1. ล้อแม็ก 825 (UNS N08825) ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมโดยเฉพาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนรุนแรง อะไรคือ "พันธมิตรสามเท่า" พื้นฐานขององค์ประกอบโลหะผสมที่ให้ความต้านทานต่อกรดรีดิวซ์ สารเคมีออกซิไดซ์ และการโจมตีของคลอไรด์เฉพาะที่ และบทบาทเฉพาะของแต่ละรายการคืออะไร
ความต้านทานการกัดกร่อนของ Alloy 825 สร้างขึ้นจากการผสมผสานที่แข็งแกร่งและเสริมฤทธิ์กันของนิกเกิล โครเมียม และโมลิบดีนัม ซึ่งมักเรียกว่า "พันธมิตรสามประการ"
นิกเกิล (~40%): รากฐานสำหรับการลดสื่อ
บทบาท: นิกเกิลให้ความต้านทานโดยธรรมชาติต่อการลดกรด เช่น กรดซัลฟิวริกและกรดฟอสฟอริก และที่สำคัญที่สุดคือต่อการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเครียดของคลอไรด์ (Cl-SCC) โครงสร้างลูกบาศก์ตรงกลาง (FCC) ที่ผิวหน้า-ยังคงความเหนียวและทนทานต่อการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ ซึ่งสเตนเลสออสเทนนิติก (304, 316) จะเกิดการเปราะและล้มเหลวอย่างร้ายแรง
โครเมียม (~21.5%): ตัวป้องกันสภาวะออกซิไดซ์
บทบาท: โครเมียมเป็นองค์ประกอบสำคัญในการสร้างชั้นพาสซีฟโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃) ที่เสถียรและป้องกันได้บนพื้นผิว ฟิล์มนี้มีความเสถียรในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์ เช่น กรดไนตริก สารละลายร้อนที่มีไอออนเฟอร์ริกหรือคิวปริก และในที่ที่มีอากาศหรือออกซิเจน เป็นแนวแรกในการป้องกันการกัดกร่อนทั่วไปและการเกิดออกซิเดชัน
โมลิบดีนัม (~3%): ผู้เชี่ยวชาญด้านการกัดกร่อนเฉพาะที่
บทบาท: โมลิบดีนัมช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกในสารละลายที่มีคลอไรด์-ไอออน-ได้อย่างมาก ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของฟิล์มพาสซีฟในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและเฉพาะที่เหล่านี้ การรวมกันของ Cr และ Mo ทำให้อัลลอยด์ 825 มีความต้านทานการเกิดรูพรุนสูง (PREN > 30) ทำให้เหมาะสำหรับน้ำกร่อย น้ำทะเล และกระแสกระบวนการทางเคมีที่มีคลอไรด์
นอกจากนี้ ล้อแม็ก 825 ยังมีทองแดงประมาณ 2.2% ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานต่อกรดซัลฟิวริก และไทเทเนียมสำหรับการรักษาเสถียรภาพต่ออาการแพ้ระหว่างการเชื่อม
2. Incoloy 800/800H/800HT มีชื่อเสียงในด้านความแข็งแกร่งและเสถียรภาพที่อุณหภูมิสูง- แม้ว่าจะมีโมลิบดีนัมน้อยกว่าอัลลอยด์ 825 แต่กลยุทธ์การผสมที่เฉพาะเจาะจงและคุณสมบัติโครงสร้างจุลภาคที่เป็นผลลัพธ์ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในไอน้ำร้อนยวดยิ่ง การแตกร้าวด้วยความร้อน และการใช้งานรีฟอร์มเมอร์
