1. Alloy 825 (UNS N08825) je speciálně navržena pro silně korozivní prostředí. Jaká je základní „trojá aliance“ legujících prvků, která zajišťuje jejich odolnost vůči redukčním kyselinám, oxidujícím chemikáliím a lokalizovanému napadení chloridy, a jaká je specifická role každého z nich?
Odolnost slitiny 825 proti korozi je postavena na robustní, synergické kombinaci niklu, chrómu a molybdenu, často nazývané „trojitá aliance“.
Nikl (~40 %): Nadace pro snižování médií.
Úloha: Nikl poskytuje vlastní odolnost vůči redukčním kyselinám, jako je kyselina sírová a fosforečná, a co je nejdůležitější, vůči chloridovému stresovému koroznímu praskání (Cl-SCC). Jeho čelní-centrovaná krychlová (FCC) struktura zůstává tvárná a odolná vůči šíření trhlin v chloridových prostředích, kde austenitické nerezové oceli (304, 316) katastrofálně křehnou a selhávají.
Chrom (~21,5 %): Obránce proti oxidačním podmínkám.
Úloha: Chrom je klíčovým prvkem pro vytvoření stabilní ochranné pasivní vrstvy oxidu chromitého (Cr₂O₃) na povrchu. Tento film je stabilní v oxidačních prostředích, jako je kyselina dusičná, horké roztoky obsahující železité nebo měďnaté ionty a v přítomnosti vzduchu nebo kyslíku. Je to první linie obrany proti obecné korozi a oxidaci.
Molybden (~3 %): Specialista na lokalizovanou korozi.
Úloha: Molybden dramaticky zlepšuje odolnost vůči důlkové a štěrbinové korozi v roztocích obsahujících chloridové-ionty-. Zvyšuje stabilitu pasivního filmu v těchto agresivních, lokalizovaných prostředích. Kombinace Cr a Mo dává slitině 825 vysoké ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové odolnosti (PREN > 30), díky čemuž je vhodná pro brakickou vodu, mořskou vodu a chemické procesy s chloridy.
Slitina 825 navíc obsahuje ~2,2 % mědi, která dále zvyšuje její odolnost vůči kyselině sírové, a titan pro stabilizaci proti senzibilizaci během svařování.
2. Incoloy 800/800H/800HT je známý svou pevností a stabilitou při vysokých-teplotách. I když má méně molybdenu než slitina 825, jaká specifická strategie legování a výsledné mikrostrukturální vlastnosti z něj činí preferovanou volbu pro trubky výměníků tepla v aplikacích přehřáté páry, tepelného krakování a reformátorů?
Řada Incoloy 800 využívá jinou strategii: pevné-zpevnění roztoku a řízené srážení pro vysokou-odolnost proti tečení při vysokých teplotách, spíše než boj proti korozi v kapalné-fázi.
Alloying Strategy: The Iron-Nickel-Chromium Balance.
Základem je vyvážená matrice Fe-Ni-Cr (~32Ni-21Cr-bal Fe), která poskytuje stabilní austenitickou strukturu a dobrou odolnost proti oxidaci.
Kritickými diferenciátory pro jakosti 800H/800HT jsou kontrolované úrovně uhlíku a hliníku/titanu.
Výsledná mikrostrukturní vlastnost: Pevnost při tečení.
Incoloy 800H má řízený obsah uhlíku (0,05-0,10 %) a vyžaduje se, aby byl žíhán v roztoku nad 2100 stupňů F (1150 stupňů), aby se dosáhlo velikosti zrna ASTM 5 nebo hrubší.
Incoloy 800HT přidává požadavky na obsah Al+Ti (0,85-1,20 %).
Mechanismus: Při vysokých teplotách uhlík a Al/Ti tvoří jemnou stabilní disperzi karbidů a gama{0}}primárních [ '] precipitátů v austenitické matrici. Tyto precipitáty působí jako silné překážky pro přelézání dislokací a klouzání hranic zrn-primárních mechanismů creepové deformace. To dává třídám 800H/HT jejich výjimečnou pevnost a odolnost vůči deformaci při mechanickém zatížení při teplotách často přesahujících 1000 stupňů F (540 stupňů) a až 1300 stupňů F (705 stupňů).
Slitina 825 by bez tohoto specifického zpevňovacího mechanismu za těchto podmínek rychle ztrácela pevnost a tekla by se. Proto je pro vysokotlaké plyny s vysokou-teplotou a vysokým-tlakem upřednostňována ocel Incoloy 800H/HT, zatímco slitina Alloy 825 je vybrána pro nižší-teplotu a vodní korozi.
3. Svazek trubek výměníku tepla musí být vyroben přivařením trubek k trubkovnici. Jaký je u svazku slitiny Alloy 825 primární mechanismus selhání koroze související se svařováním-a jak tomu brání obsah titanu ve slitině a použití „nízkých-uhlíkových nebo „stabilizovaných“ přídavných kovů?
Primárním mechanismem selhání-svaření je Weld Decay nebo Knife{1}}Line Attack (KLA), formy mezikrystalové koroze v tepelně-ovlivněné zóně (HAZ).
Mechanismus: Senzibilizace.
Během svařování se HAZ zahřeje na kritický teplotní rozsah (~800-1500 stupňů F / 427-816 stupňů). V tomto rozmezí se mohou karbidy chrómu (Cr23C6) srážet přednostně podél hranic zrn. To ochuzuje sousední matrici o chrom a vytváří úzkou zónu ochuzenou o chrom, která je vůči zbytku zrna anodická. V korozním prostředí je tato zóna selektivně napadána, což vede k mezikrystalovému praskání a selhání.
