1. ถาม: อะไรคือความแตกต่างพื้นฐานด้านองค์ประกอบและโลหะวิทยาระหว่าง 1.4833 (AISI 309S) และ 1.4948 (AISI 304H) และความแตกต่างเหล่านี้ส่งผลต่อความสามารถในการให้บริการที่อุณหภูมิสูง-ตามลำดับอย่างไร
A:ความแตกต่างพื้นฐานระหว่าง 1.4833 ถึง 1.4948 อยู่ที่ปริมาณโครเมียมและนิกเกิล ซึ่งกำหนดความต้านทานออกซิเดชันและความแข็งแกร่งของอุณหภูมิสูง-ได้โดยตรง
1.4833 (X15CrNiSi20-12)หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า AISI 309S เป็นสเตนเลสออสเทนนิติกอุณหภูมิสูง-ที่มีโครเมียมประมาณ 22–24% และนิกเกิล 12–15% ปริมาณโครเมียมที่เพิ่มขึ้นซึ่งสูงกว่าเกรด 304 มาตรฐานอย่างมาก ให้ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ยอดเยี่ยม การกำหนด "S" บ่งบอกถึงเวอร์ชันคาร์บอนต่ำ (โดยทั่วไปจะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.08%) ซึ่งช่วยลดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ระหว่างการเชื่อม และรับประกันความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นใน-สภาพการเชื่อม โลหะผสมนี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการให้บริการที่อุณหภูมิสูง-เป็นระยะๆ โดยมีความต้านทานต่อสเกลได้สูงสุดถึงประมาณ 980 องศา (1800 องศา F) ปริมาณนิกเกิลที่สูงขึ้นยังช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการคืบและความเสถียรของออสเทนไนต์ที่อุณหภูมิสูงอีกด้วย
1.4948 (X6CrNi18-10)หรือ AISI 304H เป็นรูปแบบคาร์บอนสูง-ของเหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนิติกมาตรฐาน 304 ประกอบด้วยโครเมียม 18–20% และนิกเกิล 8–10.5% โดยมีปริมาณคาร์บอนควบคุมตั้งแต่ 0.04% ถึง 0.10% การกำหนด "H" หมายถึง "คาร์บอนสูง" ซึ่งจงใจระบุเพื่อเพิ่ม-ความแข็งแรงของการคืบที่อุณหภูมิสูง ปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ละเอียด ซึ่งจะทำให้ขอบเขตของเกรนแข็งแรงขึ้นในระหว่างการให้บริการที่อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะเดียวกันนี้ทำให้ 1.4948 ไวต่อการแพ้และการกัดกร่อนตามขอบเกรนมากขึ้นหลังการเชื่อม เว้นแต่จะอบอ่อนสารละลายอย่างเหมาะสม
ด้วยเหตุนี้ 1.4833 จึงเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับระบบท่อที่สัมผัสกับบรรยากาศออกซิไดซ์ที่รุนแรงกว่าและอุณหภูมิสูงสุดที่สูงขึ้น เช่น ส่วนประกอบเตาเผาและท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในหน่วยแตกร้าวของปิโตรเคมี ในทางตรงกันข้าม 1.4948 ถูกเลือกสำหรับการใช้งานที่ต้องการความต้านทานการคืบสูงที่อุณหภูมิสูงขึ้นปานกลาง (โดยทั่วไปคือ 500–800 องศา ) ซึ่งสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์มีความก้าวร้าวน้อยกว่า เช่น ท่อซุปเปอร์ฮีตเตอร์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าหรือท่อในโรงกลั่น โดยที่ต้นทุน-ประสิทธิผลและความต้านทานการคืบได้รับการจัดลำดับความสำคัญเหนือขีดจำกัดมาตราส่วนออกซิเดชันสูงสุด
