асяродках дуплекс кародуе першачаргова

• Шмат інжынераў памылкова лічаць, што ўсе нержавеючыя сталі паводзяць сябе па-падобнаму гальванічна

5. Шчылінная карозія: геаметрычная пастка

Нягледзячы на добрую стойкасць, дуплекс мае абмежаванні:

Умовы адмовы:

• Застаяныя растворы хларыдаў

• Тэмпературы вышэй крытычнай тэмпературы пітінгу

• Пад прадкладкамі, адкладаннямі ці ў цесных злучэннях

• Асяроддзі з нізкім узроўнем рН

Прабел у прадухіленні:
Шматлікія канструктары выкарыстоўваюць дуплекс у ўмовах, крыху перавышаючых яго магчымасці, спадзяючыся на яго класіфікацыю як «нержавеючага», не правяраючы канкрэтныя граніцы стойкасці да карозіі.

Праблемы вырабу: дзе пачынаюцца большасць непрыемнасцей

Праблемы пры зварцы: найбольш частая прычына адмовы

Няправільныя метады зваркі, выяўленыя пры расследаванні адмоваў:

1. Няправільны кантроль тэмпературы паміж праходамі

   • Максімум: 150°C для стандартнага дуплексу

   • Рэчаіснасць: пры палевых зварочных працах гэты ліміт часта істотна перавышаецца

   • Наследак: утварэнне фазы Сігма і пагоршаная карозійная стойкасць

2. Няправільны выбар прыпою

   • Выкарыстанне зваральнай праволакі 309L замест 2209 змяняе баланс фаз

   • Несумяшчальнасць складу ўплывае на карозійную стойкасць

3. Поганае газавае абароннае асяроддзе

   • Змяненне колеру — гэта не толькі эстэтычная праблема: яно паказвае на ўтварэнне аксыдаў

   • Аксыды зніжаюць карозійную стойкасць у зоне зваркі

4. Недастатковы цеплавы ўклад

   • Занадта нізкі: надмерная колькасць ферыту ў зоне тэрмічнага ўздзеяння

   • Занадта высокі: ўтварэнне выдзяленняў і рост зёран

Памылкі пры тэрмічнай апрацоўцы

Памылкі пры вяшчанні ў раствор:

• Тэмпература занадта нізкая: Недастатковае растварэнне выдзяленняў

• Тэмпература занадта высокая: Занадта высокі змест ферыту пасля ахалоджвання

• Хуткасць ахалоджвання занадта малая: Вылучэнне металідыў

Метады прадухілення: Усуненне адмоваў на ўзроўні канструявання

Умяшанні на стадыі праектавання

Тэмпературныя і эксплуатацыйныя абмежаванні:

• Максімальная працоўная тэмпература ў хларыдах : 80-90°C для дуплекснай сталі 2205

• кантроль pH : Захоўвайце вышэй за 3 для аптымальнай прадукцыйнасці

• Парогавыя значэнні хлорыдаў : Улічвайце, што 2205 мае абмежаванні — не меркаваць пра імунітэт

Кіраванне напружаннем:

• Пакажыце паслязварачная тэрмічная апрацоўка для цяжкіх умоваў эксплуатацыі

• Канструкцыя згодна з змяншэнне засталёвых напружанняў

• Ўдзярванне концэнтраторы напружанняў у месцах змены кірунку

Гарантаванне якасці вырабу

Уласцівасць пратаколу зваркі:

- Прыпоўненьні метал: 2209 для асноўнага металу 2205 - Тэмпература паміж праходамі: ≤150°C, непарыўна кантралюецца - Абаронны газ: аргон чыстасцю 99,995% з даданнем 30-40% гелію - Укладанне цяпла: 0,5-2,5 кДж/мм у залежнасці ад таўшчыні 

Праверачныя выпрабаванні:

• Вымярэнні ферытскопам па зварных швах: Дапустым дыяпазон 35-65% ферыту

• Выпрабаванне на карозію зразкоў зварных шваў: ASTM G48 Метад A

• Інспектаванне з выкарыстаннем афарбоўкі : Усе зварныя злучэнні, без выключэнняў

Аперацыйны маніторынг і тэхнічнае абслугоўванне

Кантроль крытычных параметраў:

• Адхіленні тэмпературы вышэй канструкцыйных лімітаў

• Павелічэнне канцэнтрацыі хлорыдаў

• ваганні pH за межамі рабочага дыяпазону

• Адкладанне асадкаў, што ўказвае на ўмовы з нізкай патокавасцю

Праграма прафілактычнага агляду:

• Рэгулярнае ўльтразвукавае вымярэнне таўшчыні ў крытычных зонах

• Магнітна-партыкулярны тэст з вільготным флуарэсцэнтным рэчывам для выяўлення трэшчын

• Вымярэнні таўшчыні з дапамогай шаблонаў у вядомых праблемных зонах

Працэдура аналізу адмоваў: Вызначэнне сапраўднай прычыны

Калі адбылася адмова, сістэматычнае расследаванне выяўляе галоўную прычыну:

1. Візуальны агляд і дакументацыя месца адмовы

2. ХІМІЧНЫ АНАЛІЗ каб праверыць склад матэрыялу

3. Металаграфія каб вывучыць мікраструктуру і баланс фаз

4. Фрактаграфія каб вызначыць ініцыяцыю і распаўсюджванне трэшчын

5. Аналіз карозійных прадуктаў каб вызначыць уплыў навакольнага асяроддзя

6. Выпрабаванне механічных характарыстык каб пацвердзіць дэградацыю ўласцівасцей

7. Агляд запісаў аб вырабе і заварочныя працэдуры

Выбар матэрыялу: калі дуплекс — гэта не адказ

Часам найлепшай прафілактыкай з'яўляецца выбар іншага матэрыялу:

Разгледзьце супердуплекс (2507), калі:

• Узровень хларыдаў перавышае магчымасці 2205

• Высокія тэмпературы немагчыма пазбегнуць

• Патрабуецца падвышаная цвёрдасць

Разгледзьце нікелевыя сплавы, калі:

• Камбінацыя тэмпературы і хларыдаў вельмі высокая

• Прывутныя кіслоты знаходзяцца ў наяўнасці

• Папярэднія адмовы дуплексу паказваюць на занадта агрэсіўныя ўмовы

Шлях да надзейнай эксплуатацыі двухфазных сталёў

Адмовы двухфазных сталёў звычайна вынікаюць з расходжання паміж тэарэтычнымі магчымасцямі і практычнымі абмежаваннямі прымянення. Чулістасць матэрыялу да апрацоўкі азначае, што правільная вытворчасць з'яўляецца неабходнай. Зразумеўшы асноўныя механізмы адмовы — утварэнне крохкіх фаз, хларыднае НДК, гальванічную карозію і няроўнавагу фаз — інжынеры могуць увесьці канкрэтныя кантрольныя меры, каб дасягнуць абяцанай эфектыўнасці двухфазных сталёў.

Розніца паміж поспехам і адмовай двухфазных сталёў часта залежыць ад таго, ці ўлічваюцца патрабаванні да апрацоўкі, і ад разумення таго, што "нержавеючы" не азначае "незнішчальны". Пры правільным заданні параметраў, кантролі вытворчасці і эксплуатацыі ў вызначаных мяжах двухфазныя сталі забяспечваюць выдатную працаздольнасць. Без гэтых мер кантролю адмовы магчымыя не проста — яны законамерныя.