1. Legura 825 (UNS N08825) je posebno dizajnirana za teška korozivna okruženja. Koja je temeljna "trostruka alijansa" legirajućih elemenata koja osigurava njegovu otpornost na redukcijske kiseline, oksidirajuće kemikalije i lokalizirani napad klorida i koja je specifična uloga svakog od njih?
Otpornost legure 825 na koroziju izgrađena je na robusnoj, sinergijskoj kombinaciji nikla, hroma i molibdena, koja se često naziva "trostruki savez".
Nikl (~40%): Fondacija za smanjenje medija.
Uloga: Nikl pruža inherentnu otpornost na redukcijske kiseline, kao što su sumporna i fosforna kiselina, i što je najvažnije, na pucanje hloridnim stresom (Cl-SCC). Njegova kubična-kockasta (FCC) struktura ostaje duktilna i otporna na širenje pukotina u hloridnim sredinama gdje se austenitni nehrđajući čelici (304, 316) krte i katastrofalno propadaju.
Krom (~21,5%): Zaštitnik od oksidirajućih uslova.
Uloga: Krom je ključni element za formiranje stabilnog, zaštitnog pasivnog sloja krom oksida (Cr₂O₃) na površini. Ovaj film je stabilan u oksidirajućim sredinama kao što je dušična kiselina, vruće otopine koje sadrže željezne ili bakrene ione, te u prisustvu zraka ili kisika. To je prva linija odbrane od opće korozije i oksidacije.
Molibden (~3%): Specijalista za lokalizovanu koroziju.
Uloga: molibden drastično poboljšava otpornost na koroziju udubljenja i pukotina u otopinama koje sadrže klorid{0}}jone-. Poboljšava stabilnost pasivnog filma u ovim agresivnim, lokaliziranim okruženjima. Kombinacija Cr i Mo daje leguri 825 visok ekvivalentni broj otpornosti na taloženje (PREN > 30), što je čini pogodnom za bočatu vodu, morsku vodu i tokove hemijskih procesa sa hloridima.
Dodatno, legura 825 sadrži ~2,2% bakra, što dodatno povećava njegovu otpornost na sumpornu kiselinu, i titanijum za stabilizaciju od preosetljivosti tokom zavarivanja.
2. Incoloy 800/800H/800HT je poznat po svojoj -čvrstoći i stabilnosti na visokim temperaturama. Iako ima manje molibdena od legure 825, koja specifična strategija legiranja i rezultirajuća mikrostrukturna svojstva ga čine poželjnim izborom za cijevi izmjenjivača topline u primjenama pregrijane pare, termičkog krekiranja i reformatora?
Incoloy 800 serija koristi drugačiju strategiju: jačanje-čvrstim rastvorom i kontrolisano taloženje za otpornost na visoko-temperaturnu otpornost na puzanje, umjesto da se bori protiv korozije u tečnoj{3}}fazi.
Strategija legiranja: Balans željeza-Nikla-hroma.
Baza je izbalansirana Fe-Ni-Cr matrica (~32Ni-21Cr-bal Fe), koja pruža stabilnu austenitnu strukturu i dobru otpornost na oksidaciju.
Kritične razlike za tipove 800H/800HT su kontrolisani nivoi ugljenika i aluminijuma/titanijuma.
Rezultirajuća mikrostrukturna svojstva: Snaga puzanja.
Incoloy 800H ima kontrolisani sadržaj ugljenika (0,05-0,10%) i potrebno je da bude žaren u rastvoru iznad 2100 stepeni F (1150 stepeni) da bi se postigla ASTM veličina zrna od 5 ili krupnija.
Incoloy 800HT dodaje zahtjeve za sadržaj Al+Ti (0,85-1,20%).
Mehanizam: Na visokim temperaturama, ugljenik i Al/Ti formiraju finu, stabilnu disperziju karbida i gama{0}}prime ['] precipitata unutar austenitnog matriksa. Ovi precipitati djeluju kao snažne prepreke za penjanje dislokacije i klizanje granice zrna-primarne mehanizme deformacije puzanja. Ovo daje 800H/HT razredima njihovu izuzetnu čvrstoću i otpornost na deformaciju pod mehaničkim opterećenjem na temperaturama koje često prelaze 1000 stepeni F (540 stepeni) i do 1300 stepeni F (705 stepeni).
Legura 825, bez ovog specifičnog mehanizma za jačanje, brzo bi izgubila snagu i puzala bi u ovim uslovima. Stoga, za visoko{2}}temperaturne i-pritiske plinske usluge, Incoloy 800H/HT je poželjan, dok je Alloy 825 odabran za niže-temperaturne, vodene korozije.
3. Cijevni snop izmjenjivača topline mora biti proizveden zavarivanjem cijevi na cijev. Za paket Alloy 825, koji je primarni mehanizam kvara-od korozije povezan sa zavarivanjem, i kako to sprječava sadržaj titana u leguri i upotreba "niskog-ugljika" ili "stabiliziranih" metala za punjenje?
Primarni mehanizam kvara{0}}vezanog za zavarivanje je raspadanje zavarivanja ili napad na liniju nožem{1}}(KLA), oblici intergranularne korozije u zoni{2}}zahvaćenoj toplinom (HAZ).
Mehanizam: senzibilizacija.
Tokom zavarivanja, HAZ se zagreva do kritičnog temperaturnog opsega (~800-1500 stepeni F / 427-816 stepeni). U ovom opsegu, karbidi hroma (Cr₂₃C₆) mogu precipitirati prvenstveno duž granica zrna. Ovo iscrpljuje susjedni matriks hroma, stvarajući usku, hromom osiromašenu zonu koja je anodna u odnosu na ostatak zrna. U korozivnom okruženju, ova zona je selektivno napadnuta, što dovodi do intergranularnog pucanja i loma.