2. ถาม: ในการใช้งานท่อที่อุณหภูมิสูง- เช่น ท่อรีฟอร์มเมอร์หรือส่วนหัวของฮีทเตอร์ยิ่งยวด ค่าความต้านทานการแตกร้าวจากการคืบและค่าความเครียดที่อนุญาต (ตาม ASME ส่วนที่ II, ส่วน D) อยู่ที่ 1.4948 เป็นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับค่า 1.4833 และผลกระทบจากการออกแบบที่เกิดขึ้นจากความแตกต่างเหล่านี้มีอะไรบ้าง
A:ความต้านทานการแตกร้าวจากการคืบคลานและค่าความเครียดที่อนุญาตสำหรับโลหะผสมทั้งสองนี้จะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญที่อุณหภูมิสูง ซึ่งสะท้อนถึงปรัชญาการออกแบบทางโลหะวิทยาที่แตกต่างกัน
1.4948 (304H)เป็นสูตรเฉพาะสำหรับการใช้งานที่ความแข็งแรงของการคืบเป็นเกณฑ์การออกแบบหลัก เนื่องจากปริมาณคาร์บอนที่ควบคุมได้สูงกว่า (0.04–0.10%) จึงแสดงความแข็งแรงของการแตกร้าวจากการคืบที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับเกรด 304 มาตรฐาน และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปรียบเทียบกับ 1.4833 ที่อุณหภูมิสูงถึงประมาณ 650 องศา (1200 องศา F) การตกตะกอนของคาร์ไบด์ละเอียดที่เกิดขึ้นระหว่างการบริการพินขอบเขตเกรน ชะลอการเลื่อนขอบเขตเกรนและการเสียรูปของการคืบ ตาม ASME ส่วนที่ 2 ส่วนที่ D 1.4948 จะรักษาค่าความเครียดที่อนุญาตไว้ได้สูงกว่าในช่วงอุณหภูมิ 500–700 องศา ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับท่อฮีทเตอร์ซุปเปอร์ฮีตเตอร์และรีฮีตเตอร์ในโรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งความเครียดที่คงอยู่ที่อุณหภูมิสูงปานกลางเป็นกลไกความล้มเหลวในการควบคุม
1.4833 (309S)แม้ว่าจะมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดีเยี่ยม โดยทั่วไปจะมีความแข็งแรงในการคืบต่ำกว่า 1.4948 ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 750 องศา ข้อได้เปรียบด้านการออกแบบไม่ได้อยู่ที่ความต้านทานการคืบ แต่อยู่ที่ความสามารถในการต้านทานการปรับขนาดและรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ที่รุนแรงยิ่งขึ้น ที่อุณหภูมิเกิน 800 องศา 1.4833 จะรักษาคุณสมบัติเชิงกลที่เป็นประโยชน์ โดยที่ 1.4948 จะพบกับการเกิดออกซิเดชันแบบเร่งและการสูญเสียโลหะ
ความหมายของการออกแบบเป็นสิ่งสำคัญ: สำหรับระบบท่อที่ทำงานที่ 600 องศาภายใต้แรงดันภายในสูง (เช่น 50 บาร์) โดยทั่วไปแล้ว 1.4948 จะทำให้ผนังบางลงเนื่องจากค่าความเค้นที่ยอมรับได้สูงกว่า ส่งผลให้น้ำหนักวัสดุและต้นทุนลดลง ในทางกลับกัน สำหรับระบบที่ทำงานที่ 900 องศาในสภาพแวดล้อมก๊าซไอเสียออกซิไดซ์ จะต้องบังคับ 1.4833 โดยไม่คำนึงถึงแรงดัน เนื่องจาก 1.4948 จะประสบกับขนาดที่ร้ายแรงและการสูญเสียส่วนอย่างรวดเร็ว ซึ่งทำให้ความแข็งแรงของการคืบที่เหนือกว่านั้นไม่เกี่ยวข้อง
3. ถาม: ข้อควรพิจารณาในการเชื่อมที่สำคัญสำหรับท่อไร้ตะเข็บ 1.4833 และ 1.4948 คืออะไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการเลือกโลหะเติม การควบคุมการป้อนความร้อน และข้อกำหนด-หลังการเชื่อมด้วยความร้อน (PWHT) เพื่อป้องกันอาการแพ้และรักษาอายุการใช้งาน
A:การเชื่อมเกรดออสเทนนิติกที่อุณหภูมิสูง-เหล่านี้ต้องมีการควบคุมที่แม่นยำเพื่อหลีกเลี่ยงการกระทบต่อคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพ-ความต้านทานต่อออกซิเดชันสำหรับ 1.4833 และความต้านทานการคืบสำหรับ 1.4948
