1. Hợp kim 825 (UNS N08825) được thiết kế đặc biệt cho môi trường ăn mòn nghiêm trọng. "Liên minh ba" cơ bản của các nguyên tố hợp kim mang lại khả năng chống lại axit khử, hóa chất oxy hóa và sự tấn công của clorua cục bộ là gì và vai trò cụ thể của từng nguyên tố là gì?
Khả năng chống ăn mòn của Hợp kim 825 được xây dựng dựa trên sự kết hợp mạnh mẽ, hiệp đồng giữa Niken, Crom và Molypden, thường được gọi là "liên minh ba".
Niken (~40%): Quỹ Giảm thiểu Truyền thông.
Vai trò: Niken cung cấp khả năng chống lại các axit khử, chẳng hạn như axit sulfuric và photphoric, và quan trọng nhất là chống lại vết nứt ăn mòn do ứng suất clorua (Cl-SCC). Cấu trúc hình khối trung tâm (FCC) mặt- của nó vẫn dẻo và có khả năng chống lại sự lan truyền vết nứt trong môi trường clorua, nơi thép không gỉ austenit (304, 316) trở nên giòn và hư hỏng nghiêm trọng.
Crom (~21,5%): Chất bảo vệ chống lại các điều kiện oxy hóa.
Vai trò: Crom là nguyên tố then chốt để hình thành lớp Crom Oxit (Cr₂O₃) thụ động, ổn định bảo vệ trên bề mặt. Màng này ổn định trong môi trường oxy hóa như axit nitric, dung dịch nóng chứa ion sắt hoặc đồng, và khi có không khí hoặc oxy. Đây là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sự ăn mòn và oxy hóa nói chung.
Molypden (~3%): Chuyên gia về ăn mòn cục bộ.
Vai trò: Molypden cải thiện đáng kể khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở trong các dung dịch chứa clorua{0}}ion-. Nó tăng cường tính ổn định của màng thụ động trong những môi trường khắc nghiệt, cục bộ này. Sự kết hợp giữa Cr và Mo mang lại cho Hợp kim 825 Chỉ số tương đương khả năng chống rỗ cao (PREN > 30), khiến nó phù hợp với nước lợ, nước biển và các dòng xử lý hóa học có clorua.
Ngoài ra, Hợp kim 825 chứa ~2,2% Đồng, giúp tăng cường hơn nữa khả năng chống lại axit sulfuric và Titanium để ổn định chống lại sự nhạy cảm trong quá trình hàn.
2. Incoloy 800/800H/800HT nổi tiếng về độ bền và độ ổn định ở nhiệt độ-cao. Mặc dù nó có ít Molypden hơn Hợp kim 825, nhưng chiến lược hợp kim cụ thể và đặc tính cấu trúc vi mô nào khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ống trao đổi nhiệt trong các ứng dụng hơi quá nhiệt, nứt nhiệt và cải cách?
Dòng Incoloy 800 sử dụng một chiến lược khác: tăng cường-dung dịch rắn và kết tủa có kiểm soát để có khả năng chống rão ở nhiệt độ-cao, thay vì chống ăn mòn pha-lỏng.
Chiến lược hợp kim: Cân bằng crom sắt-niken-.
Nền là ma trận Fe{0}}Ni-Cr cân bằng (~32Ni-21Cr-bal Fe), mang lại cấu trúc austenit ổn định và khả năng chống oxy hóa tốt.
Điểm khác biệt quan trọng đối với cấp 800H/800HT là mức độ được kiểm soát của Carbon và Nhôm/Titan.
Kết quả thuộc tính cấu trúc vi mô: Độ bền leo.
Incoloy 800H có hàm lượng carbon được kiểm soát (0,05-0,10%) và được yêu cầu ủ dung dịch trên 2100 độ F (1150 độ) để đạt được kích thước hạt ASTM là 5 hoặc thô hơn.
Incoloy 800HT bổ sung yêu cầu về hàm lượng Al+Ti (0,85-1,20%).
Cơ chế: Ở nhiệt độ cao, cacbon và Al/Ti tạo thành sự phân tán ổn định, mịn của các cacbua và gamma-nguyên tố [ '] kết tủa trong ma trận austenit. Những kết tủa này đóng vai trò là những trở ngại mạnh mẽ đối với việc leo lên theo trật tự và trượt ranh giới hạt-các cơ chế chính của biến dạng rão. Điều này mang lại cho loại 800H/HT độ bền đặc biệt và khả năng chống biến dạng dưới tải trọng cơ học ở nhiệt độ thường vượt quá 1000 độ F (540 độ) và lên tới 1300 độ F (705 độ).