Rješenje: stabilizacija titanijuma.
Legura 825 sadrži titanijum (~0,9-1,2%), koji ima mnogo jači afinitet prema ugljeniku od hroma.
Tokom termičke obrade cijevi završnom žarenjem, titanijum se kombinuje sa ugljenikom da bi formirao stabilne titanijum karbide (TiC).
Ove TiC čestice su stabilne na temperaturama zavarivanja, "vezuju" ugljenik i sprečavaju ga da formira hrom karbide. Ovo osigurava da dovoljno hroma ostane u čvrstom rastvoru za održavanje pasivnosti, čime se sprečava senzibilizacija.
Praksa za metal za punjenje:
Za dodatnu sigurnost, zavarivanje se izvodi pomoću ERNiFeCr-1 ili ERNiCr-3 metala za punjenje, koji su također stabilizirani titanijumom (i ponekad niobijem). Ovo osigurava da je i sam metal šava imun na preosjetljivost, stvarajući spoj potpuno otporan na koroziju.
4. U kućištu{1}}i-izmjenjivaču topline koji se hladi morskom vodom, materijal cijevi se suočava sa složenim izazovom korozije. Zašto bi legura 825 bila odabrana u odnosu na 316L nehrđajući čelik, i pod kojim specifičnim radnim uvjetima (u vezi sa protokom i čistoćom) bi čak i legura 825 zahtijevala robusniju alternativu kao što je 6% molibden super austenit ili legura nikla-bakara?
Legura 825 je odabrana preko 316L iz jednog primarnog razloga: otpornost na pucanje hloridnim stresom od korozije (Cl-SCC) i vrhunska otpornost na piting.
316L Stainless Steel: Will almost certainly suffer from Cl-SCC in hot seawater (>~60 stepeni / 140 stepeni F). Njegov PREN je prenizak da bi se pouzdano odupreo koroziji udubljenja i pukotina, posebno ispod naslaga ili u stagnirajućim područjima.
Legura 825: Visok sadržaj nikla čini je imunom na Cl-SCC. Njegov veći PREN pruža mnogo veću sigurnosnu marginu protiv korozije u obliku rupica i pukotina u hloridima.
Stanje koje zahtijeva robusniju alternativu: Nizak protok i onečišćenje.
Ograničenje legure 825 u morskoj vodi javlja se pod stagnirajućim ili niskim-uslovima protoka gdje dolazi do bioobraštanja i taloženja mulja.
Pod taloženjem, okolina postaje deoksigenirana i kisela (stanje pukotina).
Iako je otporna, legura 825 (PREN ~33) i dalje može biti podložna iniciranju korozije u pukotinama u ovim posebno agresivnim, dugotrajnim stagnirajućim uslovima.
U ovom scenariju, legura s višim PREN je obavezna:
A 6% Molybdenum super austenitic (e.g., 254 SMO, PREN >43) or a super duplex (e.g., 2507, PREN >42) nudi veću otpornost na koroziju u pukotinama.
Za najozbiljniju, ustajalu i zagađenu morsku vodu, legure nikla{0}}bakara kao što je Alloy 400 (Monel) često su najbolji izbor zbog svoje odlične otpornosti na ustajalu,-brzinu i zagađenu morsku vodu.
5. Kada je cijev Incoloy 800H specificirana za servis grijača, oznaka "H" (za visoku-temperaturu) je kritična. Koja dva specifična hemijska i metalurška zahtjeva definiraju "H" klasu i kako oni direktno doprinose produženom vijeku trajanja cijevi u uvjetima puzanja?
"H" u Incoloy 800H označava kontroliranu hemiju i mikrostrukturu posebno skrojenu za otpornost na puzanje pri visokim{1}}temperaturama, prema ASTM B407 / B163.
Hemijski zahtjevi: kontrolirani sadržaj ugljika.
Specifikacija: Sadržaj ugljika je obavezan da bude između 0,05% i 0,10%. Ovo je znatno više od standardnog Incoloy 800 razreda (0,03% max C).
Doprinos životnom veku: Ovaj viši, kontrolisani sadržaj ugljenika obezbeđuje neophodno "gorivo" za formiranje sekundarnih karbida hroma unutar zrna i na granicama zrna tokom rada. Ovi fini karbidi jačaju granice zrna protiv klizanja i matriks protiv pomeranja dislokacija, što su primarni mehanizmi kvara pod puzanjem.
Metalurški zahtjevi: žarenje otopinom i kontrola veličine zrna.
Specifikacija: Materijal mora biti žaren rastvorom na minimalnoj temperaturi od 2100 stepeni F (1149 stepeni). Ovo visoko{3}}žarenje je potrebno da bi se postigao ASTM broj veličine zrna od 5 ili grublji (tj. veća veličina zrna).
Doprinos životnom vijeku: Krupnozrnasta struktura ima manje granica zrna po jedinici volumena. Budući da oštećenje puzanja često počinje na granicama zrna (putem formiranja praznina i spajanja), manji broj granica direktno znači duže vrijeme do pucanja puzanja. Krupna zrna pružaju duži, krivudaviji put za širenje pukotina.
Kombinacija ugljika za jačanje precipitata i krupnozrnaste strukture za smanjeno nakupljanje oštećenja od puzanja je ono što omogućava cijevima Incoloy 800H da pouzdano rade decenijama pod visokim naprezanjem na temperaturama gdje bi većina drugih inženjerskih legura brzo otkazala.
