مهم ترین تفاوت متالورژیکی که تعیین می کند کدام یک باید برای یک سرویس شیمیایی خورنده مشخص شود چیست؟

Q1: در انتخاب لوله مبدل حرارتی، آلیاژ 825 (UNS N08825) و آلیاژ 800 (UNS N08800) اغلب اشتباه گرفته می شوند. مهم ترین تفاوت متالورژیکی که تعیین می کند کدام یک باید برای یک سرویس شیمیایی خورنده مشخص شود چیست؟

پاسخ: در حالی که هر دو آلیاژ 825 و آلیاژ 800 به خانواده آلیاژهای کروم-نیکل{3}}آهن Incoloy تعلق دارند، تفاوت تعیین کننده در افزودن تثبیت کننده مولیبدن و تیتانیوم در آلیاژ 825 است که به طور خاص برای مبارزه با اسیدهای کاهنده و خوردگی موضعی مهندسی شده است.

تمایز ترکیبی:

آلیاژ 800 (UNS N08800): عمدتاً یک آلیاژ Fe-Ni-Cr (تقریباً. 32.5٪ Ni، 21% Cr). حاوی مولیبدن قابل توجهی نیست. برای مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا و مقاومت در برابر کربن و سولفیداسیون طراحی شده است.

آلیاژ 825 (UNS N08825): حاوی مولیبدن قابل توجهی (2.5{5}}3.5٪) و مس (1.5-3.0٪) همراه با تثبیت تیتانیوم است. این شیمی خاص برای پر کردن شکاف بین فولاد ضد زنگ و آلیاژهای با نیکل بالا ایجاد شد.

مفهوم عملکرد:

لوله‌های آلیاژی 800 در محیط‌های با دمای بالا (مثلاً، بخار-رفرمینگ هیدروکربنی، خنک‌سازی در اثر حرارت) عالی هستند. آنها در برابر اکسیداسیون و خزش مقاومت می کنند اما مقاومت متوسطی در برابر اسیدهای کاهنده دارند.

لوله های آلیاژی 825 "اسب کار" برای کاربردهای خوردگی مرطوب در دماهای متوسط ​​هستند. مولیبدن مقاومت ویژه ای در برابر خوردگی حفره ای و شکافی در آب های حاوی کلرید دارد، در حالی که مس مقاومت استثنایی در برابر اسیدهای سولفوریک و فسفریک ایجاد می کند.

قانون انتخاب:
اگر مبدل حرارتی شما آب داغ آلوده دریا یا اسید سولفوریک را در دماهای متوسط ​​مدیریت می کند، آلیاژ 825 را مشخص کنید. اگر مبدل در کوره یا سرویس گاز با دمای بالا- بالای 550 درجه است، آلیاژ 800 را مشخص کنید.

---

Q2: یک کارخانه شیمیایی در لوله‌های مبدل حرارتی فولاد ضد زنگ خنک‌کننده اسید سولفوریک-آب‌های آلوده دچار نقص حفره‌ای شده است. چرا آلیاژ 825 ارتقاء ترجیحی است و چه مکانیزمی آن را در مواردی که 316L از کار می افتد مقاوم می کند؟

A: این یک سناریوی شکست کلاسیک است که در آن فولاد ضد زنگ استاندارد 316L به حد مجاز خود می رسد. ارتقاء به آلیاژ 825 علت اصلی خرابی را از طریق دو آلیاژ اضافه شده مشخص می کند: مولیبدن و مس.

چرا 316L از کار می افتد:
در اسید سولفوریک آلوده به کلریدها، دو مکانیسم به 316L حمله می کنند:

خوردگی عمومی: اسید سولفوریک، حتی رقیق، به لایه غیرفعال حمله می کند.

خوردگی حفره ای: کلریدهای موجود در آب خنک کننده باعث شکستگی موضعی لایه غیرفعال می شوند که منجر به ایجاد حفره های عمیقی می شود که دیواره لوله را سوراخ می کند.

چرا آلیاژ 825 موفق می شود:

اثر مولیبدن (Mo): محتوای 2.5-3.5٪ مولیبدن به طور قابل توجهی عدد معادل مقاومت حفره ای آلیاژ (PREN) را افزایش می دهد. مولیبدن لایه غیرفعال را غنی می‌کند و مکان‌هایی را که یون‌های کلرید در آن حفره‌ها ایجاد می‌کنند مسدود می‌کند. این فیلم را در محیط های اسیدی کاهش می دهد.

اثر مس (مس): این افزودنی حیاتی برای اسید سولفوریک است. مس مقاومت استثنایی در برابر اسید سولفوریک در طیف وسیعی از غلظت (به ویژه غلظت زیر 50٪ و تا دمای متوسط) ایجاد می کند. مس سینتیک واکنش کاتدی را اصلاح می کند و نرخ خوردگی کلی را کاهش می دهد.