สำหรับ 1.4948 (304H)ข้อกังวลหลักในการเชื่อมคืออาการแพ้. ด้วยปริมาณคาร์บอนสูงถึง 0.10% เขตรับผลกระทบความร้อน- (HAZ) จึงไวต่อการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิระหว่าง 450 องศาถึง 850 องศาระหว่างการเชื่อม สิ่งนี้ทำให้วัสดุเสี่ยงต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนในการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากระบบท่อพบกับการควบแน่นที่มีฤทธิ์กัดกร่อนในระหว่างการปิดระบบ เพื่อบรรเทาปัญหานี้ จึงมีการใช้โลหะเติม 1.4948 (การจับคู่ 304H) หรือโดยทั่วไป คาร์บอนต่ำ- 1.4430 (308L) ถูกนำมาใช้เพื่อรักษาความต้านทานการกัดกร่อนการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT)-การอบอ่อนสารละลายโดยเฉพาะที่ 1,040–1100 องศาตามด้วยการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว-เป็นวิธีการขั้นสุดท้ายในการคืนความต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ในการผลิตภาคสนามซึ่งการบำบัดความร้อนไม่สามารถทำได้ การควบคุมอินพุตความร้อนอย่างเข้มงวด (อุณหภูมิระหว่างทางสูงสุด 150–200 องศา ) และการใช้สารตัวเติมคาร์บอนต่ำ-ถือเป็นสิ่งสำคัญในการลดอาการแพ้
สำหรับ 1.4833 (309S)การพิจารณาการเชื่อมมุ่งเน้นไปที่การบำรุงรักษาความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการป้องกันแคร็กร้อน. ปริมาณโครเมียมสูง (22–24%) และปริมาณนิกเกิล (12–15%) ทำให้โลหะผสมนี้ทนทานต่ออาการแพ้ได้ดีกว่า 1.4948 แม้ว่าจะมีระดับคาร์บอนใกล้เคียงกันก็ตาม อย่างไรก็ตาม ค่าการนำความร้อนที่ต่ำกว่าและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดความเค้นตกค้างอย่างมีนัยสำคัญ โดยทั่วไปการเลือกโลหะตัวเติมจะเกี่ยวข้องกับเคมีที่ตรงกัน 1.4847 (309Mo) หรือ 1.4833 เพื่อให้แน่ใจว่าคราบเชื่อมมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่เทียบเท่ากับโลหะฐาน การใช้ตัวเติมโลหะผสม-ที่ต่ำกว่า (เช่น 308L) จะสร้าง "จุดเชื่อมต่อที่อ่อนแอ" ซึ่งจะปรับขนาดได้เป็นพิเศษในบริการที่อุณหภูมิสูง{-โดยทั่วไปแล้ว PWHT ไม่จำเป็นสำหรับ 1.4833; แทน อาจใช้การบำบัดด้วยการหลอมสารละลายหลังการผลิต หากวัสดุผ่านกระบวนการเย็นอย่างกว้างขวาง หรือหากเป็นปัญหาการเปราะของเฟสซิกมา สำหรับโลหะผสมทั้งสอง โดยทั่วไปจะหลีกเลี่ยงการเชื่อมอัตโนมัติ (โดยไม่มีตัวเติม) เพื่อป้องกันอาการแพ้ (ใน 1.4948) และเพื่อให้แน่ใจว่ามีความต้านทานต่อออกซิเดชันที่เพียงพอในบริเวณรอยเชื่อม (ใน 1.4833)
4. ถาม: ในสภาพแวดล้อมปิโตรเคมีและการกลั่นซึ่งปัญหาการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเครียดโพลีไทโอนิก (PTA SCC) เป็นปัญหาในระหว่างการปิดระบบ 1.4833 และ 1.4948 มีพฤติกรรมอย่างไร และโดยทั่วไปจะระบุกลยุทธ์การลดผลกระทบใดสำหรับระบบท่อที่ประดิษฐ์จากโลหะผสมเหล่านี้
A:การแตกร้าวจากการกัดกร่อนของกรดโพลีไทโอนิกเป็นกลไกความล้มเหลวที่สำคัญสำหรับสเตนเลสออสเทนนิติกในการกลั่นและการบริการปิโตรเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหน่วยที่แปรรูปกำมะถัน-วัตถุดิบตั้งต้นที่มีแบริ่ง เช่น ไฮโดรทรีเตอร์ ตัวเร่งปฏิกิริยา และโคเกอร์
