1. اساساً ، لوله های توخالی 690 و 738 INCONEL چیست و کاربردهای اصلی صنعتی آنها چیست؟
INCONEL 690 و 738 یک ماده واحد نیستند بلکه دو سوپر آلوهای مبتنی بر نیکل 2- هستند که هر یک برای محیط های شدید خاص متناسب هستند. هندسه "لوله توخالی" برای برنامه های کاربردی که نیاز به ترکیبی از استحکام بالا ، مهار فشار داخلی و جریان کارآمد مایعات یا گاز انتخاب می کند ، انتخاب شده است.
INCONEL 690 یک chromium بالا-} (تقریباً . 30 ٪ cr) آلیاژ نیکل است که به دلیل مقاومت استثنایی خود در برابر اکسیداسیون و خوردگی ، به ویژه در محیط های سوزاننده و آب درجه حرارت بالا {3 {3 مشهور است. مهمترین کاربرد آن در تولید انرژی هسته ای ، به ویژه برای لوله های تولید کننده بخار در راکتورهای آب تحت فشار (PWR) است. فرم لوله توخالی اجازه می دهد تا مایع خنک کننده اولیه (آب رادیواکتیو) در داخل لوله ها جریان یابد و گرما را به آب ثانویه رادیواکتیو غیر {{}} در خارج منتقل کند و از این طریق بخار را برای هدایت توربین ها ایجاد کند. مقاومت برتر آن در برابر ترک خوردگی استرس (SCC) در این محیط ، مزیت اصلی آن نسبت به آلیاژهای قبلی مانند آلیاژ 600 است.
INCONEL 738 (که اغلب در - 738 یا آلیاژ INCONEL 738 تعیین می شود) یک بارش- nickel} {6} superalloy مبتنی بر مقادیر قابل توجهی از کروم ، کبالت ، و عناصر خوشمزه مانند تانتالوم و تونگستر است. این ماده به طور خاص برای استحکام درجه حرارت بالا و مقاومت در برابر خزش طراحی شده است. استفاده اصلی آن در گرمترین بخش های توربین های گازی مانند تیغه های توربین و ون است. این مؤلفه ها در هنگام ساخت لوله های توخالی یا ریخته گری با کانال های خنک کننده داخلی پیچیده ، در حالی که اجازه می دهند هوای خنک از طریق آنها عبور کند ، در برابر فشارهای سانتریفیوژ و حرارتی شدید مقاومت می کند و یک فیلم محافظ ایجاد می کند که عملکرد بالاتر از نقطه ذوب آلیاژ را فراهم می کند.
به طور خلاصه ، در حالی که هر دو لوله های مبتنی بر نیکل- برای کاربردهای خواستار هستند ، Inconel 690 قهرمان مقاومت در برابر خوردگی در بخش های هسته ای و شیمیایی است ، در حالی که Inconel 738 قهرمان قدرت مکانیکی در قسمت های هوافضا و توربین های تولید برق است.
2. چالش های مهم در تولید و جوشکاری این لوله های توخالی چیست؟
تولید لوله های این آلیاژها به دلیل قدرت بالا ، میزان سخت شدن {0} کار و حساسیت به پردازش حرارتی فوق العاده چالش برانگیز است.
چالش های تولید:
کار گرم و سرد: INCONEL 690 دارای یک کار بسیار بالا- HANDENING است. تشکیل آن در یک لوله یکپارچه نیاز به فرآیندهای پیشرفته مانند اکستروژن داغ و به دنبال آن چندین چرخه نقاشی سرد و چرخه بازپرداخت دارد. هر مرحله کار سرد به طور قابل توجهی قدرت و سختی را افزایش می دهد و تغییر شکل بیشتر را بدون درمان گرمای میانی (آنیل) برای بازگرداندن انعطاف پذیری دشوار می کند.
دقت در {{2} 738: برای INCONEL 738 ، که اغلب برای تیغه های توربین با سرمایه گذاری استفاده می شود ، "لوله توخالی" معمولاً از طریق فناوری هسته سرامیکی پیچیده در حین ریخته گری ایجاد می شود. هسته معابر خنک کننده داخلی را تشکیل می دهد و حذف دقیق آن پس از ریخته گری بسیار مهم است. هر سرامیک باقیمانده می تواند منجر به شروع ترک تحت استرس شود. ماشینکاری این مؤلفه های بازیگران به ابعاد نهایی نیز به دلیل سختی و ساینده آلیاژ دشوار است.
چالش های جوشکاری: جوشکاری این آلیاژها برای جلوگیری از نقص هایی که می تواند منجر به نارسایی فاجعه بار شود ، نیاز به مراقبت شدید دارد.