ซีรีส์ Incoloy 800 ใช้กลยุทธ์ที่แตกต่าง: สารละลายแข็ง-ที่เสริมความแข็งแกร่งและควบคุมการตกตะกอนเพื่อ-ต้านทานการคืบของอุณหภูมิสูง แทนที่จะต่อสู้กับการกัดกร่อน-เฟสของของเหลว
กลยุทธ์การผสม: ธาตุเหล็ก-นิกเกิล-ความสมดุลของโครเมียม
ฐานเป็นเมทริกซ์ Fe-Ni-Cr ที่สมดุล (~32Ni-21Cr-bal Fe) ซึ่งมีโครงสร้างออสเตนิติกที่เสถียรและต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่ดี
สิ่งที่สร้างความแตกต่างที่สำคัญสำหรับเกรด 800H/800HT คือระดับคาร์บอนและอะลูมิเนียม/ไทเทเนียมที่ได้รับการควบคุม
คุณสมบัติทางโครงสร้างจุลภาคที่ได้: ความแรงของการคืบคลาน
Incoloy 800H มีปริมาณคาร์บอนควบคุม (0.05-0.10%) และจำเป็นต้องอบสารละลายที่อุณหภูมิสูงกว่า 2,100 องศา F (1,150 องศา ) เพื่อให้ได้ขนาดเกรน ASTM 5 หรือหยาบกว่า
Incoloy 800HT เพิ่มข้อกำหนดสำหรับปริมาณ Al+Ti (0.85-1.20%)
กลไก: ที่อุณหภูมิสูง คาร์บอนและ Al/Ti ทำให้เกิดการกระจายตัวของคาร์ไบด์และแกมมา-ไพรม์ [ '] ที่ละเอียดและเสถียรภายในเมทริกซ์ออสเทนนิติก การตกตะกอนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคสำคัญต่อการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนตัวและการเลื่อนขอบเขตของเกรน- ซึ่งเป็นกลไกหลักของการเปลี่ยนรูปการคืบ สิ่งนี้ทำให้เกรด 800H/HT มีความแข็งแรงเป็นพิเศษและต้านทานการเสียรูปภายใต้ภาระทางกลที่อุณหภูมิมักจะเกิน 1,000 องศา F (540 องศา) และสูงถึง 1300 องศา F (705 องศา)
อัลลอยด์ 825 หากไม่มีกลไกการเสริมความแข็งแกร่งเฉพาะนี้จะสูญเสียความแข็งแกร่งและการคืบคลานอย่างรวดเร็วภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ดังนั้น สำหรับบริการก๊าซแรงดันสูง-อุณหภูมิสูง- แนะนำให้ใช้ Incoloy 800H/HT ในขณะที่ Alloy 825 เลือกใช้สำหรับ-อุณหภูมิที่ต่ำกว่าและเป็นการกัดกร่อนของน้ำ
3. มัดท่อแลกเปลี่ยนความร้อนจะต้องถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยการเชื่อมท่อกับแผ่นท่อ สำหรับชุดโลหะผสม Alloy 825 กลไกความล้มเหลวในการกัดกร่อนของการเชื่อมหลัก-คืออะไร และปริมาณไทเทเนียมของโลหะผสมและการใช้โลหะตัวเติม "คาร์บอนต่ำ-" หรือ "เสถียร" จะป้องกันได้อย่างไร
กลไกความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมหลัก-คือการเชื่อมเสื่อมหรือมีด-การโจมตีแนวเส้น (KLA) ซึ่งเป็นรูปแบบของการกัดกร่อนตามขอบเกรนใน-เขตที่ได้รับผลกระทบ (HAZ)
กลไก: การแพ้.