محتوای نیکل: با 38 تا 46 درصد نیکل، آلیاژ ساختار آستنیتی را حفظ می کند که ذاتاً در برابر ترک خوردگی تنش کلرید (SCC) مقاوم است، خطری که 316 لیتر در محیط های کلرید گرم با آن مواجه است.

در اصل، آلیاژ 825 به عنوان یک فولاد ضد زنگ "فوق-آستنیتی" عمل می کند و مانعی مقرون به صرفه در برابر حمله ترکیبی اسید سولفوریک و کلریدها بدون پرش به آلیاژهای گران قیمت-نیکل مانند C-276 می کند.

---

Q3: برای مبدل‌های حرارتی با دمای{1} بالا، مانند مبدل‌های بخار متان، لوله‌های آلیاژی 800 رایج هستند. اهمیت نسبت "تثبیت" (Ti:C) در لوله های آلیاژی 800 برای خدمات طولانی مدت در دمای بالا چیست؟

پاسخ: در کاربردهای دمای بالا مانند اصلاح‌کننده‌های متان بخار (SMR) یا کوره‌های پیرولیز، یکپارچگی طولانی‌مدت لوله‌های آلیاژی 800 به شدت به نسبت تیتانیوم: کربن بستگی دارد. به همین دلیل است که مشخصاتی مانند ASTM B163 برای لوله های مبدل حرارتی اغلب شامل الزامات تثبیت خاصی است.

خطر حساسیت:
در دماهای بالا (500-800 درجه)، کربن می‌تواند با کروم ترکیب شود و رسوبات کاربید کروم را در مرزهای دانه تشکیل دهد. این "حساسیت" نواحی مجاور مرزهای دانه کروم را تخلیه می کند و آنها را مستعد حمله بین دانه ای می کند و مهمتر از آن در این زمینه، انعطاف پذیری خزشی در دمای بالا را کاهش می دهد.

راه حل تثبیت:
آلیاژ 800 حاوی تیتانیوم است که میل ترکیبی بیشتری برای کربن نسبت به کروم دارد. تیتانیوم ترجیحاً کاربیدهای تیتانیوم (TiC) را تشکیل می دهد و کروم را در محلول جامد باقی می گذارد تا مقاومت در برابر خوردگی و استحکام مرزی دانه حفظ شود.

نسبت Ti:C:

حداقل نسبت: مشخصات اغلب به حداقل نسبت Ti:C نیاز دارند، معمولاً حدود 4:1 یا بالاتر (بسته به درجه خاص به عنوان Ti / (C - 0.008) محاسبه می شود).

چرا برای لوله ها اهمیت دارد: نسبت Ti:C پایین به این معنی است که تیتانیوم کافی برای اتصال تمام کربن وجود ندارد. کربن آزاد در نهایت در طول سرویس کاربیدهای کروم را تشکیل می دهد که منجر به موارد زیر می شود:

کاهش عمر خزش: کاربیدهای کروم در مرز دانه‌ها می‌توانند به عنوان محل شروع حفره‌های خزش عمل کنند.

تردی: ریزساختار با گذشت زمان کمتر انعطاف پذیر می شود.

پست{0}}مشکلات خوردگی جوش: اگر لوله تا به حال جوش داده شود، HAZ ممکن است حساس شود.

برای لوله‌های کوره‌های حیاتی، مشخص کردن آلیاژ 800H (UNS N08810) یا 800HT (UNS N08811) با محتوای کربن کنترل‌شده و نسبت Ti:C بالا، تضمین می‌کند که ریزساختار برای چندین دهه عملکرد در دمای بالا پایدار بماند.

---

Q4: ما در حال لوله گذاری مجدد یک مبدل حرارتی هستیم و باید لوله های آلیاژی 825 را در یک صفحه لوله فولادی کربنی بغلطانیم. ملاحظات خاص برای انبساط لوله برای جلوگیری از آسیب رساندن به لوله ها یا ایجاد مسیرهای نشتی چیست؟

A: لوله نورد آلیاژ 825 به یک صفحه لوله فولادی کربنی نیاز به کنترل دقیق دارد زیرا تفاوت قابل توجهی در خواص مکانیکی بین این دو ماده وجود دارد. نورد نادرست منجر به نشت، نازک شدن دیواره لوله، یا خطرات ترک خوردگی ناشی از خوردگی استرس می شود.

ملاحظات کلیدی برای لوله های آلیاژی نورد 825:

میزان سخت شدن کار:
کار آلیاژ 825 در مقایسه با فولاد کربنی یا حتی فولاد ضد زنگ به سرعت سخت می شود. همانطور که سنبه نورد لوله را منبسط می کند، مواد قوی تر می شوند. این بدان معناست که موتور نورد باید گشتاور کافی داشته باشد و اپراتور باید دقیق باشد تا بدون غلتش بیش از حد به کاهش دیواره مورد نیاز دست یابد.

