انتخاب بهینه لوله فولادی مقاوم در برابر حرارت مستلزم متعادل کردن محدودیتهای دمای عملیاتی، استحکام خزشی و مقاومت اکسیداسیون در برابر محدودیتهای اقتصادی است. فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند 310H عملکرد عالی بالاتر از 650 درجه سانتیگراد را ارائه می دهند، در حالی که آلیاژهای فریتی-مارتنزیتی مانند P91 هدایت حرارتی بالا و انبساط حرارتی کمتری را با قیمت مقرون به صرفه تری برای کاربردهای تولید برق میانی ارائه می دهند.
فرآیندهای صنعتی در دمای بالا - از تولید برق فوق بحرانی تا پالایش پتروشیمی - به شدت به یکپارچگی ساختاری سیستمهای لولهکشی که تحت تنش شدید حرارتی و مکانیکی کار میکنند، متکی هستند. در دماهای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد، فولادهای کربنی استاندارد از طریق اکسیداسیون، پوسته پوسته شدن و از دست دادن شدید استحکام کششی دچار تخریب سریع می شوند. بنابراین مهندسان باید مواد لوله فولادی مقاوم در برابر حرارت پیشرفته را مشخص کنند که برای مقاومت در برابر این محیطهای متخاصم بدون شکست فاجعهبار طراحی شدهاند.
هنگام انتخاب مواد برای سرویس در دمای بالا، درک مکانیسم های تخریب اولیه بسیار مهم است. فلزات در معرض حرارت مداوم با سه تهدید اصلی روبرو هستند: تغییر شکل خزش، اکسیداسیون در دمای بالا و خستگی حرارتی.
خزش تغییر شکل دائمی آهسته و پیشرونده یک ماده تحت فشار مکانیکی ثابت در دماهای بالا است. برای یک لوله فولادی مقاوم در برابر حرارت هنگامی که دمای عملیاتی بیش از 40٪ از نقطه ذوب مطلق مواد باشد، خزش معمولاً به معیار طراحی غالب تبدیل می شود. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض گازهای دودکش غنی از اکسیژن در دماهای بالا باعث می شود اتم های فلز با اکسیژن واکنش دهند و لایه های مقیاس متخلخل را تشکیل دهند که دیواره لوله را به مرور زمان نازک می کند.
بازار لوله کشی با دمای بالا به طور کلی به دو دسته متالورژیکی تقسیم می شود: فولادهای زنگ نزن آستنیتی و فولادهای فریتی-مارتنزیتی. هر کدام بسته به پارامترهای کاربرد، مزایا و محدودیت های مکانیکی متمایز را ارائه می دهند.
| ویژگی / پارامتر | فولادهای آستنیتی (به عنوان مثال، TP310H، TP347H) | فولادهای فریتی-مارتنزیتی (به عنوان مثال، P91، P92) |
|---|---|---|
| حداکثر دمای عملیاتی | تا 900 درجه سانتیگراد - 1050 درجه سانتیگراد | تا 600 درجه سانتیگراد - 650 درجه سانتیگراد |
| ضریب انبساط حرارتی | بالاتر (~16-18 x 10^-6 /K) | پایین (~11-12 x 10^-6 /K) |
| هدایت حرارتی | پایین تر (تقریباً 15 W/m·K) | بالاتر (تقریباً 30 W/m·K) |
| قدرت خزش در 600 درجه سانتیگراد | متوسط | استثنایی |
| فیلد کاربردی اولیه | کوره های پتروشیمی، مقاطع تابشی | خطوط بخار اصلی در بویلرهای فوق بحرانی |
گرید P91 (فولاد 9Cr-1Mo اصلاح شده) نیروگاه های حرارتی مدرن را متحول کرد. این آلیاژ که در ابتدا توسط آزمایشگاه ملی Oak Ridge ساخته شد، تثبیت ریزساختاری را از طریق افزودن کنترل شده وانادیوم، نیوبیم و نیتروژن معرفی کرد.
