1. تمایز متالورژیکی اساسی بین Inconel 600 و Inconel X-750 چیست، و این چگونه موارد استفاده اولیه آنها را برای لوله های بدون درز دیکته می کند؟
تمایز اصلی در مکانیسم های تقویت کننده آنها نهفته است که مستقیماً از ترکیب شیمیایی آنها نشات می گیرد.
Inconel 600 (UNS N06600): این یک آلیاژ آهن-نیکل-کروم-محلول جامد است. ترکیب معمولی آن نیکل (72% دقیقه)، کروم (14{10}}17%)، آهن (6{13}}10%) است. استحکام و مقاومت در برابر خوردگی آن از مخلوط همگن این عناصر در یک ماتریس تک فاز آستنیتی به دست می آید. با عملیات حرارتی نمی توان آن را سخت کرد. به دلیل مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون، استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر کلریدها و مواد سوزاننده شناخته شده است.
Inconel X-750 (UNS N07750): این یک آلیاژ کروم-نیکل سختشدنی-بارشی است. در حالی که پایه Ni-Cr مشابه با آلیاژ 600 دارد، با افزودن قابل توجهی از آلومینیوم (0.4-1.0٪) و تیتانیوم (2.25-2.75٪) همراه با نیوبیم تقویت شده است. این عناصر به آن اجازه می دهد تا تحت یک فرآیند عملیات حرارتی قرار گیرد که ذرات ریز و منسجم Ni3 (Al, Ti) (فاز اول گاما) را در سراسر ماتریس رسوب می دهد و به طور چشمگیری استحکام و مقاومت خزشی آن را افزایش می دهد.
مفهوم انتخاب لوله بدون درز:
لوله بدون درز Inconel 600 را زمانی انتخاب کنید که الزامات اولیه مقاومت در برابر خوردگی عالی، استحکام دمای بالا{1}}و قابلیت ساخت هستند. این ابزار برای لولههای فرآیند خورنده و لولههای مبدل حرارتی{3}}است.
اینکونل X{2}}750 Seamless Pipe را زمانی انتخاب کنید که کاربرد بالاترین استحکام، خواص فنر و مقاومت در برابر خزش در دماهای بالا را می طلبد. این یک ماده تخصصی برای کاربردهای مکانیکی با استرس بالا است که همچنین به مقاومت محیطی آلیاژ نیکل-کروم نیاز دارد.
2. در محیط نیروگاه هسته ای، از ویژگی های خاص لوله های بدون درز Inconel 600 و X-750 چگونه استفاده می شود و چه مسائل تاریخی بر استفاده از آنها تأثیر گذاشته است؟
هر دو آلیاژ از لحاظ تاریخی در صنعت هسته ای مهم بوده اند، اما برای اجزای مختلف و با چالش های مرتبط متفاوت.
لوله/لوله بدون درز Inconel 600:
کاربرد: اساساً برای لوله های مولد بخار در راکتورهای آب تحت فشار (PWR) استفاده می شود. این لولههای قطری بلند- مانع حیاتی بین خنککننده اولیه (رادیواکتیو) و حلقه بخار ثانویه (غیر{2}}رادیواکتیو) را تشکیل میدهند.
ویژگیهای مورد استفاده: مقاومت در برابر خوردگی خوب،{0}}استحکام دمایی بالا، و قابلیت ساخت در مایلها لولههای نازک-.
مسئله تاریخی: ترک خوردگی ناشی از تنش (SCC): اینکونل 600 در محیط آب با درجه حرارت بالا-درمجهز با درجه خلوص بالا، مستعد ابتلا به ترک خوردگی اولیه تنش آب (PWSCC) است. این منجر به تخریب گسترده لوله شد و نیاز به بازرسی گسترده، وصل کردن و در نهایت جایگزینی ژنراتورهای بخار با ژنراتورهای مقاوم تر Inconel 690 داشت.
لوله/نوار بدون درز Inconel X-750:
کاربرد: برای اجزای ساختاری با استحکام بالا مانند پیچها، فنرها و شبکههای فاصلهدهنده در هسته راکتور استفاده میشود.
