1. س: تفاوتهای اساسی ترکیبی و متالورژیکی بین 1.4833 (AISI 309S) و 1.4948 (AISI 304H) چیست و چگونه این تمایزها بر قابلیتهای خدمات دمای بالا مربوطه تأثیر میگذارند؟
A:تمایز اساسی بین 1.4833 و 1.4948 در محتوای کروم و نیکل آنها نهفته است که مستقیماً مقاومت در برابر اکسیداسیون و استحکام دمایی بالا را تعیین می کند.
1.4833 (X15CrNiSi20-12)AISI 309S یک فولاد زنگ نزن آستنیتی با دمای بالا است که حاوی تقریباً 22-24٪ کروم و 12-15٪ نیکل است. محتوای کروم بالا، به طور قابل توجهی بالاتر از درجه های استاندارد 304، مقاومت استثنایی در برابر اکسیداسیون ایجاد می کند. نام "S" یک نسخه کم کربن (معمولاً کمتر یا برابر با 0.08٪) را نشان می دهد که بارش کاربید را در حین جوشکاری به حداقل می رساند و مقاومت در برابر خوردگی بهتر را در شرایط جوش داده شده تضمین می کند. این آلیاژ بهطور خاص برای سرویسهای متناوب در دمای بالا، با مقاومت در برابر پوستهگیری تا تقریباً 980 درجه (1800 درجه فارنهایت) طراحی شده است. محتوای نیکل بالاتر همچنین به بهبود استحکام خزش و پایداری آستنیت در دماهای بالا کمک می کند.
1.4948 (X6CrNi18-10)یا AISI 304H، یک نوع کربن بالا-از فولاد زنگ نزن آستنیتی استاندارد 304 است. حاوی 18-20٪ کروم و 8-10.5٪ نیکل، با محتوای کربن کنترل شده از 0.04٪ تا 0.10٪. نام "H" به معنای "کربن بالا" است که عمداً برای افزایش قدرت خزش در دمای بالا مشخص شده است. محتوای کربن بالا امکان رسوب کاربیدهای ریز را فراهم می کند که مرزهای دانه را در طول سرویس دمای بالا پایدار تقویت می کند. با این حال، همین ویژگی باعث میشود 1.4948 بعد از جوشکاری حساستر و خوردگی بین دانهای شود، مگر اینکه محلول به درستی آنیل شود.
در نتیجه، 1.4833 ماده ترجیحی برای سیستمهای لولهکشی است که در معرض اتمسفرهای اکسیدکننده شدیدتر و دمای پیک بالاتر، مانند اجزای کوره و لولههای مبدل حرارتی در واحدهای کراکینگ پتروشیمی هستند. در مقابل، 1.4948 برای کاربردهایی انتخاب میشود که به مقاومت خزشی بالا در دماهای بالا متوسط (معمولاً 500 تا 800 درجه) نیاز دارند، جایی که محیط اکسید کننده کمتر تهاجمی است، مانند لولههای سوپرهیتر در تولید برق یا لولههای پالایشگاهی که در آن هزینه-و حداکثر مقاومت در برابر خزش بیش از حداکثر مقاومت در برابر اکسیداسیون اولویت دارند.
2. س: در کاربردهای لولهکشی با دمای بالا مانند لولههای اصلاحکننده یا هدرهای سوپرهیتر، مقاومت خزشی و مقادیر تنش مجاز (در بخش ASME بخش II، قسمت D) 1.4948 در مقایسه با 1.4833 چگونه است، و چه پیامدهای طراحی از این تفاوتها ناشی میشود؟
A:استحکام گسیختگی خزشی و مقادیر تنش مجاز برای این دو آلیاژ به طور قابل توجهی در دماهای بالا متفاوت است که منعکس کننده فلسفه طراحی متالورژی متمایز آنها است.
1.4948 (304H)به طور خاص برای کاربردهایی که قدرت خزش معیار اصلی طراحی است، فرموله شده است. با توجه به محتوای کربن بالاتر کنترل شده (0.04-0.10٪)، آن را در مقایسه با درجه استاندارد 304 و به ویژه در مقایسه با 1.4833 در دماهای تا حدود 650 درجه (1200 درجه فارنهایت) در برابر گسیختگی بالاتری از خود نشان می دهد. بارش کاربید ریز که در طول مرزهای دانه های پین های سرویس رخ می دهد، لغزش مرز دانه و تغییر شکل خزش را به تاخیر می اندازد. طبق ASME بخش II، بخش D، 1.4948 مقادیر تنش مجاز بالاتری را در محدوده دمایی 500 تا 700 درجه حفظ میکند، و آن را به انتخاب ارجح برای سوپرهیتر و لولههای گرمکننده در نیروگاههای سوخت فسیلی تبدیل میکند که در آن تنش پایدار در دماهای متوسط بالا مکانیسم شکست حاکم است.