فشار - ترک خوردگی سن (در - 738): این مهمترین چالش هنگام جوشکاری بارش است-} آلیاژهای سخت مانند در {5} 738}. ورودی گرمای جوش باعث تنش ها می شود ، و پست بعدی- عملیات حرارتی جوش (PWHT) مورد نیاز برای سخت شدن سن آلیاژ می تواند باعث تسکین این تنش ها با ترک خوردگی در منطقه تحت تأثیر گرما (HAZ) شود. کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری و چرخه PWHT ضروری است.
تخلخل و ترک خوردگی داغ (هر دو آلیاژ): ترکیب آلیاژها باعث می شود استخر جوش مذاب چسبناک و لاغر شود و منجر به شکل مهره جوش ضعیف و گرفتار احتمالی گازها شود و باعث تخلخل شود. حساسیت به ترک خوردگی جامد (نوعی ترک خوردگی داغ) نیز وجود دارد ، و این امر مستلزم استفاده از تطبیق یا بیش از-} تطبیق فلزات پرکننده با شیمی با دقت کنترل شده است.
POST - عملیات حرارتی جوش (PWHT): IN-690 ممکن است به آنیل تسکین استرس نیاز داشته باشد ، در حالی که در 738 نیاز به یک راه حل کامل و درمان پیری دارد. میزان گرمایش و سرمایش در طی این فرایندها باید با دقت کنترل شود تا به ریزساختار و خواص مورد نظر بدون معرفی اعوجاج یا ترک خوردگی برسد.
3. ساختار ساختار این دو آلیاژ چگونه خواص و مناسب بودن کاربرد آنها را دیکته می کند؟
ریزساختار دلیل اساسی کاربردهای واگرا آنها است.
INCONEL 690 دارای یک ساختار ساده ، پایدار ، تک - فاز Austenitic (Face-} مکعب محور) است. مقاومت در برابر خوردگی برجسته آن از این محتوای کروم بالا (31 {6 {27} 31 ٪) ناشی می شود. کرومیوم یک لایه اکسید کروم سرسخت و خودکشی (CR₂O₃) روی سطح را تشکیل می دهد که از فلز زیرین از اکسیداسیون بیشتر و حمله توسط گونه های خورنده محافظت می کند. آلیاژ به طور معمول در شرایط آنیل استفاده می شود و حداکثر انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را تضمین می کند. هیچ مرحله ثانویه وجود ندارد که بتواند مقاومت و مقاومت در برابر مقاومت در برابر خوردگی یا مقاومت در برابر خوردگی را در سرویس ایجاد و کاهش دهد.
INCONEL 738 دارای یک ریزساختار فاز پیچیده و چند {1} برای استحکام است. خصوصیات آن از یک مکانیزم سخت شدن {{3} بدست آمده است.
مرحله گاما نخست ('): مرحله تقویت اولیه گاما نخست (NI₃ (AL ، TI)) است. بخش بالایی از رسوب ریز و پراکنده ، منسجم در ماتریس نیکل (فاز گاما) به عنوان یک مانع بزرگ برای حرکت جابجایی عمل می کند ، استحکام و مقاومت بسیار زیاد در دماهای بالا را فراهم می کند.
کاربیدها: عناصری مانند کروم و تانتالوم کاربیدها (به عنوان مثال ، MC ، M₂₃c₆) را در مرزهای دانه تشکیل می دهند. این کاربیدها مرزها را پین می کنند ، رشد دانه را در حین عملیات حرارتی مهار می کنند و مقاومت دما را در اختیار شما قرار می دهند.
پردازش حرارتی (درمان محلول و پیری) IN-738 برای کنترل اندازه ، توزیع و کسری از این رسوبات بسیار مهم است. یک عملیات حرارتی نادرست می تواند منجر به رسوبات بزرگ ، ناپایدار یا ناهموار توزیع شود و عمر خدمات این مؤلفه را به طرز چشمگیری کاهش دهد.
4. در زمینه تمدید عمر دارایی و تعمیر ، ملاحظات اصلی برای اجزای ساخته شده از این لوله ها چیست؟
گسترش زندگی یک محرک اصلی اقتصادی است ، به ویژه در تولید برق.
برای لوله های هسته ای INCONEL 690: زندگی اولیه-} ضریب محدود کننده خوردگی و سایش است.
بازرسی: آزمایش مخرب غیر -} (NDT) مانند آزمایش جریان ادی (ECT) از قسمت داخلی لوله ها برای تشخیص نازک شدن ، گودال یا شروع ترک ها انجام می شود.