خواص مورد استفاده: قدرت تسلیم و خزش استثنایی آن که از طریق سخت شدن بارندگی به دست می آید، برای حفظ نیروی گیره و پایداری ابعادی تحت تابش شدید و دما برای چندین دهه ضروری است.
مسئله تاریخی: آرامش استرس: در حالی که نسبت به PWSCC 600 بدنام کمتری دارد، اطمینان از اینکه اجزای X{2}}750 پیش بار (تنش) خود را در طول زمان حفظ میکنند (مقاومت در آرامش استرس) تمرکز اصلی بهینهسازی عملیات حرارتی برای سرویس هستهای بوده است.
3. برای یک جزء موتور توربین گاز، مانند یک پوشش یا منیفولد با فشار بالا، چرا باید یک لوله بدون درز ساخته شده از Inconel X-750 بر روی Inconel 600 مشخص شود؟
محیط توربین گاز به موادی نیاز دارد که بتوانند تنش های مکانیکی و حرارتی شدید را تحمل کنند، که اینکونل X-750 به طور منحصر به فردی واجد شرایط است.
الزامات: نسبت استحکام بالا-به-وزن: اجزای موتور باید قوی و در عین حال سبک باشند. استحکام تسلیم اینکونل X-750 کهنه میتواند بیش از دو برابر اینکونل 600 آنیل شده باشد. این اجازه میدهد لوله یا پوششی نازکتر و سبکتر- که همچنان میتواند حاوی گازهای پرفشار بدون تسلیم باشد.
الزامات: مقاومت در برابر خزش: قطعات برای مدت طولانی در معرض دماهای اغلب بیش از 1000 درجه فارنهایت (538 درجه) قرار می گیرند. خزش (تغییر شکل آهسته و پیوسته تحت تنش) یک حالت شکست اولیه است. رسوب پایدار گاما پرایم در X-750 مقاومت فوق العاده ای در برابر خزش ایجاد می کند و از اعوجاج تدریجی قطعه در طول زمان جلوگیری می کند. اینکونل 600 تحت تنش و دمای مشابه تسلیم خزش بسیار سریعتر می شود.
نیاز: استقامت خستگی: موتورهای توربین چرخه های حرارتی سریعی را پشت سر می گذارند (راه اندازی، خاموش شدن). مقاومت در برابر خستگی حرارتی بسیار مهم است. استحکام بالا و پایداری ریزساختاری X-750 مقاومت بالایی در برابر شروع و انتشار ترک در این شرایط چرخه ای ایجاد می کند.
یک لوله X-750 بدون درز که به عنوان منیفولد یا پوشش استفاده می شود، ترکیب لازم از استحکام بالا، مقاومت در برابر خزش و یکپارچگی ساختاری را فراهم می کند که اینکونل 600 به سادگی نمی تواند با آن مطابقت کند و ایمنی، کارایی و طول عمر موتور را تضمین می کند.
4. از نقطه نظر ساخت، ملاحظات مهم هنگام جوشکاری و عملیات حرارتی لوله های بدون درز ساخته شده از این دو آلیاژ متمایز چیست؟
رویه ها به شدت متفاوت هستند، که منعکس کننده ماهیت سخت شده-محلول جامد در مقابل بارش{1}}می باشد.
لوله بدون درز Inconel 600:
جوشکاری: به راحتی قابل جوشکاری در نظر گرفته می شود. هدف اصلی جلوگیری از ترک خوردگی و حفظ مقاومت در برابر خوردگی است.
فلز پرکننده: معمولاً با ERNiCr-3 (پرکننده Inconel 82) یا ERNiCrFe-7 (پرکننده Inconel 625) برای مقاومت در برابر خوردگی عالی جوش داده می شود.
روش کار: برای جلوگیری از آلودگی (S, P, Pb) به تمیزی نیاز دارد. گرمای ورودی کم برای به حداقل رساندن رشد دانه در ناحیه تحت تأثیر گرما (HAZ) استفاده میشود. پست{3}}عموماً نیازی به عملیات حرارتی جوش (PWHT) نیست.
عملیات حرارتی: معمولاً در شرایط آنیل شده استفاده می شود. تنها عملیات حرارتی آنیل محلولی برای حل کردن کاربیدهای رسوب شده و بازیابی حداکثر مقاومت در برابر خوردگی است.