ในระหว่างการเชื่อม HAZ จะถูกให้ความร้อนในช่วงอุณหภูมิวิกฤติ (~800-1500 องศา F / 427-816 องศา ) ในช่วงนี้ โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr₂₃C₆) สามารถตกตะกอนได้เป็นพิเศษตามแนวขอบเขตของเกรน สิ่งนี้จะทำให้เมทริกซ์ที่อยู่ติดกันของโครเมียมหมดสิ้นลง ทำให้เกิดบริเวณที่แคบและหมดโครเมียมซึ่งเป็นขั้วบวกไปยังส่วนที่เหลือของเกรน ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน โซนนี้จะถูกโจมตีแบบเลือกสรร ซึ่งนำไปสู่การแตกร้าวตามขอบเกรนและความล้มเหลว
วิธีแก้ปัญหา: การรักษาเสถียรภาพของไทเทเนียม
ล้อแม็ก 825 มีไทเทเนียม (~0.9-1.2%) ซึ่งมีความสัมพันธ์กับคาร์บอนมากกว่าโครเมียมมาก
ในระหว่างการแก้ปัญหาขั้นสุดท้ายด้วยการอบอ่อนด้วยความร้อนของท่อ ไทเทเนียมจะรวมตัวกับคาร์บอนเพื่อสร้างไทเทเนียมคาร์ไบด์ (TiC) ที่เสถียร
อนุภาค TiC เหล่านี้มีความเสถียรที่อุณหภูมิการเชื่อม โดย "ผูก" คาร์บอนและป้องกันไม่ให้เกิดโครเมียมคาร์ไบด์ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าโครเมียมจะยังคงอยู่ในสารละลายที่เป็นของแข็งเพียงพอเพื่อรักษาสภาวะเฉื่อย จึงป้องกันการแพ้
การปฏิบัติด้านโลหะฟิลเลอร์:
เพื่อความมั่นใจเพิ่มเติม การเชื่อมจะดำเนินการโดยใช้โลหะตัวเติม ERNiFeCr-1 หรือ ERNiCr-3 ซึ่งมีความเสถียรด้วยไทเทเนียม (และบางครั้งก็มีไนโอเบียม) สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าตัวโลหะเชื่อมจะมีภูมิคุ้มกันต่ออาการแพ้ ทำให้เกิดข้อต่อที่ทนทานต่อการกัดกร่อนได้อย่างสมบูรณ์
4. ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก-และ-แบบท่อที่ระบายความร้อนด้วยน้ำทะเล วัสดุที่เป็นท่อต้องเผชิญกับความท้าทายในการกัดกร่อนที่ซับซ้อน เหตุใดจึงเลือก Alloy 825 มากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม 316L และภายใต้สภาวะการทำงานเฉพาะใด (ที่เกี่ยวข้องกับการไหลและความสะอาด) แม้แต่ Alloy 825 ก็ยังต้องการทางเลือกที่แข็งแกร่งกว่า เช่น ซูเปอร์ออสเทนนิติกโมลิบดีนัม 6% หรือโลหะผสมทองแดงนิกเกิล-
ล้อแม็ก 825 ถูกเลือกมากกว่า 316L ด้วยเหตุผลหลักประการหนึ่ง: ภูมิคุ้มกันต่อการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเครียดจากคลอไรด์ (Cl-SCC) และความต้านทานต่อการเกิดรูพรุนที่เหนือกว่า
316L Stainless Steel: Will almost certainly suffer from Cl-SCC in hot seawater (>~60 องศา / 140 องศา F) ค่า PREN มีค่าต่ำเกินไปที่จะต้านทานการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกได้อย่างน่าเชื่อถือ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้คราบสกปรกหรือในพื้นที่นิ่ง
อัลลอย 825: มีนิกเกิลสูงทำให้ทนทานต่อ Cl-SCC ค่า PREN ที่สูงกว่าให้ค่าความปลอดภัยที่มากกว่ามากต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยกในคลอไรด์
สภาพที่ต้องการทางเลือกที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น: การไหลต่ำและความเปรอะเปื้อน
ข้อจำกัดของอัลลอยด์ 825 ในน้ำทะเลเกิดขึ้นภายใต้สภาวะนิ่งหรือการไหลต่ำ- ซึ่งเกิดการปนเปื้อนทางชีวภาพและการสะสมตัวของตะกอน