Hợp kim 825, nếu không có cơ chế tăng cường cụ thể này, sẽ nhanh chóng mất đi độ bền và bị biến dạng trong những điều kiện này. Do đó, đối với các dịch vụ khí có nhiệt độ-, áp suất cao-cao, Incoloy 800H/HT được ưu tiên, trong khi Hợp kim 825 được chọn cho khả năng chống ăn mòn trong nước, ở nhiệt độ-thấp hơn.
3. Bó ống trao đổi nhiệt phải được chế tạo bằng cách hàn các ống vào tấm ống. Đối với gói Hợp kim 825, cơ chế hư hỏng ăn mòn liên quan đến hàn-chính là gì và hàm lượng titan trong hợp kim cũng như việc sử dụng kim loại phụ "cacbon{4}}" hoặc "ổn định" ngăn chặn điều đó như thế nào?
Cơ chế hỏng hóc chính-liên quan đến hàn là Phân rã mối hàn hoặc Tấn công đường dao- (KLA), các dạng ăn mòn giữa các hạt trong Vùng ảnh hưởng nhiệt-(HAZ).
Cơ chế: Nhạy cảm.
Trong quá trình hàn, HAZ được nung nóng đến phạm vi nhiệt độ tới hạn (~800-1500 độ F / 427-816 độ ). Trong phạm vi này, cacbua crom (Cr₂₃C₆) có thể kết tủa tốt hơn dọc theo ranh giới hạt. Điều này làm cạn kiệt ma trận crom liền kề, tạo ra một vùng hẹp, thiếu crom và có tính anốt đối với phần còn lại của hạt. Trong môi trường ăn mòn, vùng này bị tấn công có chọn lọc, dẫn đến nứt và hư hỏng giữa các hạt.
Giải pháp: Ổn định Titan.
Hợp kim 825 chứa Titanium (~ 0,9-1,2%), có ái lực với carbon mạnh hơn nhiều so với crom.
Trong quá trình xử lý nhiệt ủ dung dịch cuối cùng của ống, titan kết hợp với carbon để tạo thành Titan cacbua (TiC) ổn định.
Những hạt TiC này ổn định ở nhiệt độ hàn, “liên kết” carbon và ngăn nó hình thành cacbua crom. Điều này đảm bảo rằng vẫn còn đủ crom trong dung dịch rắn để duy trì tính thụ động, do đó ngăn ngừa sự nhạy cảm.
Thực hành kim loại phụ:
Để đảm bảo hơn, hàn được thực hiện bằng cách sử dụng kim loại phụ ERNiFeCr-1 hoặc ERNiCr-3, cũng được ổn định bằng titan (và đôi khi là niobi). Điều này đảm bảo bản thân kim loại mối hàn cũng không bị nhạy cảm, tạo ra mối nối chống ăn mòn hoàn toàn.
4. Trong bộ trao đổi nhiệt vỏ-và-ống được làm mát bằng nước biển, vật liệu ống phải đối mặt với thách thức ăn mòn phức tạp. Tại sao Hợp kim 825 lại được chọn thay vì thép không gỉ 316L và trong điều kiện vận hành cụ thể nào (liên quan đến dòng chảy và độ sạch), thậm chí Hợp kim 825 sẽ yêu cầu một giải pháp thay thế mạnh mẽ hơn như hợp kim siêu austenit 6% Molybdenum hoặc hợp kim đồng niken-?
Hợp kim 825 được chọn thay vì 316L vì một lý do chính: Khả năng miễn nhiễm với vết nứt ăn mòn do ứng suất clorua (Cl-SCC) và khả năng chống rỗ vượt trội.
316L Stainless Steel: Will almost certainly suffer from Cl-SCC in hot seawater (>~60 độ / 140 độ F). PREN của nó quá thấp để có thể chống lại sự ăn mòn rỗ và kẽ hở một cách đáng tin cậy, đặc biệt là dưới lớp cặn lắng hoặc ở những khu vực ứ đọng.