لوله بدون درز Inconel X-750:
جوشکاری: به دلیل بارش{0}}ترکیب سختکننده آن چالشبرانگیزتر است. خطر اصلی ترک خوردگی ناشی از سن است.
روش کار: تمام جوشکاری ها باید روی مواد در شرایط آنیل شده با محلول انجام شود (شرط A). جوشکاری بر روی مواد قدیمی بسیار مستعد ترک خوردن است. یک عملیات حرارتی کاهش تنش ممکن است قبل از پیری نهایی انجام شود تا تنش های جوشکاری باقیمانده کاهش یابد. اغلب با پرکنندههای مقاومتر در برابر ترک مانند ERNiCrFe-7 (625) جوش داده میشود.
عملیات حرارتی: این یک فرآیند پیچیده و چند مرحلهای{0}}برای دستیابی به ویژگیهای دلخواه است.
درمان محلول: تا 1800 درجه فارنهایت (982 درجه) گرم شده و به سرعت سرد می شود. این همه عناصر سخت کننده را در محلول قرار می دهد.
پیری (سخت شدن بارش): برای یک دوره پایدار (معمولاً 20 ساعت) تا 1300-1400 درجه فارنهایت (704-760 درجه) حرارت داده می شود تا فاز اولیه گامای تقویتی را رسوب دهد.
Fabrication must be sequenced as: Forming/Welding (in annealed state) -> Solution Treat ->سن سخت شدن.
5. در صنایع هوافضا و فرآوری شیمیایی، مقاومت اکسیداسیون و کربوریزه شدن این آلیاژها چگونه بر انتخاب لولههای بدون درز برای کورههای{1}در دمای بالا تأثیر میگذارد؟
هر دو آلیاژ مقاومت محیطی{0}}در دمای بالا بسیار عالی ارائه میدهند، اما نقاط قوت خاص آنها منجر به شکافهای مختلف میشود.
مقاومت در برابر اکسیداسیون: هر دو آلیاژ یک مقیاس کرومیای محافظ و چسبنده (Cr2O3) تشکیل می دهند که مقاومت عالی در برابر پوسته پوسته شدن و اکسیداسیون تا ~ 2000 درجه فارنهایت (1093 درجه) ایجاد می کنند. اینکونل 600، با محتوای آهن کمی بالاتر، ممکن است در شدیدترین شرایط مقاومت کمی داشته باشد، اما هر دو در بالاترین سطح در نظر گرفته می شوند.
مقاومت کربوریزاسیون: این یک تمایز کلیدی است.
کربنسازی جذب کربن در فلز در دمای بالا در اتمسفرهای غنی از کربن (مثلاً از گاز CO) است. این منجر به تشکیل کاربید داخلی، شکنندگی و از دست دادن شکلپذیری میشود.
اینکونل 600 مقاومت فوقالعادهای در برابر کربوریزه شدن دارد و اغلب از بسیاری از آلیاژهای دیگر بهتر است. این امر آن را به انتخابی برتر برای لولهها و لولههای بدون درز در کورههای کراکینگ اتیلن، کورههای اصلاحکننده و سایر فرآیندهای پتروشیمی با اتمسفر کربورکننده تبدیل میکند.
اینکونل X-750 همچنین مقاومت کربوریزه شدن خوبی دارد، اما محرک اصلی انتخاب آن همیشه نیاز به استحکام مکانیکی بالا است. اگر برنامه مستلزم استرس زیاد باشدویک محیط کربور کننده، X{3}}750 انتخاب شده است. اگر مقاومت در برابر خوردگی (از جمله کربورسازی) نیاز اولیه تنها با تنش متوسط باشد، Inconel 600 انتخاب مقرون به صرفه و بهینهتری است.
خلاصه انتخاب: برای یک لوله تابشی کوره با دمای بالا، اگر نگرانی اصلی فضای فرآیند باشد، Inconel 600 انتخاب شده است. اگر لوله باید از ساختارهای داخلی سنگین نیز پشتیبانی کند یا فشار بالا را تحمل کند، Inconel X-750 مشخص شده است.