یک لوله فولادی مقاوم در برابر حرارت استاندارد ساخته شده از P91 تقریباً دو برابر مقاومت خزش مجاز فولادهای کم آلیاژ سنتی مانند P22 در دمای 600 درجه سانتیگراد را نشان می دهد. این استحکام بالا به مهندسان اجازه می دهد تا ضخامت دیوار را به میزان قابل توجهی کاهش دهند که به نوبه خود وزن کلی سیستم لوله کشی را کاهش می دهد و تنش های خستگی حرارتی ناشی از چرخه های راه اندازی و خاموش شدن را کاهش می دهد. با این حال، P91 نیاز به رعایت دقیق پیش گرم کردن، عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) و نرخ های خنک کننده کنترل شده برای جلوگیری از شکنندگی مارتنزیت غیرمعمول دارد.
هنگامی که پارامترهای عملیاتی از محدوده فولادهای فریتی-مارتنزیتی عبور می کنند، درجه های آستنیتی مانند TP310H اجباری می شوند. TP310H که حاوی تقریباً 25٪ کروم و 20٪ نیکل است، یک مقیاس متراکم و محکم اکسید کروم (Cr2O3) را تشکیل می دهد که به عنوان یک مانع انتشار قوی در برابر اکسیداسیون بیشتر عمل می کند.
در آزمایش مقایسه ای کوره در دمای 900 درجه سانتی گراد در گاز دودکش مصنوعی، لوله های آستنیتی افزایش وزنی تا 75 درصد کمتر از جایگزین های فریتی استاندارد نشان می دهند. علیرغم این مقاومت اکسیداسیون استثنایی، ضریب انبساط حرارتی بالاتر فولاد زنگ نزن آستنیتی نیازمند برنامهریزی دقیق چیدمان، از جمله فاصله بهینه پشتیبانی لوله و حلقههای گسترده برای جذب رشد حرارتی است.
تهیه یک لوله فولادی مقاوم در برابر حرارت با یکپارچگی بالا، بیش از تطبیق نامهای درجه در یک برگه داده است. پروژه های مهندسی با ارزش به پروتکل های دقیق تضمین کیفیت برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت نیاز دارند.
حداکثر دمای عملیاتی به شدت به درجه آلیاژ خاص بستگی دارد. فولادهای فریتی-مارتنزیتی مانند P91 معمولاً در دمای 600 درجه سانتیگراد تا 650 درجه سانتیگراد قرار می گیرند، در حالی که فولادهای زنگ نزن آستنیتی با آلیاژ بالا مانند TP310H می توانند به طور قابل اعتماد در محیط های تا 1050 درجه سانتیگراد کار کنند.
عملیات حرارتی پس از جوش برای P91 ضروری است تا مارتنزیت سخت و شکننده تشکیل شده در حین جوشکاری را تعدیل کند. PWHT مناسب تنش های پسماند را کاهش می دهد و چقرمگی ضربه و استحکام خزشی مورد نیاز را در سراسر جوش بازیابی می کند.
مواد هنگام گرم شدن به طور قابل توجهی منبسط می شوند. فولادهای آستنیتی دارای ضریب انبساط حرارتی بالاتری نسبت به فولادهای فریتی هستند و به مهندسی دقیق حلقههای انبساط، تکیهگاههای فنر و نقاط لنگر برای جلوگیری از تنشهای مکانیکی بالا بر نازلهای تجهیزات نیاز دارند.
آسیب خزش ناشی از اثر ترکیبی تنش مکانیکی پایدار و دمای بالا در ساعات طولانی عملیاتی است که منجر به تشکیل ریزحفره داخلی، لغزش مرز دانهها و در نهایت گسیختگی میشود.
فولاد کربنی نباید در عملیات مداوم بیش از 400 درجه سانتیگراد استفاده شود زیرا از اکسیداسیون سریع، گرافیتی شدن شدید و کاهش شدید قدرت تسلیم رنج می برد که منجر به شکست زودرس می شود.
تلفن: +86-13382893387
TEL: +86-510-85308522
FAX: +86-510-85308166
WHATSAPP: +86-15161506024
EMAIL: [email protected]
ADDRESS: پلاک 8، جاده ششم جینگفا، منطقه متمرکز صنعتی شووفانگ، منطقه جدید، شهر ووکسی
موبایل
حق چاپ © Wuxi Dongmingguan Special Metal Manufacturing Co., Ltd. تمامی حقوق محفوظ است.