Hợp kim 825: Hàm lượng niken cao giúp nó miễn nhiễm với Cl-SCC. PREN cao hơn của nó mang lại giới hạn an toàn lớn hơn nhiều chống lại sự ăn mòn rỗ và kẽ hở trong clorua.
Điều kiện yêu cầu giải pháp thay thế mạnh mẽ hơn: Lưu lượng thấp và bám bẩn.
Hạn chế của hợp kim 825 trong nước biển xuất hiện trong điều kiện dòng chảy ứ đọng hoặc dòng chảy thấp-nơi xảy ra hiện tượng bám bẩn sinh học và lắng đọng phù sa.
Dưới lớp trầm tích, môi trường trở nên thiếu oxy và có tính axit (tình trạng có kẽ hở).
Mặc dù có khả năng chống chịu nhưng Hợp kim 825 (PREN ~33) vẫn có thể dễ bị bắt đầu ăn mòn kẽ hở trong những điều kiện ứ đọng lâu dài, đặc biệt hung hãn-này.
Trong trường hợp này, bắt buộc phải có hợp kim có PREN cao hơn:
A 6% Molybdenum super austenitic (e.g., 254 SMO, PREN >43) or a super duplex (e.g., 2507, PREN >42) mang lại khả năng chống ăn mòn kẽ hở cao hơn.
Đối với nước biển bị ô nhiễm, ứ đọng và nghiêm trọng nhất, các hợp kim đồng-niken như Hợp kim 400 (Monel) thường là lựa chọn tốt nhất nhờ khả năng chống chịu tuyệt vời trước nước biển tù đọng, vận tốc-cao và nước biển bị ô nhiễm.
5. Khi ống Incoloy 800H được chỉ định cho dịch vụ gia nhiệt đốt, ký hiệu "H" (đối với nhiệt độ-cao) là rất quan trọng. Hai yêu cầu cụ thể về hóa học và luyện kim nào xác định cấp "H" và chúng đóng góp trực tiếp như thế nào vào việc kéo dài tuổi thọ sử dụng của ống trong điều kiện rão?
Chữ "H" trong Incoloy 800H biểu thị cấu trúc vi mô và hóa học được kiểm soát được thiết kế riêng cho khả năng chống rão ở nhiệt độ cao-, theo tiêu chuẩn ASTM B407 / B163.
Yêu cầu về hóa chất: Hàm lượng cacbon được kiểm soát.
Đặc điểm kỹ thuật: Hàm lượng carbon được quy định là từ 0,05% đến 0,10%. Con số này cao hơn đáng kể so với loại Incoloy 800 tiêu chuẩn (tối đa 0,03% C).
Đóng góp vào tuổi thọ sử dụng: Hàm lượng carbon được kiểm soát cao hơn này cung cấp "nhiên liệu" cần thiết cho sự hình thành cacbua crom thứ cấp trong hạt và ở ranh giới hạt trong quá trình sử dụng. Các cacbua mịn này tăng cường ranh giới hạt chống trượt và ma trận chống lại chuyển động lệch vị trí, đây là cơ chế phá hủy chính khi bị rão.
Yêu cầu luyện kim: Ủ dung dịch và kiểm soát kích thước hạt.
Đặc điểm kỹ thuật: Vật liệu phải được ủ dung dịch ở nhiệt độ tối thiểu 2100 độ F (1149 độ). Cần có-quá trình ủ ở nhiệt độ cao này để đạt được số lượng kích thước hạt theo tiêu chuẩn ASTM là 5 hoặc thô hơn (tức là kích thước hạt lớn hơn).
Đóng góp vào tuổi thọ sử dụng: Cấu trúc hạt thô có ít ranh giới hạt hơn trên một đơn vị thể tích. Do thiệt hại do rão thường bắt đầu ở các ranh giới hạt (thông qua sự hình thành khoảng trống và sự kết tụ), nên việc có ít ranh giới hơn trực tiếp dẫn đến thời gian đứt gãy do rão lâu hơn. Các hạt thô tạo ra đường dẫn dài hơn, quanh co hơn cho sự lan truyền vết nứt.
Sự kết hợp giữa cacbon để tăng cường kết tủa và cấu trúc hạt thô giúp giảm tích tụ hư hỏng do rão là điều cho phép ống Incoloy 800H hoạt động đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ dưới áp lực cao ở nhiệt độ mà hầu hết các hợp kim kỹ thuật khác sẽ nhanh chóng bị hỏng.