ภายใต้การสะสมตัว สภาพแวดล้อมจะกลายเป็นออกซิเจนและเป็นกรด (สภาวะรอยแยก)
แม้ว่าจะทนทาน แต่อัลลอยด์ 825 (PREN ~33) ยังคงไวต่อการกัดกร่อนของรอยแยกในสภาวะหยุดนิ่ง-ที่รุนแรงเป็นพิเศษเหล่านี้
ในสถานการณ์สมมตินี้ โลหะผสมที่มีค่า PREN สูงกว่าได้รับคำสั่ง:
A 6% Molybdenum super austenitic (e.g., 254 SMO, PREN >43) or a super duplex (e.g., 2507, PREN >42) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนของรอยแยกได้ดีกว่า
สำหรับน้ำทะเลที่มีความนิ่ง รุนแรง และเป็นมลพิษมากที่สุด โลหะผสมนิกเกิล-ทองแดง เช่น อัลลอย 400 (โมเนล) มักจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด เนื่องจากมีความต้านทานต่อน้ำทะเลนิ่ง -ความเร็วสูง และมลพิษได้ดีเยี่ยม
5. เมื่อมีการระบุท่อ Incoloy 800H สำหรับบริการทำความร้อนแบบใช้เชื้อเพลิง การกำหนด "H" (สำหรับอุณหภูมิสูง-) ถือเป็นสิ่งสำคัญ ข้อกำหนดทางเคมีและโลหะวิทยาเฉพาะสองข้อใดที่กำหนดเกรด "H" และข้อกำหนดเหล่านี้มีส่วนโดยตรงต่ออายุการใช้งานที่ยาวนานของท่อภายใต้สภาวะการคืบอย่างไร
"H" ใน Incoloy 800H หมายถึงเคมีควบคุมและโครงสร้างจุลภาคที่ปรับแต่งมาเป็นพิเศษสำหรับการต้านทานการคืบของอุณหภูมิสูง- ตามมาตรฐาน ASTM B407 / B163
ข้อกำหนดทางเคมี: ปริมาณคาร์บอนควบคุม
ข้อมูลจำเพาะ: ปริมาณคาร์บอนได้รับคำสั่งให้อยู่ระหว่าง 0.05% ถึง 0.10% ซึ่งสูงกว่าเกรด Incoloy 800 มาตรฐานอย่างมาก (0.03% C สูงสุด)
อายุการใช้งาน: ปริมาณคาร์บอนที่ได้รับการควบคุมที่สูงขึ้นนี้ให้ "เชื้อเพลิง" ที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของโครเมียมคาร์ไบด์ทุติยภูมิภายในเมล็ดพืชและที่ขอบเขตของเมล็ดข้าวระหว่างการบริการ คาร์ไบด์ละเอียดเหล่านี้เสริมความแข็งแกร่งให้กับขอบเขตของเกรนต่อการเลื่อน และเมทริกซ์ต่อการเคลื่อนตัวของการเคลื่อนที่ ซึ่งเป็นกลไกความล้มเหลวหลักภายใต้การคืบ
ข้อกำหนดด้านโลหการ: การหลอมสารละลายและการควบคุมขนาดเกรน
ข้อมูลจำเพาะ: วัสดุจะต้องได้รับการอบอ่อนที่อุณหภูมิต่ำสุด 2100 องศา F (1149 องศา) การอบอ่อนที่อุณหภูมิสูง-นี้จำเป็นเพื่อให้ได้ขนาดเกรน ASTM เท่ากับ 5 หรือหยาบกว่า (เช่น ขนาดเกรนที่ใหญ่กว่า)
การสนับสนุนอายุการใช้งาน: โครงสร้างเกรนหยาบมีขอบเขตเกรนน้อยลงต่อหน่วยปริมาตร เนื่องจากความเสียหายจากการคืบมักจะเริ่มต้นที่ขอบเขตของเกรน (ผ่านการก่อตัวเป็นโมฆะและการรวมตัวกัน) การมีขอบเขตที่น้อยลงส่งผลให้การคืบคลานใช้เวลานานขึ้นโดยตรง เมล็ดหยาบทำให้มีเส้นทางที่ยาวและคดเคี้ยวมากขึ้นในการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว
การรวมกันของคาร์บอนเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับตะกอนและโครงสร้างเกรนหยาบเพื่อลดการสะสมความเสียหายจากการคืบคือสิ่งที่ทำให้ท่อ Incoloy 800H ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือมานานหลายทศวรรษภายใต้ความเครียดสูงที่อุณหภูมิซึ่งโลหะผสมทางวิศวกรรมอื่นๆ ส่วนใหญ่จะเสียหายอย่างรวดเร็ว