1.4948 (304H)มีความอ่อนไหวสูงต่อ PTA SCC ในระหว่างการทำงานที่อุณหภูมิสูง- (สูงกว่า 400 องศา ) โครเมียมคาร์ไบด์จะตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรน- ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เป็นที่ต้องการสำหรับความแข็งแรงของการคืบ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างจุลภาคที่ไวต่อแสงนี้จะสร้างโซนโครเมียม-ที่หมดลงซึ่งอยู่ติดกับขอบเขตของเกรน เมื่อปิดเครื่องและสัมผัสกับอากาศและความชื้น สารประกอบซัลเฟอร์จากกระแสกระบวนการจะรวมกับออกซิเจนและน้ำเพื่อสร้างกรดโพลีไทโอนิก (H₂SₓO₆) กรดเหล่านี้จะโจมตีขอบเกรนของโครเมียม-ที่หมดลงเป็นพิเศษ ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวตามขอบเกรนภายใต้ความเค้นดึงที่ตกค้าง สำหรับการวางท่อ 1.4948 นี่เป็นข้อกังวลด้านความสมบูรณ์ที่สำคัญ
1.4833 (309S)โดยมีปริมาณโครเมียมสูงกว่าและโดยทั่วไปมีปริมาณคาร์บอนต่ำกว่า (โดยเฉพาะในรุ่น 309S) มีความต้านทานต่ออาการแพ้ได้ดีกว่าอย่างมีนัยสำคัญ และส่งผลให้ PTA SCC ตามมาด้วย ปริมาณโครเมียมที่สูงขึ้นช่วยให้แน่ใจว่าแม้ว่าจะมีการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ขอบเขตของเกรนจะคงโครเมียมเพียงพอที่จะต้านทานการโจมตีของกรดโพลีไทโอนิก
กลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบสำหรับระบบท่อจะแตกต่างกันไป สำหรับ1.4948โดยทั่วไปแล้วมาตรฐานอุตสาหกรรม (เช่น NACE SP0170) จะมีผลบังคับใช้การวางตัวเป็นกลางของโซดาแอช (โซเดียมคาร์บอเนต)ในระหว่างการปิดระบบเพื่อทำให้คอนเดนเสทที่เป็นกรดเป็นกลาง นอกจากนี้ ข้อกำหนดจำเพาะจำนวนมากยังจำเป็นต้องมีการรักษาความร้อนที่เสถียรหรือใช้เกรดที่มีความเสถียร (เช่น 321H หรือ 347H) แทน 304H สำหรับการใช้งานบริการเปรี้ยวที่สำคัญ สำหรับ1.4833แม้ว่าจะมีความต้านทานโดยธรรมชาติ แต่การปฏิบัติอย่างรอบคอบยังคงรวมถึงขั้นตอนการเชื่อมเพื่อคลายความเครียด และในการให้บริการที่รุนแรง การหลอมสารละลายหลังการเชื่อม- เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างจุลภาคไม่-ไวต่อการกระตุ้นอย่างเต็มที่ วัสดุทั้งสองต้องการการจัดการความเค้นตกค้างอย่างระมัดระวังผ่านลำดับการเชื่อมที่เหมาะสม และหากเป็นไปได้ จะต้องใช้วิธีการบำบัดความเค้นอัด เช่น การขัดผิวด้วยการยิง
5. ถาม: จากมุมมองของการจัดซื้อและการประกันคุณภาพ ข้อกำหนดเฉพาะที่สำคัญของ ASTM ข้อกำหนดในการทดสอบ และเอกสารประกอบ (EN 10204) ที่ทำให้ท่อไม่มีตะเข็บใน 1.4833 (309S) และ 1.4948 (304H) มีความแตกต่างสำหรับบริการที่อุณหภูมิสูง-อย่างไร
A:การจัดซื้อท่อสแตนเลสไร้ตะเข็บในเกรดอุณหภูมิสูง-เหล่านี้จำเป็นต้องปฏิบัติตามมาตรฐาน ASTM เฉพาะเจาะจงอย่างเข้มงวด และข้อกำหนดการทดสอบเสริมที่สะท้อนถึงลักษณะวิกฤตของสภาพแวดล้อมการบริการที่ต้องการ
สำหรับ 1.4948 (304H)ข้อกำหนด ASTM ที่เกี่ยวข้องคือมาตรฐาน ASTM A312 / A312M(ข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับท่อสเตนเลสออสเทนนิติกแบบไม่มีรอยต่อ รอยเชื่อม และงานเย็นหนัก) อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง- เช่น เครื่องทำความร้อนยิ่งยวดของหม้อไอน้ำหรือเครื่องทำความร้อนในโรงกลั่น ยิ่งมีความเข้มงวดมากขึ้นมาตรฐาน ASTM A213 / A213M(โลหะผสมเฟอริติกและออสเทนนิติกไร้ตะเข็บ-หม้อไอน้ำเหล็ก ฮีตเตอร์ฮีตเตอร์ และท่อแลกเปลี่ยนความร้อน-) มักถูกนำมาใช้ ข้อกำหนดที่สำคัญ ได้แก่ :
