Pibell Dur Di-staen Super Duplex: Graddau, PREN a Therfynau

Beth sy'n Gwneud Dur Di-staen Super Duplex

Mae dur di-staen deublyg super yn aloi dau gam gyda chydbwysedd ferrite ac austenit o tua 50:50, wedi'i aloi â thua 25 y cant o gromiwm, 3 i 5 y cant o folybdenwm, 6 i 8 y cant o nicel a 0.20 i 0.32 y cant o nitrogen. Y dynodiad llywodraethu yw'r rhif cyfatebol gwrthiant tyllu, PREN, wedi'i gyfrifo fel cromiwm plws 3.3 gwaith molybdenwm ynghyd â 16 gwaith nitrogen. Mae graddau deublyg gwych yn sefyll ar PREN 40 ac uwch; dwplecs safonol 2205 yn eistedd ar 34 i 36; mae math 316L tua 24 i 26.

Y graddau masnachol yw UNS S32750, a elwir yn eang yn 2507; UNS S32760, sy'n ychwanegu copr a thwngsten ar gyfer gwell ymwrthedd mewn cyfryngau sylffwrig a chlorid; ac UNS S32550, uwch ddeublyg aloi is a ddefnyddir yn bennaf ar gyfer cydrannau pwmp cast a gyr. Mae'r tri wedi'u pennu ar gyfer pibell a thiwb trwy ASTM A789 ar gyfer tiwbiau, ASTM A790 ar gyfer pibell ddi-dor a weldio, ac ASTM A928 ar gyfer pibell weldio ymasiad trydan wedi'i gwneud â metel llenwi.

Y rheswm y mae peirianwyr yn talu'r premiwm yw cyfuniad nad oes unrhyw radd austenitig yn ei gyflawni ar yr un pryd: cryfder cynnyrch tua dwbl yr hyn yw 316L, ymwrthedd uchel i bylu clorid ac ymosodiad agennau mewn dŵr môr, ac imiwnedd ymarferol i gracio cyrydiad straen clorid ar y tymheredd lle mae graddau austenitig yn methu. Mae ei wendid yr un mor benodol: mae'n ddeunydd sy'n gyfyngedig i dymheredd ac yn ddeunydd sy'n sensitif i driniaeth wres, ac mae'n cosbi gweithdrefnau weldio sy'n anwybyddu'r naill ffaith neu'r llall.

Cemeg a Chyfrifiad PREN

Nid yw'r PREN yn rhif marchnata; dyma'r mynegai dylunio sy'n gwahanu dwplecs o uwch ddeublyg a dwplecs super oddi wrth yr aloion nicel. Oherwydd bod nitrogen yn cyfrannu 16 gwaith ei ffracsiwn màs, mae gwahaniaeth o 0.05 y cant mewn nitrogen yn symud PREN bron i bwynt llawn, a dyna pam mae rheoli nitrogen yn ystod toddi ac yn ystod weldio yn fater derbyn go iawn yn hytrach na throednodyn metelegol.

Mae carbon yn cael ei ddal ar uchafswm o 0.030 y cant yn y graddau uwch ddeublyg oherwydd bod carbon yn cystadlu am gromiwm ac yn hyrwyddo sensiteiddio'r cyfnod austenite. Mae copr yn yr ystod o 0.50 i 1.00 y cant yn S32760 yn gwella ymwrthedd i asid sylffwrig, ac mae twngsten yn yr un amrediad yn codi PREN heb yr un gosb ar galedwch ag a ddaw yn sgil ychwanegiad molybdenwm cyfatebol. Nid yw'r naill elfen na'r llall yn cymryd lle cael y nitrogen a'r driniaeth wres yn gywir.

Ar gyfer prynu, y cemeg sy'n gorfod ymddangos ar dystysgrif y felin yw'r dadansoddiad cynnyrch gyda'r holl elfennau uchod, nid tystysgrif sy'n nodi'r radd yn unig. Gall pibell fod o fewn ystod cyfansoddiad UNS a dal i fethu'r prawf cyrydiad oherwydd bod y cydbwysedd cam yn anghywir, ac ni fydd y cyfansoddiad yn unig yn datgelu hynny.