استرس پسماند:
غلتش بیش از حد باعث ایجاد تنش های کششی پسماند زیادی در دیواره لوله می شود. برای آلیاژ 825 در یک محیط خورنده، تنش پسماند بالا همراه با کلریدها (حتی در مقادیر کمی در آب خنک کننده) می تواند به طور بالقوه منجر به ترک خوردگی استرس کلرید (CSCC) شود. اگرچه 825 بسیار مقاوم است، اما اگر تنش‌ها شدید باشد، مصون نیست.

روال چرخش:

کاهش ضخامت دیوار هدف: کاهش ضخامت دیوار خاص را هدف قرار دهید (معمولاً 3-8٪ ضخامت دیوار اصلی، بسته به کد و طرح). این امر استحکام کافی مفصل را بدون فشار بیش از حد لوله تضمین می کند.

پایان سطح: سوراخ های ورق لوله فولادی کربنی باید صاف و تمیز باشد. هر گونه علامت امتیاز دهی یا ماشینکاری می تواند شکاف هایی ایجاد کند که از مهر و موم محکم جلوگیری می کند.

روانکاری: از روان کننده های مناسب برای نورد لوله استفاده کنید تا از ایجاد گاز بین آلیاژ سخت 825 و ورق لوله فولاد کربن جلوگیری شود.

پست{0}}توسعه: اگر سرویس به خصوص تهاجمی است، کاهش استرس اتصالات نورد را در نظر بگیرید، اگرچه این برای یک بسته کامل دشوار است. غالباً برای تنظیم دقیق مفصل از یک غلتک سبک "گذر نهایی" یا "غلت زدن بوسه" استفاده می شود.

جایگزین: جوش مهر و موم
با توجه به چالش‌ها، بسیاری از مبدل‌های حیاتی با لوله‌های آلیاژی 825، علاوه بر نورد، جوش‌کاری لوله را-به-ورق لوله نیز مشخص می‌کنند. این یک مهر و موم متالورژیکی مثبت است که مستقل از تنش پسماند ناشی از نورد است.

---

Q5: یک مدیر تدارکات در حال مقایسه قیمت‌ها برای لوله‌های آلیاژی 825 است. یک تامین کننده لوله های "جوش داده شده" و دیگری لوله های "بدون درز" را به ازای ASTM B163 ارائه می دهد. برای خدمات مبدل حرارتی، خطرات و مزایای واقعی انتخاب جوش داده شده در مقابل بدون درز چیست؟

پاسخ: انتخاب بین لوله های آلیاژی 825 جوش داده شده و بدون درز برای سرویس مبدل حرارتی یک تصمیم کلاسیک هزینه-در مقابل-خطر است. هر دو می توانند تحت ASTM B163 قابل قبول باشند، اما از نظر عملکرد یکسان نیستند.

لوله های بدون درز (ASTM B163):

ساخت: اکسترود شده یا دوار سوراخ شده از شمش جامد.

مزیت: نداشتن درز طولی جوش به معنی عدم خطر خوردگی یا شکست مربوط به جوش{0}}. این «استاندارد طلایی» سنتی برای خدمات حیاتی است که در آن هرگونه نشت لوله باعث خرابی فاجعه‌بار یا مشکلات ایمنی می‌شود.

معایب: به طور قابل توجهی گران تر است. محدودیت های زنجیره تامین سخت تر

لوله های جوشی (ASTM B163):

ساخت: از نوار مسطح تشکیل شده و به صورت طولی با استفاده از یک فرآیند خودزا یا پرکننده (معمولاً GTAW/TIG) جوش داده می‌شود، سپس محلول در حالت سرد کار می‌شود و-تمام بدن آنیل می‌شود.

شرایط حیاتی: برای اینکه لوله های جوش داده شده معادل بدون درز باشند، مشخصات مستلزم آن است که مهره جوش سرد کار شود (طرح یا اندازه) و کل لوله با محلول بالای 1750 درجه فارنهایت (954 درجه) بازپخت شود. این تضمین می کند که ناحیه جوش دوباره کریستال می شود و به ریزساختار و مقاومت در برابر خوردگی مطابق با فلز اصلی دست می یابد.

تحلیل ریسک/منفعت:

حکم:

جوش داده شده را انتخاب کنید: برای خدمات شیمیایی عمومی، مبدل‌های حرارتی غیر بحرانی-، یا در مواردی که صرفه‌جویی در هزینه مهم است. اطمینان حاصل کنید که تامین‌کننده گواهی بازپخت کامل بدنه-و اینکه جوش "100% پانسمان شده" است (سرد کار شده) ارائه می‌دهد.

بدون درز را انتخاب کنید: برای سرویس‌های حیاتی (مثلاً-ژنراتورهای بخار با فشار بالا، خدمات هیدروژنی، خدمات کشنده)، که در آن هرگونه نقص جوش غیرقابل قبول است، و هزینه آن با نیاز به قابلیت اطمینان مطلق توجیه می‌شود.