Řešení: Stabilizace titanem.
Alloy 825 obsahuje titan (~0,9-1,2%), který má mnohem silnější afinitu k uhlíku než chrom.
Během konečného tepelného zpracování trubky rozpouštěcím žíháním se titan spojuje s uhlíkem za vzniku stabilních karbidů titanu (TiC).
Tyto částice TiC jsou stabilní při svařovacích teplotách, „svazují“ uhlík a zabraňují mu ve vytváření karbidů chrómu. Tím je zajištěno, že v pevném roztoku zůstane dostatečné množství chrómu pro udržení pasivity, čímž se zabrání senzibilizaci.
Cvičení s přídavným kovem:
Pro větší jistotu se svařování provádí pomocí přídavných kovů ERNiFeCr-1 nebo ERNiCr-3, které jsou také stabilizovány titanem (a někdy niobem). To zajišťuje, že samotný svarový kov je také imunní vůči senzibilizaci a vytváří tak spoj plně odolný proti korozi.
4. V plášťovém-a-trubkovém výměníku tepla chlazeném mořskou vodou čelí materiál trubek složité korozní výzvě. Proč by měla být slitina 825 vybrána před nerezovou ocelí 316L a za jakých konkrétních provozních podmínek (souvisejících s průtokem a čistotou) by i slitina 825 vyžadovala robustnější alternativu, jako je superaustenitická 6% molybden nebo slitina niklu-mědi?
Alloy 825 je vybrána nad 316L z jednoho primárního důvodu: Odolnost vůči chloridovému stresovému koroznímu praskání (Cl-SCC) a vynikající odolnost vůči důlkové korozi.
316L Stainless Steel: Will almost certainly suffer from Cl-SCC in hot seawater (>~60 stupňů / 140 stupňů F). Jeho PREN je příliš nízký na to, aby spolehlivě odolal důlkové a štěrbinové korozi, zejména pod usazeninami nebo ve stojatých oblastech.
Alloy 825: Díky vysokému obsahu niklu je imunní vůči Cl-SCC. Jeho vyšší PREN poskytuje mnohem větší bezpečnostní rezervu proti důlkové a štěrbinové korozi v chloridech.
Stav vyžadující robustnější alternativu: Nízký průtok a znečištění.
Omezení slitiny 825 v mořské vodě se objevuje za stojatých nebo nízkých{1}}průtoků, kdy dochází k biologickému znečištění a usazování bahna.
Pod ložiskem se prostředí odkysličí a okyselí (stav štěrbiny).
I když je slitina 825 (PREN ~33) odolná, může být stále citlivá na iniciaci štěrbinové koroze v těchto zvláště agresivních, dlouhodobě- stagnujících podmínkách.
V tomto scénáři je požadována slitina s vyšším PREN:
A 6% Molybdenum super austenitic (e.g., 254 SMO, PREN >43) or a super duplex (e.g., 2507, PREN >42) nabízí větší odolnost proti štěrbinové korozi.
Pro nejtvrdší, stojatou a znečištěnou mořskou vodu jsou často nejlepší volbou slitiny niklu-mědi, jako je Alloy 400 (Monel), díky své vynikající odolnosti vůči stojaté, vysoké-rychlosti a znečištěné mořské vodě.
5. Pokud je trubice Incoloy 800H specifikována pro službu topného tělesa, je kritické označení „H“ (pro vysokou-teplotu). Jaké dva specifické chemické a metalurgické požadavky definují jakost „H“ a jak přímo přispívají k prodloužené životnosti trubky za podmínek tečení?
„H“ v Incoloy 800H znamená řízenou chemii a mikrostrukturu speciálně přizpůsobenou pro vysokou-odolnost vůči tečení při vysokých teplotách, podle ASTM B407 / B163.
Chemický požadavek: Kontrolovaný obsah uhlíku.
Specifikace: Obsah uhlíku má být mezi 0,05 % a 0,10 %. To je výrazně vyšší než u standardní třídy Incoloy 800 (0,03 % max. C).
Příspěvek k životnosti: Tento vyšší, kontrolovaný obsah uhlíku poskytuje potřebné „palivo“ pro tvorbu sekundárních karbidů chrómu uvnitř zrn a na hranicích zrn během provozu. Tyto jemné karbidy posilují hranice zrn proti skluzu a matrici proti dislokačnímu pohybu, což jsou primární mechanismy porušení při tečení.
Metalurgický požadavek: Rozpouštěcí žíhání a kontrola velikosti zrna.
Specifikace: Materiál musí být žíhán v roztoku při minimální teplotě 2100 stupňů F (1149 stupňů). Toto vysokoteplotní-žíhání je nutné k dosažení čísla zrnitosti ASTM 5 nebo hrubšího (tj. větší velikosti zrna).
Příspěvek k životnosti: Hrubá struktura zrn má méně hranic zrn na jednotku objemu. Vzhledem k tomu, že poškození tečením často začíná na hranicích zrn (prostřednictvím tvorby dutin a koalescence), méně hranic se přímo promítá do delší doby do prasknutí tečením. Hrubá zrna poskytují delší, klikatější cestu pro šíření trhliny.
Kombinace uhlíku pro zpevnění precipitátů a hrubozrnné struktury pro snížení akumulace poškození při tečení je to, co umožňuje trubkám Incoloy 800H spolehlivě fungovat po desetiletí při vysokém namáhání při teplotách, kdy by většina ostatních konstrukčních slitin rychle selhala.