Priodweddau Mecanyddol a Dyluniadau a Ganiateir

Mae ASTM A790 ac A789 yn nodi cryfder cynnyrch lleiaf o 550 MPa ac isafswm cryfder tynnol o 800 MPa ar gyfer y graddau uwch ddeublyg, gydag estyniad o 15 y cant o leiaf mewn 50 mm, a chap caledwch a ddefnyddir yn gyffredin ar 32 HRC. Gwerthoedd tymheredd ystafell yw'r rhain. Oherwydd bod y microstrwythur dwplecs yn cadw cryfder yn well nag austenite ar dymheredd cymedrol, nid yw'r fantais dylunio yn diflannu ar y tymheredd gweithredu, er yn uwch na tua 250 gradd Celsius mae'r deunydd yn cyrraedd ei nenfwd ymarferol am resymau eraill.

Mae cryfder cynnyrch uchel yn cael effaith uniongyrchol ar drwch wal a phwysau. Ar gyfer llinell dŵr môr sydd wedi'i dylunio ar yr un ffracsiwn straen a ganiateir, gall tiwb deublyg super ar 550 MPa gario tua dwywaith a hanner pwysau tiwb 316L ar 205 MPa ar gyfer yr un diamedr a wal, neu gyflawni'r un pwysau ar tua 40 y cant o'r wal. Mae'r gostyngiad hwnnw'n aml yn adennill rhan fawr o'r premiwm pris deunydd mewn prosiectau alltraeth a dihalwyno, lle mae dur cymorth, inswleiddio a gosod yn costio pob graddfa gyda phwysau.

Cadernid effaith yw'r eiddo sydd fwyaf amlwg yn gwahanu uwch ddeublyg sydd wedi'i brosesu'n gywir oddi wrth un a wrthodwyd. Oherwydd bod y deunydd tua hanner ferrite, mae ganddo drawsnewidiad hydwyth-i-brau, ac mae'r tymheredd pontio yn ddangosydd sensitif o wlybaniaeth cyfnod rhyngfetelaidd. Mae angen profion charpy ar minws 46 gradd Celsius yn gyffredin ar gyfer gwasanaeth tymheredd isel, a dylid nodi'r egni derbyn yn y gorchymyn prynu yn hytrach na'i adael i'r isafswm safonol.

Modd Gwrthsefyll Cyrydiad yn ôl Modd

Gwrthiant tyllu yw'r prif briodwedd. Mewn dŵr môr naturiol, mae tymheredd tyllu critigol gradd dwplecs uwch yn llawer uwch na'r tymheredd tyllu critigol o 2205 ac yn llawer uwch na 316L, a dyna pam y gall tiwbiau cyfnewidydd gwres deublyg super a phibellau dŵr môr weithredu mewn dŵr môr clorinedig heb y drefn ddosio a glanhau barhaus sy'n ofynnol gan raddau austenitig.

Cyrydiad agennau yw'r terfyn mwy realistig, oherwydd mae gan offer go iawn gasgedi, dyddodion, welds a chysylltiadau cymorth. Mae ymosodiad agennau'n dechrau ar dymheredd is na thyllu, a dylai'r dyluniad dybio bod hollt yn bodoli lle bynnag y mae gasged neu flaendal yn eistedd. Wynebau fflans, cymalau tiwb-i-daflen a chynhalwyr pibellau yw'r mannau lle mae gosodiadau deublyg gwych yn methu, nid y turio llyfn.

Cracio cyrydiad straen clorid yw lle mae'r achos economaidd gryfaf. Mae graddau Austenitig yn cracio mewn amgylcheddau clorid uwchlaw tua 60 gradd Celsius o dan straen tynnol, ac mae'r trothwy'n cwympo ym mhresenoldeb ocsigen a chlorid crynodedig. Mae dwplecs super yn gwrthsefyll iawn oherwydd bod y cyfnod ferrite yn torri ar draws lluosogi crac, ac mae'n parhau i fod yn wrthiannol ar dymheredd lle mae 316L a hyd yn oed y austenitic molybdenwm 6 y cant yn dod yn annibynadwy.

Mewn gwasanaeth sur mae'r sefyllfa'n fwy cynnil. Super dwplecs yn dderbyniol o dan NACE MR0175 / ISO 15156, ond mae'r amodau safonol derbyn ar bwysau rhannol hydrogen sylffid, pH in-situ, tymheredd ac, yn hollbwysig, ar caledwch ac ar absenoldeb gwaith oer uwchlaw'r lefel a ganiateir. Gall tro wedi'i ffurfio'n oer neu ben tiwb wedi'i weithio'n drwm oer fod yn fwy na'r terfyn caledwch a disgyn y tu allan i'r safon, er bod y dystysgrif metel sylfaen yn cydymffurfio'n llawn.