1.4833 (309S)در حالی که دارای مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون است، عموماً در دماهای زیر 750 درجه مقاومت خزشی کمتری نسبت به 1.4948 نشان می دهد. مزیت طراحی آن نه در مقاومت در برابر خزش، بلکه در توانایی آن در مقاومت در برابر پوسته پوسته شدن و حفظ یکپارچگی ساختاری در محیط های با اکسیداسیون شدیدتر است. در دماهای بیش از 800 درجه، 1.4833 خواص مکانیکی مفیدی را حفظ می کند که در آن 1.4948 اکسیداسیون تسریع شده و از دست دادن فلز را تجربه می کند.
مفهوم طراحی بسیار مهم است: برای یک سیستم لولهکشی که در 600 درجه تحت فشار داخلی بالا (مثلاً 50 بار) کار میکند، 1.4948 معمولاً ضخامت دیوارههای نازکتری را به دلیل مقادیر تنش مجاز بالاتر، و در نتیجه وزن و هزینه مواد کاهش میدهد. برعکس، برای سیستمی که در 900 درجه در یک محیط گاز دودکش اکسید کننده کار می کند، 1.4833 بدون توجه به ملاحظات فشار اجباری است، زیرا 1.4948 از پوسته پوسته شدن فاجعه بار و از دست دادن بخش سریع رنج می برد که باعث می شود قدرت خزشی برتر آن بی ربط باشد.
3. س: ملاحظات مهم جوشکاری برای لوله های بدون درز 1.4833 و 1.4948، به ویژه در مورد انتخاب فلز پرکننده، کنترل حرارت ورودی، و الزامات عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) برای جلوگیری از ایجاد حساسیت و حفظ عمر مفید چیست؟
A:جوشکاری این گریدهای آستنیتی با دمای{0}بالا به کنترل دقیقی نیاز دارد تا از به خطر افتادن ویژگیهای عملکرد مربوطه-مقاومت در برابر اکسیداسیون برای 1.4833 و مقاومت خزشی برای 1.4948 جلوگیری شود.
برای 1.4948 (304H)، نگرانی اولیه جوشکاری استحساس شدن. با محتوای کربن تا 0.10٪، منطقه تحت تأثیر حرارت{2}} (HAZ) مستعد بارش کاربید کروم است که در هنگام جوشکاری در معرض دماهای بین 450 تا 850 درجه قرار گیرد. این ماده را در برابر خوردگی بین دانهای در حین کار آسیبپذیر میکند، بهویژه اگر سیستم لولهکشی در حین خاموش شدن، میعانات خورنده را تجربه کند. برای کاهش این امر، از فلز پرکننده 1.4948 (تطابق 304H) یا معمولاً کربن 1.4430 کم (308L) برای حفظ مقاومت در برابر خوردگی استفاده میشود.عملیات حرارتی پس از{0}جوش (PWHT)-به طور خاص بازپخت محلول در 1040-1100 درجه و به دنبال آن خنکسازی سریع-روش قطعی برای بازیابی مقاومت در برابر خوردگی است. با این حال، در ساخت مزرعه ای که چنین عملیات حرارتی غیرعملی است، کنترل دقیق ورودی حرارت (حداکثر دمای بین گذر 150-200 درجه) و استفاده از پرکنندههای کربن پایین برای به حداقل رساندن حساسیت ضروری است.