تعمیر: اگر آسیب موضعی باشد ، یک روش تعمیر متداول وصل کردن لوله است. لوله آسیب دیده در هر دو انتها مهر و موم می شود و به طور دائم آن را از خدمت خارج می کند. گیاهان با حاشیه ای طراحی شده اند تا درصد مشخصی از لوله ها وصل شوند. برای مسائل مهمتر ، آستین- قرار دادن یک لوله قطر کوچکتر در داخل آسیب دیده و جوش دادن آن در انتهای- می تواند یک راه حل باشد.
پیش بینی زندگی: مهندسان از مدل های مبتنی بر کنترل شیمی آب ، دمای کار و میزان تخریب مشاهده شده برای پیش بینی عمر مفید باقی مانده ژنراتور بخار استفاده می کنند.
برای اجزای توربین INCONEL 738: اصلی ترین زندگی- عوامل محدود کننده خزش ، خستگی حرارتی و تخریب اکسیداسیون/پوشش است.
بازرسی: مؤلفه ها برای ترک ها (با استفاده از نافذ فلورسنت یا X- بازرسی اشعه) ، اعوجاج هندسه تیغه (خزش) و اکسیداسیون مواد پایه یا پوشش های محافظ (مانند TBCS {1} coatings سد سد حرارتی) مورد بازرسی قرار می گیرند.
تعمیر: فرآیندهای تعمیر پیشرفته عبارتند از:
تعمیر جوشکاری: بخش های ترک خورده می توانند از زمین خارج شوند و دوباره - با استفاده از تکنیک های تخصصی برای جلوگیری از فشار-}} جوش داده شوند و به دنبال آن یک عملیات حرارتی کامل {{2}.
تیمارهای حرارتی جوان سازی: پس از خدمات طولانی ، رسوبات می توانند بیش از - درشت. یک چرخه عملیات حرارتی خاص می تواند این ذرات را حل کند و دوباره {{2} دوباره آنها را در یک توزیع دقیق تر و بهینه تر رسوب کند ، و به طور موثری بخش عمده ای از خصوصیات مکانیکی مؤلفه را بازیابی می کند.
روکش re -: پوشیده شده -} پوشش های سد محیطی یا حرارتی از بین می رود و از پوشش های جدید استفاده می شود.
5. هنگام انتخاب بین Inconel 690 ، INCONEL 738 ، و سایر موارد فوق العاده مانند آلیاژ 625 یا Haynes 282 برای یک کاربرد توبولار درجه حرارت 5 {5} ، عوامل مهم تصمیم گیری چیست؟
انتخاب تعادل دقیق دما ، استرس ، محیط و هزینه است.
دما و استرس: این تمایز اصلی است.
INCONEL 738 انتخاب روشنی برای شدیدترین شرایط ، به طور معمول بالاتر از 850 درجه (1560 درجه F) است ، که در آن بالاترین استحکام خزش (به عنوان مثال ، ایرفویل های توربین) است.
Haynes 282 یکی دیگر از Superalloy پیشرفته است که در یک محدوده دمای مشابه (درجه 750-950 پوند) رقابت می کند و اغلب از جوشکاری و ساختگی بهتر نسبت به IN-738 برخوردار است.
INCONEL 625 برای برنامه های تا حدود 700 درجه (1300 درجه F) عالی است. این قدرت از سخت شدن محلول جامد (Niobium و Molybdenum) ناشی می شود و جوش و فرم بسیار ساده تر از- 738 است. این یک انتخاب مناسب برای لوله کشی ، مجرای با استحکام بالا است که در آن ساختگی مهم است.
INCONEL 690 نه برای مقاومت درجه حرارت بالا- بلکه برای مقاومت در برابر خوردگی آن در دماهای بالا انتخاب می شود. دمای استفاده از آن غالباً توسط محیط خورنده (به عنوان مثال ، 300 درجه در آب اولیه PWR) تعیین می شود تا محدودیت استحکام مکانیکی آن.
محیط: وجود مخروبه های خاص تعیین کننده است.
برای محیط های سوز آور یا آب دما {0} بالا با کلریدها ، Inconel 690 برتر است.
برای اکسید کننده جو (مانند گازهای احتراق) ، کروم زیاد در هر دو 690 و 738 مفید است ، اما قدرت مکانیکی به عامل محدود کننده تبدیل می شود.
قابلیت و هزینه: Inconel 625 و 690 به راحتی در محصولات لوله ای نسبت به داخل 738 ساخته شده اند. عملیات حرارتی پیچیده و چالش های ریخته گری/جوشکاری IN-738 باعث گرانتر شدن آن می شود. بنابراین ، فقط در جایی که عملکرد آن کاملاً ضروری است استفاده می شود.
در نتیجه ، انتخاب در مورد اینکه کدام آلیاژ "بهتر" است ، نیست ، اما مناسب است- برای هدف- مبتنی بر یک تجزیه و تحلیل دقیق از شرایط عملیاتی در کل چرخه در نظر گرفته شده مؤلفه.