ปริมาณคาร์บอนที่ควบคุม:0.04–0.10% โดยมีข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับองค์ประกอบตกค้าง
ขนาดเกรน:มักระบุเป็น ASTM No. 7 หรือหยาบกว่าเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงของการคืบ
การทดสอบอุทกสถิต:100% ของท่อต้องผ่านการทดสอบแรงดันไฮโดรสแตติกตามข้อกำหนด
การตรวจสอบแบบไม่ทำลาย (NDE):การทดสอบด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (UT) หรือการทดสอบกระแสไหลวนมักได้รับคำสั่งให้ตรวจจับการเคลือบ การเจือปน หรือการเปลี่ยนแปลงความหนาของผนัง
การทดสอบความแข็ง:ขีดจำกัดความแข็งสูงสุด (โดยทั่วไปจะน้อยกว่าหรือเท่ากับ 92 HRB) เพื่อให้มั่นใจว่ามีความเหนียวและความสามารถในการแปรรูปที่เพียงพอ
สำหรับ 1.4833 (309S)ข้อกำหนดเบื้องต้นก็คือมาตรฐาน ASTM A312สำหรับงานบริการวางท่อทั่วไปด้วยมาตรฐาน ASTM A213ใช้ได้กับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนและท่อหม้อไอน้ำ ข้อกำหนดเพิ่มเติมมักประกอบด้วย:
การระบุวัสดุเชิงบวก (PMI):PMI 100% ของความยาวท่อทั้งหมดเป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบปริมาณโครเมียม (22–24%) และนิกเกิล (12–15%) ที่เพิ่มขึ้น ป้องกันการปะปนกันที่มีราคาแพง-กับเกรดโลหะผสม-ที่ต่ำกว่าซึ่งอาจล้มเหลวในการให้บริการที่อุณหภูมิสูง-
การทดสอบการกัดกร่อน:สำหรับบริการออกซิไดซ์ อาจระบุการทดสอบการกัดกร่อนตามขอบเกรนตามมาตรฐาน ASTM A262 (แนวทางปฏิบัติ E) เพื่อยืนยันความต้านทานต่ออาการแพ้
การตกแต่งพื้นผิว:สำหรับการใช้งาน-ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง-ที่สำคัญ จะมีการระบุพื้นผิวที่ดองและที่ผ่านการพาสซีฟเพื่อขจัดตะกรันและรับประกันว่าชั้นโครเมียมออกไซด์จะสม่ำเสมอ
สำหรับทั้งสองเกรดเอกสารประกอบภายใต้อีเอ็น 10204โดยทั่วไปแล้วจะต้องใช้แบบที่ 3.1(ใบรับรองการตรวจสอบจากผู้ผลิต) สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูงมาตรฐาน- และแบบที่ 3.2(การตรวจสอบโดยบุคคลที่สามโดยอิสระ{{0}) สำหรับการใช้งานที่สำคัญ เช่น การปฏิบัติตามคำสั่งอุปกรณ์แรงดัน (PED) หรือการติดตั้งน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง การตรวจสอบย้อนกลับอย่างสมบูรณ์ตั้งแต่การหลอมไปจนถึงผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย-รวมถึงการติดตามหมายเลขความร้อน การรับรองการวิเคราะห์ทางเคมี ผลการทดสอบทางกล (การทดสอบแรงดึง การราบเรียบ การทดสอบหน้าแปลน) และรายงาน NDE-เป็นมาตรฐานสำหรับการจัดซื้อในหมวดหมู่วัสดุบริการที่-มีมูลค่าสูง-เหล่านี้ เหตุผลด้านต้นทุนตลอดอายุการใช้งานสำหรับเกรดเหล่านี้ขึ้นอยู่กับความสามารถที่บันทึกไว้ในการรักษาความสมบูรณ์ทางกลภายใต้การสัมผัสอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมักจะมีอายุการใช้งานเกิน 100,000 ชั่วโมงเมื่อมีการระบุ ประดิษฐ์ และบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม
