1. ความเสถียรทางโลหะวิทยา: ในการผลิตแผ่นหนา- เหตุใดจึงต้องระบุ Hastelloy B-3 เหนือ B-2 ดั้งเดิมเพื่อป้องกันการแตกร้าวของโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนระหว่างการเชื่อม
ถาม: เรากำลังสร้างถังปฏิกรณ์แบบมีกำแพงหนา-โดยใช้แผ่น Hastelloy หนา 50 มม. ข้อมูลจำเพาะเก่าของเราเรียกว่า B-2 แต่การแก้ไขใหม่บังคับว่า B-3 เราประสบปัญหาแคร็กกับ B-2 ในอดีต อะไรเปลี่ยนแปลงทางโลหะวิทยาในเพลต B-3 ที่ป้องกันการแตกร้าวเหล่านี้
ตอบ: การเปลี่ยนจาก Hastelloy B-2 เป็น B-3 ในการผลิตแผ่นหนาถือเป็นการปรับปรุงที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งในโลหะผสมนิกเกิล การแคร็กที่คุณพบด้วย B-2 น่าจะไม่ใช่ข้อผิดพลาดของผู้ปฏิบัติงาน แต่เป็นช่องโหว่ขั้นพื้นฐานทางโลหะวิทยาที่ B-3 ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อแก้ไข
ช่องโหว่ B-2:
ในแผ่นหนา (มากกว่า 12 มม.) โซนที่ได้รับผลกระทบความร้อน- (HAZ) ที่อยู่ติดกับรอยเชื่อมจะเย็นตัวลงในอัตราปานกลาง Hastelloy B-2 มีแนวโน้มที่จะเกิดปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องสองประการ:
การจัดลำดับช่วงสั้น-: ในช่วงอุณหภูมิ 550-850 องศา F (290-455 องศา ) อะตอมใน B-2 จะจัดเรียงใหม่เป็นโครงสร้างที่ได้รับการจัดลำดับ ทำให้วัสดุแข็งและเปราะมาก
การตกตะกอนของคาร์ไบด์: B-2 ตกตะกอนคาร์ไบด์และเฟสระหว่างโลหะ (เฟส Mu) ได้อย่างง่ายดายที่ขอบเขตเกรนใน HAZ ระหว่างการเชื่อม
ผลลัพธ์ที่ได้คือ HAZ ที่สูญเสียความเหนียวทั้งหมด เมื่อโลหะเชื่อมเย็นลงและหดตัว มันจะดึง HAZ ที่เปราะบางนี้ และรอยแตกร้าวจะแพร่กระจายไปตามขอบเขตของเกรน-ซึ่งมักจะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่ตรวจพบได้โดย NDT
โซลูชัน B-3 (การควบคุมทางเคมี):
Hastelloy B-3 ยังคงความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมเช่นเดียวกับ B-2 แต่ปรับเปลี่ยนทางเคมี (ด้วยการควบคุมการเติมเหล็กและโครเมียม และการควบคุมคาร์บอนและซิลิคอนที่เข้มงวดมากขึ้น) เพื่อชะลอจลนศาสตร์ของการเรียงลำดับและการตกตะกอนเกือบ 100 เท่า
ความหมายเชิงปฏิบัติสำหรับการผลิตแผ่น:
ด้วยเพลต B-3 HAZ ยังคงความเหนียวในระหว่างการทำความเย็น การเชื่อมสามารถหดตัวได้โดยไม่ทำให้โลหะฐานที่อยู่ติดกันฉีกขาด ซึ่งหมายความว่า:
ไม่จำเป็นต้องมีการบำบัดด้วยความร้อนในการเชื่อม (PWHT) หลังการเชื่อม (PWHT) เพื่อคืนความเหนียวกลับคืนมา
การเชื่อมหลายรอบ-บนส่วนที่หนามีความปลอดภัย การหมุนเวียนความร้อนจากการผ่านครั้งต่อไปจะไม่ทำให้การผ่านครั้งก่อนเกิดความเปราะ
สามารถใช้เพลตใน-สภาพการเชื่อมในการให้บริการจนถึงอุณหภูมิสูงโดยไม่มีความเสี่ยงที่-การเปราะของบริการ
2. การบริการกรดไฮโดรคลอริก: ในเครื่องปฏิกรณ์อะซีโอโทรปิก HCl อัตราการกัดกร่อนที่สามารถคาดหวังได้จากเพลต Hastelloy B-3 และการออกแบบความหนาจะรองรับสิ่งเจือปนของกรดในโลกแห่งความเป็นจริงได้อย่างไร
ถาม: เรากำลังออกแบบเครื่องปฏิกรณ์สำหรับจัดการกรดอะซีโอโทรปิกไฮโดรคลอริก (ประมาณ. 20% HCl) ที่ 150 องศา เราได้เลือกเพลท Hastelloy B-3 หนา 25 มม. เราควรใช้อัตราการกัดกร่อนเท่าใดในการคำนวณอายุการใช้งานของเรา และจะเกิดอะไรขึ้นหากไอออนของเฟอร์ริกติดตาม (Fe+3) ปรากฏในกระแสกรด
ตอบ: ในอะซีโอโทรปิก HCl บริสุทธิ์ที่ 150 องศา Hastelloy B-3 ให้ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม อย่างไรก็ตาม คำถามของคุณเกี่ยวกับสิ่งเจือปนถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจาก B-3 มีจุดอ่อนเฉพาะที่ต้องเข้าใจในกระบวนการทางเคมีในโลกแห่งความเป็นจริง
อัตราการกัดกร่อนพื้นฐาน:
ในกรดไฮโดรคลอริกอิสระ-ที่มีออกซิเจนบริสุทธิ์ที่ 150 องศา โดยทั่วไปแล้ว Hastelloy B-3 จะมีอัตราการกัดกร่อนน้อยกว่า 0.1 มิลลิเมตรต่อปี (4 mpy) ซึ่งช่วยให้มีค่าเผื่อการกัดกร่อนค่อนข้างน้อยตลอดอายุการใช้งานการออกแบบ 20 ปี ปริมาณโมลิบดีนัมสูง (28-30%) ให้ความต้านทานนี้โดยการสร้างฟิล์มป้องกันในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดรีดิวซ์
ภัยคุกคามจากไอออนเฟอร์ริก (กับดัก "ไอออนออกซิไดซ์")
นี่คือการพิจารณาการปฏิบัติงานที่สำคัญที่สุดประการเดียวสำหรับอุปกรณ์ B-3
กลไก: Hastelloy B-3 ออกแบบมาเพื่อลดกรด มีปริมาณโครเมียมต่ำ (1-3%) โดยเฉพาะเนื่องจากโครเมียมเป็นอันตรายต่อ HCl บริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม หากกระแสกระบวนการปนเปื้อนด้วยสายพันธุ์ออกซิไดซ์-โดยทั่วไปคือเฟอร์ริกไอออน (Fe+3) จากการกัดกร่อนต้นน้ำ ไอออนคิวปริก (Cu+2) หรือออกซิเจนละลาย กลไกการกัดกร่อนจะเปลี่ยนไปโดยสิ้นเชิง
โหมดความล้มเหลว: ฟิล์มพาสซีฟบน B-3 ไม่สามารถทนต่อสภาวะออกซิไดซ์ได้ เมื่อมี Fe+3 อัตราการกัดกร่อนอาจพุ่งสูงขึ้นได้<0.1 mm/year to >5 มม./ปี ซึ่งมักถูกมองว่าเป็น "เส้นมีด-" หรือการผอมบางทั่วไปอย่างรวดเร็ว
การบรรเทาผลกระทบจากการออกแบบ:
ค่าเผื่อการกัดกร่อน: แม้ว่าค่าพื้นฐานจะเป็น 0.1 มม./ปี นักออกแบบที่มีประสบการณ์มักจะเพิ่ม "ปัจจัยไม่รู้" เพิ่มอีก 3 มม. เพื่อพิจารณาถึงกระบวนการพลิกผันที่อาจเกิดขึ้นซึ่งทำให้เกิดสายพันธุ์ออกซิไดซ์
การควบคุมกระบวนการ: การป้องกันที่แท้จริงสำหรับเพลต B-3 คือการควบคุมต้นทาง ทำให้มั่นใจได้ว่ากระแสกรดจะไม่มีการปนเปื้อนของเหล็กและออกซิเจน
การตรวจสอบ: รวมหัววัดตรวจสอบการกัดกร่อนไว้ในเครื่องปฏิกรณ์เพื่อตรวจจับอัตราการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ซึ่งอาจบ่งชี้ว่าชนิดออกซิไดซ์ได้เข้าสู่ระบบแล้ว
3. การขึ้นรูปและการประกอบ: อะไรคือข้อจำกัดในทางปฏิบัติสำหรับการขึ้นรูปแผ่น Hastelloy B-3 ขึ้นรูปเย็น และเมื่อใดจึงจำเป็นต้องขึ้นรูปด้วยความร้อนเพื่อป้องกันการแตกร้าว
ถาม: เราจำเป็นต้องสร้างเพลต Hastelloy B-3 หนา 40 มม. ให้เป็นหัวครึ่งทรงกลมสำหรับภาชนะรับความดัน ร้านเราปกติจะเป็นสแตนเลสแบบเย็น เราสามารถทำให้เย็นในรูปแบบ B-3 ได้หรือไม่ หรือต้องทำให้ร้อน? มีความเสี่ยงอะไรบ้าง?
ตอบ: การขึ้นรูปแผ่น Hastelloy B-3 หนา 40 มม. ให้เป็นซีกโลกถือเป็นกระบวนการขึ้นรูปที่รุนแรง ที่ความหนานี้และโลหะผสมนี้ ขอแนะนำให้ทำการขึ้นรูปร้อน หากไม่จำเป็น การพยายามขึ้นรูปเย็นอาจเสี่ยงต่อการแตกร้าวทันทีหรือความล้มเหลวล่าช้า
ความท้าทายในการทำงาน:
Hastelloy B-3 มีอัตราการชุบแข็งสูงมาก- ซึ่งสูงกว่าสเตนเลสออสเทนนิติกมาก เมื่อคุณทำให้จานเย็นลง จานจะแข็งขึ้นอย่างรวดเร็วแต่ก็สูญเสียความเหนียวไปด้วย สำหรับการดึงลึกเช่นหัวครึ่งทรงกลม ความตึงที่รัศมีข้อนิ้วจะรุนแรงมาก
การหาปริมาณขีดจำกัด:
สแตนเลส: มักจะสามารถทนต่อการลดความเย็นได้ 20-25% ก่อนที่จะทำการหลอม
Hastelloy B-3: โดยทั่วไปขีดจำกัดการขึ้นรูปเย็นในทางปฏิบัติคือความเครียดสูงสุด 10-15% หัวครึ่งทรงกลมจากแผ่นแบนจะมีค่ามากกว่านี้โดยเฉพาะที่รัศมีการเปลี่ยนผ่าน
พารามิเตอร์การขึ้นรูปร้อน:
หากคุณฟอร์มร้อนแรง ความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ:
ช่วงอุณหภูมิ: ช่วงการขึ้นรูปร้อนที่เหมาะสำหรับ B-3 คือ 1,000 องศาถึง 1200 องศา (1830 องศา F ถึง 2190 องศา F)
โซนอันตราย: คุณต้องหลีกเลี่ยงช่วงการเปราะที่ 550 องศาถึง 850 องศา (1,020 องศา F ถึง 1560 องศา F) หากแผ่นเย็นลงอย่างช้าๆ ในช่วงนี้ระหว่างการขึ้นรูป อาจเกิดการเรียงลำดับและการเปราะได้
การอบชุบด้วยความร้อนหลังการขึ้นรูป: หลังจากการขึ้นรูปร้อน หัวจะต้องได้รับ-การอบอ่อนด้วยสารละลายอีกครั้ง (ให้ความร้อนสูงกว่า 1060 องศาและดับอย่างรวดเร็ว) เพื่อคืนโครงสร้างจุลภาคที่ทนทาน นุ่มนวล- กลับคืนมา กระบวนการขึ้นรูปแม้ว่าจะร้อน แต่ก็สามารถสร้างโครงสร้างเกรนที่ไม่สม่ำเสมอ-ได้
ข้อยกเว้นการขึ้นรูปเย็น:
หากคุณกำลังขึ้นรูปแผ่นบาง (<6mm) into simple bends (e.g., for a duct), cold forming is possible. However, even then, the formed area will be work-hardened. If the component will be used in a corrosive environment, the cold-formed area (now stressed and harder) may corrode preferentially. A full solution anneal after forming is always the safest practice.
4. การปฏิบัติตามรหัส ASME: ค่าความเค้นการออกแบบใดที่ใช้กับเพลต Hastelloy B-3 ภายใต้ ASME หมวด VIII ส่วนที่ 1 และการเชื่อมส่งผลต่อความเค้นที่อนุญาตอย่างไร
ถาม: เรากำลังออกแบบภาชนะรับความดันตามมาตรฐาน ASME Section VIII, Div 1 โดยใช้แผ่น Hastelloy B-3 เรากำลังเชื่อมตะเข็บ ค่าความเค้นสูงสุดที่ยอมรับได้ที่เราสามารถใช้กับเพลตคือเท่าใด และปัจจัยประสิทธิภาพของรอยเชื่อมจะลดค่านี้หรือไม่
ตอบ: แผ่น Hastelloy B-3 มีคุณลักษณะเฉพาะใน ASME Boiler และ Pressure Vessel Code การทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างค่าความเค้นของโลหะพื้นฐานและประสิทธิภาพของรอยเชื่อมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบที่ปลอดภัยและประหยัด
ข้อกำหนดวัสดุ:
โดยทั่วไปแล้ว แผ่น Hastelloy B-3 จะผลิตตามมาตรฐาน ASTM B333 (แผ่นโลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม) ข้อกำหนดนี้ได้รับการยอมรับโดย ASME ส่วนที่ II ส่วนที่ A และความเค้นที่อนุญาตแสดงอยู่ใน ASME ส่วนที่ II ส่วนที่ D
ค่าความเครียดที่อนุญาต:
ความเค้นดึงที่อนุญาตสำหรับเพลต B-3 ที่อุณหภูมิห้องโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 180-190 MPa (26-27.5 ksi) ขึ้นอยู่กับรูปแบบผลิตภัณฑ์เฉพาะและการบำบัดความร้อน ค่าเหล่านี้ได้มาจากค่าความต้านทานแรงดึงหารด้วย 4 หรือค่าความต้านทานแรงดึงหารด้วย 1.5 แล้วแต่จำนวนใดจะต่ำกว่า
ปัจจัยประสิทธิภาพรอยเชื่อม (E):
นี่คือจุดที่วิศวกรออกแบบต้องระมัดระวัง ความเค้นที่อนุญาตจากส่วนที่ II ส่วน D ใช้กับโลหะฐาน. เมื่อคุณใช้ตะเข็บเชื่อม คุณต้องคูณความเค้นของโลหะฐานนั้นด้วยปัจจัยประสิทธิภาพของข้อต่อ (E) ต่อ UG-27 และ UW-12
ประเภทที่ 1 (RT เต็ม): หากคุณทำการตรวจสอบด้วยรังสี 100% ของรอยเชื่อมประเภท A และ B ทั้งหมด คุณสามารถใช้ประสิทธิภาพข้อต่อ E=1.0. ซึ่งหมายความว่ารอยเชื่อมจะถือว่ามีความแข็งแรง 100% เท่ากับโลหะฐาน และคุณสามารถใช้ค่าความเค้นที่ยอมรับได้เต็มที่ในการคำนวณความหนาของคุณ
ประเภทที่ 2 (Spot RT): หากคุณทำการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์เฉพาะจุด ประสิทธิภาพจะลดลงเหลือ E=0.85.
ประเภทที่ 3 (ไม่มี RT): หากคุณไม่ได้ทำการถ่ายภาพรังสี โดยทั่วไปประสิทธิภาพจะเป็น E=0.70 สำหรับการเชื่อมประเภท A (ตะเข็บตามยาวในเปลือก)
ความหมายเชิงปฏิบัติ:
สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่สำคัญ คุณจะต้องระบุการถ่ายภาพรังสี 100% อย่างแน่นอน (E=1.0) เพื่อเพิ่มความเครียดที่ยอมรับได้และลดความหนาของผนังให้เหลือน้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนการเชื่อมและช่างเชื่อมต้องมีคุณสมบัติตาม ASME มาตรา IX และโลหะเติม (โดยทั่วไปคือ ERNiMo-7 หรือ ERNiMo-10) จะต้องเข้ากันได้
การลดพิกัดอุณหภูมิ:
โปรดจำไว้ว่าค่าความเค้นที่ยอมรับได้จะลดลงเมื่ออุณหภูมิการออกแบบเพิ่มขึ้น คุณต้องศึกษาตารางใน ASME ส่วนที่ II ส่วน D สำหรับอุณหภูมิเฉพาะของการใช้งานของคุณ (เช่น 150 องศา 200 องศา ฯลฯ)
5. การเชื่อมซ่อมแซม: หากพบข้อบกพร่องในเพลต Hastelloy B-3 ระหว่างการผลิต ขั้นตอนที่ถูกต้องในการเชื่อมซ่อมแซมโดยไม่กระทบต่อความต้านทานการกัดกร่อนคืออะไร?
ถาม: ในระหว่าง NDT ของภาชนะ B-3 ที่เราประดิษฐ์ขึ้น เราพบข้อบกพร่องที่พื้นผิวตื้น (รอบหรือรอยตำหนิ) ในเพลตหลัก เราต้องบดมันและเชื่อมซ่อมมัน ขั้นตอนเฉพาะเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่ซ่อมแซมมีความต้านทานการกัดกร่อนเช่นเดียวกับเพลตเดิมคืออะไร?
ตอบ: อนุญาตให้ซ่อมแซมการเชื่อมเพลต Hastelloy B- 3 ได้ แต่ต้องมีความใส่ใจในรายละเอียดอย่างพิถีพิถัน การซ่อมแซมที่ดำเนินการไม่ดีสามารถสร้าง "จุดแข็ง" หรือบริเวณที่มีการแยกสารเคมีซึ่งสึกกร่อนเป็นพิเศษในการให้บริการ ต่อไปนี้เป็นขั้นตอน-สำหรับการซ่อมแซมเสียงทางโลหะวิทยา
ขั้นตอนที่ 1: การกำจัดข้อบกพร่องและการตรวจสอบ:
การเจียร: ใช้ล้ออะลูมิเนียมออกไซด์หรือซิลิกอนคาร์ไบด์เฉพาะสำหรับโลหะผสมนิกเกิลเท่านั้น. ห้ามใช้ล้อที่เคยใช้กับเหล็กหรือเหล็กกล้า เนื่องจากอนุภาคเหล็กที่ฝังอยู่จะทำให้เกิดสนิมและเป็นรูพรุน
การตรวจสอบ NDT: หลังจากการบด ให้ทำการตรวจสอบสีย้อมแทรกซึม (PT) เพื่อยืนยันว่าข้อบกพร่องนั้นถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์ ช่องควรเรียบ-โค้งมนโดยไม่มีมุมแหลมคม (รัศมีเป็นสิ่งสำคัญเพื่อป้องกันการรวมตัวของความเครียด)
ขั้นตอนที่ 2: การเลือกโลหะฟิลเลอร์:
ใช้โลหะตัวเติมที่ถูกต้อง: ERNiMo-7 (สำหรับ B-2) หรือ ERNiMo-10 (มักแนะนำสำหรับ B-3 เพื่อให้ตรงกับเคมีที่เสถียร) การใช้สารตัวเติมนิกเกิลทั่วไปจะสร้างโซนการเจือจางที่มีลักษณะการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน
ขั้นตอนที่ 3: พารามิเตอร์การเชื่อม (การควบคุมการป้อนความร้อน):
อินพุตความร้อนต่ำ: ใช้กระบวนการ GTAW (TIG) ที่มีกระแสไฟต่ำ เป้าหมายคือการฝากโลหะตัวเติมโดยไม่หลอมโลหะฐานมากเกินไป การเจือจางโลหะฐานในปริมาณมากลงในสระเชื่อมสามารถสร้างโมลิบดีนัม-โซนที่หมดลงซึ่งเสี่ยงต่อการถูกโจมตีได้
อุณหภูมิอินเตอร์พาส: ควบคุมอุณหภูมิอินเตอร์พาสอย่างเคร่งครัด เก็บไว้ต่ำกว่า 100 องศา (212 องศา F) การสะสมความร้อนที่มากเกินไปสามารถส่งเสริมการเรียงลำดับหรือการตกตะกอนของคาร์ไบด์ใน-โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของการซ่อมแซม
ลูกปัด Stringer: ใช้ลูกปัด stringer ขนาดเล็กแทนการทอผ้าแบบกว้าง การทอผ้าจะเพิ่มการป้อนความร้อนและความกว้างของเขตความร้อน-ที่ได้รับผลกระทบ
ขั้นตอนที่ 4: หลัง-การรักษาการเชื่อม (ขั้นตอนสำคัญ):
สำหรับการซ่อมแซมบนแผ่นหนา ความร้อนจากการเชื่อมจะทำให้เกิด HAZ เล็กน้อย แม้ว่า B-3 จะทนทานต่อการสั่งซื้อ แต่พื้นที่ซ่อมแซมก็จะมีแรงเค้นตกค้างและโครงสร้างจุลภาคที่แตกต่างกันเล็กน้อย
หากถังเต็มได้รับการอบอ่อนแล้ว: การใช้ความร้อนจากการเชื่อม (PWHT) หลังการเชื่อมในพื้นที่-ของพื้นที่ซ่อมแซมมีความเสี่ยง B-3 ไม่ต้องการการบรรเทาความเครียด และการพยายามทำความร้อนเฉพาะที่อาจทำให้เกิดการไล่ระดับความร้อนและความเครียดตกค้างที่ไม่ต้องการได้
แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด: สถานการณ์ในอุดมคติคือการซ่อมแซมทั้งหมดให้เสร็จสิ้นก่อนสารละลายสุดท้ายของการหลอมของเรือ หากภาชนะมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะ-หลอมใหม่ การซ่อมแซมจะต้องดำเนินการโดยใช้ความร้อนต่ำจน HAZ มีน้อยที่สุด และพื้นที่ดังกล่าวได้รับการยอมรับใน-สภาพการเชื่อม- โดยมีเงื่อนไขว่าโลหะตัวเติมตรงกับความต้านทานการกัดกร่อน
ขั้นตอนที่ 5: การตรวจสอบขั้นสุดท้าย:
หลังจากการเชื่อมแล้ว ให้บดการซ่อมแซมให้เรียบและเรียบเนียน
ทำการตรวจสอบ PT ใหม่เพื่อให้แน่ใจว่าการซ่อมแซมเป็นไปอย่างดี
หากเป็นไปได้ ให้ทำการทดสอบ Feritscope (แม้ว่า B-3 ควรไม่ใช่แม่เหล็ก การตอบสนองทางแม่เหล็กบ่งชี้ว่ามีการปนเปื้อนหรือโครงสร้างจุลภาคไม่ถูกต้อง)