Terfynau Tymheredd a Dyodiad Rhyngfetelaidd

Mae gan Super Duplex derfyn tymheredd is ac uchaf, ac mae'r ddau yn derfynau caled yn hytrach na chanllawiau. Pennir y terfyn uchaf gan sefydlogrwydd cyfnod: rhwng tua 600 a 1000 gradd Celsius, mae cyfnodau rhyngfetelaidd cyfoethog cromiwm a molybdenwm, cyfnod sigma yn bennaf, yn gwaddodi'n gyflym ar y ffiniau ferrite-austenit. Mae cyfnod Sigma yn defnyddio cromiwm a molybdenwm o'r metel cyfagos, yn dinistrio caledwch ac yn gostwng ymwrthedd cyrydiad i lai na 316L. Uwchben tua 250 i 300 gradd Celsius mewn gwasanaeth parhaus, mae'r cyfnod ferrite yn dod yn fwyfwy brau, ac mae'n rhaid osgoi'r drefn embrittlement 475 gradd Celsius yn gyfan gwbl.

Dyma pam nad yw'r driniaeth wres ar ôl ffurfio neu weldio yn aneliad generig ond yn aneliad ateb penodol ar 1020 i 1100 gradd Celsius ac yna oeri cyflym, fel arfer diffodd dŵr neu aer gorfodi, yn ddigon cyflym i atal ail-ddyodiad sigma yn ystod y daith trwy'r ystod 600 i 1000 gradd Celsius. Mae oeri araf trwy'r ffenestr honno, neu ffwrnais anelio na all gyflenwi'r gyfradd oeri ofynnol, yn cynhyrchu pibell sy'n pasio'r prawf tynnol ac yn methu'r prawf cyrydiad.

Mae ffurfio poeth uwchlaw tua 1100 gradd Celsius, neu unrhyw weithrediad saernïo sy'n dal y dur yn yr ystod sigma, yn gofyn am aneliad datrysiad llawn dilynol. Mae gwres lleol, fel fflam lleddfu straen neu atgyweiriad weldio heb ei reoli, yn ffynhonnell gyffredin o sbwliau a wrthodwyd, a'r rheol gywir yw nad yw dwplecs uwch byth yn lleddfu straen yn yr ystyr confensiynol, oherwydd bod yr ystod tymheredd rhyddhad straen yn gorgyffwrdd â'r ystod dyddodiad.

Weldio, Dewis Llenwi a Chymhwyso

Weldio yw lle mae'r cydbwysedd cyfnod yn cael ei ennill neu ei golli. Rhaid i'r parth weldio metel a gwres yr effeithir arno fod tua 35 i 55 y cant o ferrite, ac mae'r cydbwysedd hwnnw'n dibynnu ar fewnbwn gwres, tymheredd rhyngffordd, cysgodi cynnwys nitrogen nwy a chyfansoddiad llenwi. Yr arfer a argymhellir yw mewnbwn gwres yn yr ystod o tua 0.5 i 1.5 kJ/mm, tymheredd rhyngffordd a ddelir o dan tua 150 gradd Celsius, a nwy cysgodi neu gefn sy'n cynnwys nitrogen, fel arfer 2 i 3 y cant, i wneud iawn am nitrogen a gollwyd o'r pwll weldio.

Mae metel llenwi fel arfer wedi'i or-aloi o'i gymharu â'r metel sylfaen, gyda chynnwys nicel tua 2 i 4 y cant yn uwch na'r rhiant i hyrwyddo diwygiad austenite yn y metel weldio, a chyda digon o folybdenwm a nitrogen i gadw PREN. Defnyddir nwyddau traul cyfansoddiad cyfatebol ar gyfer rhai safleoedd, ond dylid bob amser ddangos y cymhwyster trwy brawf yn hytrach na'i dybio o'r dystysgrif, gan ddefnyddio'r cyfluniad cymalau gwirioneddol a'r ystod mewnbwn gwres a ddefnyddir wrth gynhyrchu.

Ni ddefnyddir preheat; y gwrthwyneb yw'r amcan, gan gadw'r cyd yn oer. Mae mewnbwn gwres uchel, gwehyddu eang, a thymheredd rhyngffordd uwch na 150 gradd Celsius i gyd yn cynyddu'r risg o ffurfio sigma a gormod o ferrite yn y parth yr effeithir arno gan wres. Nid yw triniaeth wres ôl-weldiad yn cael ei gymhwyso i super duplex, a dylid gwrthod unrhyw weithdrefn sy'n cynnwys un yn ystod cam cymhwyso'r weithdrefn.

Dylai cymhwyster gweithdrefn weldio gynnwys, o leiaf, profion tynnol a phlygu, effaith Charpy ar y parth weldio metel a gwres, cyfrif ferrite trwy gyfrif pwyntiau i ASTM E562, prawf cyrydiad mewn clorid ferric, ac archwiliad metallograffig o'r gwreiddyn weldio ar gyfer cyfnodau austenit eilaidd a rhyngfetelaidd. Ar gyfer gwasanaeth sur rhaid i'r cymhwyster hefyd ddangos cydymffurfiad caledwch ar draws y cymal.

Arolygu, Profi a Derbyn Pibell Wedi'i Gyflwyno

Adnabod deunydd y bibell orffenedig yn gadarnhaol yw'r amddiffyniad cyntaf, oherwydd mae cymysgu gwres 2205 i orchymyn dwplecs uwch yn fodd methiant cylchol ac mae'r ddau yn edrych yn union yr un fath. Mae fflworoleuedd pelydr-X yn ddigon i wahanu 2205 o ddwplecs super ar folybdenwm a chemeg sy'n dwyn nitrogen, ar yr amod bod yr offeryn wedi'i galibro ar gyfer y teulu gradd; sbectrometreg allyriadau optegol sy'n cael ei ffafrio pan fo anghydfod ynghylch y penderfyniad derbyn.

Mae ASTM A923 yn haeddu sylw arbennig oherwydd dyma'r prawf sy'n canfod y modd methiant na all profion tynnol ei weld. Mae Dull A yn ysgythriad metallograffig sy'n datgelu cyfnod rhyngfetelaidd, mae Dull B yn brawf effaith Charpy gydag isafswm egni penodedig, ac mae Dull C yn brawf cyrydiad mewn clorid ferric sy'n mesur colli pwysau. Dylai archeb brynu nodi pa ddull sydd ei angen a pha feini prawf derbyn sy'n berthnasol, oherwydd nid yw cyflenwr sy'n cynnig tystysgrif tynnol yn unig wedi dangos yr eiddo sydd bwysicaf.

Dylai arolygiad dimensiwn gyfeirio at ASME B36.19M ar gyfer maint ac amserlen pibellau di-staen, a dylid cytuno'n benodol ar ddosbarth goddefgarwch trwch wal. Mae pibell di-staen yn aml yn cael ei orchymyn i oddefgarwch wal tynnach na safonol ar gyfer cyfnewidydd gwres a gwaith pwysedd uchel, ac mae'r gwahaniaeth rhwng wal enwol ac isafswm yn werth sawl y cant o'r gost ddeunydd.

Ceisiadau a Lle Mae'r Radd Yn Camgymhwyso

Y cymwysiadau cryfaf yw systemau dŵr môr: prif gyflenwad dŵr tân, llinellau balast a charch, penynnau dŵr oeri, llinellau pwysedd uchel a heli dihalwyno, a llinellau llif tanfor sy'n cludo hylifau cynhyrchu gwlyb sy'n cynnwys clorid. Mae amsugyddion dad-sylffwreiddio nwy ffliw a'u pibellau slyri yn ffit naturiol arall, yn ogystal â llinellau proses gemegol sy'n trin cloridau ag asidau organig, a phibellau planhigion cannydd melin mwydion lle mae clorid ac amodau ocsideiddio yn cydfodoli.

Mae'r radd yn cael ei chamgymhwyso pan gaiff ei dewis ar PREN yn unig heb wirio'r modd methiant gwirioneddol. Bydd asidau lleihau cryf, asid hydroclorig ar unrhyw grynodiad ystyrlon, a gwasanaeth asid hydrofluorig yn ymosod ar ddwplecs super, ac nid yw PREN uwch yn helpu yno; aloion nicel neu leinin anfetelaidd yw'r ateb cywir. Yn yr un modd, ni ddylai gwasanaeth tymheredd uchel uwchlaw tua 250 gradd Celsius, neu unrhyw broses sy'n beicio'r metel trwy'r ystod sigma, ddefnyddio super dwplecs.

Mae'r trydydd camgymhwysiad cyffredin yn ymwneud â gwneuthuriad yn hytrach na metelegol. Mae gan Super Duplex anghydweddiad ehangu thermol uwch a dargludedd thermol is na di-staen austenitig, mae'n gweithio'n galed yn gyflym, ac mae'n llawer llai goddefgar o ffitiad gwael ac atgyweirio weldio gormodol. Bydd siop sy'n ei drin fel 316L yn cynhyrchu sbwliau sy'n methu'r prawf cyrydiad, ac mae cost y methiant hwnnw fel arfer yn fwy na'r arbediad materol a oedd yn cyfiawnhau'r radd yn y lle cyntaf.

Cwestiynau Cyffredin

C: Beth mae super duplex yn ei olygu'n dechnegol?
Mae'n disgrifio duroedd di-staen deublyg gyda nifer cyfatebol ymwrthedd tyllu uwchlaw tua 40, wedi'i gyflawni gyda thua 25 y cant o gromiwm, 3 i 5 y cant o folybdenwm a 0.20 y cant neu fwy o nitrogen, gan roi cydbwysedd ferrite-austenite ger 50:50 a thua dwywaith cryfder y cynnyrch o 316L.

C: Sut mae PREN yn cael ei gyfrifo a pha werth ddylai pibell super dwplecs ei gyrraedd?
Mae PREN yn hafal i gromiwm ynghyd â 3.3 gwaith molybdenwm ynghyd â 16 gwaith nitrogen, gan ddefnyddio'r dadansoddiad cynnyrch mewn màs y cant. Mae graddau dwplecs super UNS S32750 ac UNS S32760 fel arfer yn cyrraedd PREN 40 i 43, yn erbyn 34 i 36 ar gyfer 2205 dwplecs a 24 i 26 ar gyfer 316L.

C: Beth yw'r tymheredd gwasanaeth uchaf ar gyfer pibell super dwplecs?
Yn gyffredinol, mae gwasanaeth parhaus wedi'i gyfyngu i tua 250 i 300 gradd Celsius, oherwydd bod y cyfnod ferrite yn britho uwchlaw'r ystod honno ac mae'r cyfnod sigma yn gwaddodi rhwng tua 600 a 1000 gradd Celsius. Mae'r terfyn tymheredd isel ar gyfer caledwch prawf effaith yn cael ei gymryd yn nodweddiadol i lai na 46 gradd Celsius.

C: Pam mae'n rhaid diffodd dw r uwch ddeublyg ar ôl anelio hydoddiant?
Mae angen oeri cyflym o'r tymheredd anelio 1020 i 1100 gradd Celsius i basio trwy'r ystod dyddodiad sigma 600 i 1000 gradd Celsius yn gyflym. Mae cŵl araf yn cynhyrchu cyfnod rhyngfetelaidd sy'n lleihau caledwch a gwrthiant cyrydiad heb newid y canlyniadau tynnol.

C: A ellir defnyddio pibell dwplecs super mewn gwasanaeth sur?
Ydy, o fewn terfynau NACE MR0175 / ISO 15156, a osododd y caledwch mwyaf, pwysedd rhannol hydrogen sylffid, pH a chyflyrau tymheredd. Rhaid dangos bod ardaloedd a weithiwyd yn oer, welds a pharthau yr effeithir arnynt gan wres yn cydymffurfio, gan eu bod fel arfer yn galetach na'r metel sylfaen.

C: Pa brofion sy'n profi bod pibell uwch ddeublyg a ddanfonwyd yn gadarn?
Adnabod deunydd cadarnhaol, dadansoddi cynnyrch gyda chyfrifiad PREN, profion tynnol a chaledwch, effaith Charpy ar y tymheredd penodedig, cyfrif ferrite i ASTM E562, canfod cyfnod rhyngfetelaidd i ASTM A923 a phrawf cyrydiad ferric clorid i ASTM G48 Mae Dull A gyda'i gilydd yn dangos y priodweddau na all tystysgrif tynnol yn unig ei wneud.