برای 1.4833 (309S)ملاحظات جوشکاری بر نگهداری تمرکز داردمقاومت در برابر اکسیداسیونو پیشگیریترک خوردگی داغ. محتوای بالای کروم (22-24٪) و محتوای نیکل (12-15٪) این آلیاژ را حتی با سطوح کربن مشابه در برابر حساسیت از 1.4948 مقاوم تر می کند. با این حال، هدایت حرارتی کمتر و ضریب انبساط حرارتی بالاتر آن باعث ایجاد تنشهای پسماند قابلتوجهی میشود. انتخاب فلز پرکننده معمولاً شامل 1.4847 (309Mo) یا 1.4833 تطبیق شیمی است تا اطمینان حاصل شود که رسوب جوش دارای مقاومت اکسیداسیون معادل با فلز پایه است. استفاده از پرکنندههای آلیاژی پایینتر (مانند 308L) یک "پیوند ضعیف" ایجاد میکند که ترجیحاً در سرویسهای دمای بالا مقیاس میشود.PWHT معمولاً مورد نیاز نیستبرای 1.4833; در عوض، اگر ماده به طور گسترده سرد کار شده باشد یا شکنندگی فاز سیگما نگران کننده باشد، ممکن است پس از ساخت، یک درمان آنیلینگ محلول اعمال شود. برای هر دو آلیاژ، برای جلوگیری از ایجاد حساسیت (در 1.4948) و برای اطمینان از مقاومت اکسیداسیون کافی در ناحیه جوش (در 1.4833) به طور کلی از جوشکاری خودزا (بدون پرکننده) اجتناب می شود.
4. س: در محیط های پتروشیمی و پالایشگاهی که ترک خوردگی ناشی از تنش پلی تییونیک اسید (PTA SCC) در هنگام خاموش شدن یک نگرانی است، 1.4833 و 1.4948 چگونه رفتار می کنند، و معمولاً چه استراتژی های کاهشی برای سیستم های لوله کشی ساخته شده از این آلیاژها مشخص می شود؟
A:ترک خوردگی تنشی پلی تیونیک اسید یک مکانیسم شکست قابل توجه برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی در پالایش و خدمات پتروشیمی است، به ویژه در واحدهایی که مواد اولیه حاوی گوگرد{0}} را پردازش می کنند مانند هیدروتراترها، اصلاح کننده های کاتالیزوری و کوکرها.
1.4948 (304H)به PTA SCC بسیار حساس است. در طول عملیات در دمای بالا (بالاتر از 400 درجه)، کاربیدهای کروم در مرزهای دانهها رسوب میکنند- پدیدهای که در واقع برای قدرت خزش مطلوب است. با این حال، این ریزساختار حساس، مناطق خالی از کروم-در مجاورت مرزهای دانه ایجاد میکند. هنگامی که دستگاه خاموش می شود و در معرض هوا و رطوبت قرار می گیرد، ترکیبات گوگردی حاصل از جریان فرآیند با اکسیژن و آب ترکیب می شوند و اسیدهای پلی تیونیک (H2S2O6) را تشکیل می دهند. این اسیدها ترجیحاً به مرزهای دانههای تهی شده از کروم- حمله میکنند که منجر به ترکخوردگی بین دانهای تحت تنشهای کششی پسماند میشود. برای لوله کشی 1.4948، این یک نگرانی حیاتی برای یکپارچگی است.
1.4833 (309S)با محتوای کروم بالاتر و معمولاً محتوای کربن کمتر (به ویژه در نوع 309S)، مقاومت قابل توجهی در برابر حساسیت و در نتیجه PTA SCC از خود نشان می دهد. محتوای کروم بالاتر تضمین می کند که حتی اگر مقداری بارش کاربید رخ دهد، مرزهای دانه کروم کافی برای مقاومت در برابر حمله اسید پلی تیونیک را حفظ می کنند.
استراتژی های کاهش برای سیستم های لوله کشی بر این اساس متفاوت است. برای1.4948استانداردهای صنعتی (مانند NACE SP0170) معمولاً الزامی استخنثی سازی خاکستر سودا (کربنات سدیم).در هنگام خاموش شدن برای خنثی کردن هرگونه میعانات اسیدی. علاوه بر این، بسیاری از مشخصات نیاز به یکعملیات حرارتی تثبیت کنندهیا استفاده از درجه های تثبیت شده (مانند 321H یا 347H) به جای 304H برای کاربردهای خدمات ترش بحرانی. برای1.4833در حالی که مقاومت ذاتی را ارائه می دهد، تمرین محتاطانه همچنان شامل روش های جوشکاری تنش زدایی و در خدمات شدید، بازپخت محلول پس از جوش-برای اطمینان از ریزساختار کاملاً غیر حساس-می باشد. هر دو ماده به مدیریت دقیق تنشهای پسماند از طریق توالیهای جوشکاری مناسب و، در صورت امکان، استفاده از درمانهای تنش فشاری مانند شات پینینگ نیاز دارند.
5. س: از منظر تدارکات و تضمین کیفیت، مشخصات حیاتی ASTM، الزامات آزمایش، و مستندات (EN 10204) که لولههای بدون درز را در 1.4833 (309S) و 1.4948 (304H) برای خدمات فشار دمای بالا متمایز میکند، چیست؟
A:تهیه لولههای فولادی ضد زنگ بدون درز در این درجههای{0} دمای بالا مستلزم رعایت دقیق استانداردهای خاص ASTM و الزامات آزمایش تکمیلی است که منعکسکننده ماهیت حیاتی محیطهای خدمات مورد نظر آنها است.
برای 1.4948 (304H)، مشخصات ASTM قابل اجرا استASTM A312 / A312M(مشخصات استاندارد برای لوله های فولادی ضد زنگ آستنیتی بدون درز، جوش داده شده و بسیار سرد کار شده). با این حال، برای کاربردهای دمای بالا مانند سوپرهیترهای دیگ بخار یا بخاری های پالایشگاهی، سختگیرانه ترASTM A213 / A213M(آلیاژ فریتی و آستنیتی بدون درز-دیگ فولاد، سوپرهیتر و حرارت-لوله های مبدل) اغلب فراخوانی می شود. الزامات حیاتی عبارتند از:
محتوای کربن کنترل شده:0.04-0.10٪ با محدودیت های دقیق در عناصر باقی مانده.
اندازه دانه:اغلب به عنوان ASTM No. 7 یا درشتتر برای اطمینان از قدرت خزش مشخص میشود.
تست هیدرواستاتیک:100% لوله ها باید تست های فشار هیدرواستاتیک را بر اساس مشخصات انجام دهند.
معاینه غیر مخرب (NDE):آزمایش اولتراسونیک (UT) یا آزمایش جریان گردابی معمولاً برای تشخیص لمینیتها، آخالها یا تغییرات ضخامت دیوار الزامی است.
تست سختی:حداکثر محدودیت سختی (معمولاً کمتر یا مساوی 92 HRB) برای اطمینان از شکل پذیری و ساخت پذیری کافی.
برای 1.4833 (309S)، مشخصات اولیه نیز می باشدASTM A312برای سرویس لوله کشی عمومی، باASTM A213قابل استفاده برای مبدل حرارتی و لوله دیگ. الزامات تکمیلی اغلب شامل موارد زیر است:
شناسایی مواد مثبت (PMI):100٪ PMI تمام طول های لوله برای تأیید محتوای کروم (22-24٪) و نیکل (12-15٪) بالا اجباری است، و از مخلوط کردن{5}}پرهزینه با گریدهای آلیاژ پایینتر که در سرویس دمای بالا با شکست مواجه میشوند، جلوگیری میکند.
تست خوردگی:برای خدمات اکسیداسیون، تست خوردگی بین دانهای در ASTM A262 (عمل E) ممکن است برای تأیید مقاومت در برابر حساسیت مشخص شود.
پرداخت سطح:برای کاربردهای حیاتی-اکسیداسیون در دمای بالا-، سطوح ترشی و غیرفعال شده برای حذف رسوب و اطمینان از یکنواختی لایه اکسید کروم مشخص شده است.
برای هر دو درجه،مستنداتزیرEN 10204به طور معمول نیاز داردنوع 3.1(گواهی بازرسی از سازنده) برای برنامههای استاندارد دمای بالا-ونوع 3.2(بازرسی شخص ثالث مستقل-) برای کاربردهای حیاتی مانند انطباق با دستورالعمل تجهیزات تحت فشار (PED) یا تأسیسات نفت و گاز در دریا. قابلیت ردیابی کامل از مذاب تا محصول نهایی-شامل ردیابی شماره حرارت، گواهی تجزیه و تحلیل شیمیایی، نتایج آزمایش مکانیکی (آزمایش کشش، صاف کردن، فلنج)، و گزارشهای NDE{3}}برای خرید در این دستههای-ارزش بالا و حیاتی{5}}مواد خدماتی استاندارد است. توجیه هزینه چرخه عمر برای این گریدها به توانایی مستند آنها برای حفظ یکپارچگی مکانیکی تحت قرار گرفتن در معرض دمای بالا پایدار بستگی دارد، که اغلب از 100000 ساعت عمر مفید زمانی که به درستی مشخص، ساخته و نگهداری می شود، بیشتر می شود.
