Dauguma vartotojų žino, kad esant aukštesnei nei 250 °C temperatūrai, dvipusės klasės gali būti paveiktos dėl spinodalinio irimo sukelto trapumo.Bet ar 250 °C yra absoliuti riba?Koks yra ekspozicijos laiko poveikis ir ar liesas ir super dupleksas elgiasi skirtingai?

Veiksniai riboja veikimo tempus

Tipiškos naudojimo sritys, kuriose dvipusės medžiagos turi būti veikiamos aukštos temperatūros sąlygomis, yra slėginiai indai, ventiliatoriaus mentės / sparnuotės arba išmetamųjų dujų plovikliai.Reikalavimai medžiagos savybėms gali svyruoti nuo didelio mechaninio stiprumo iki atsparumo korozijai. Šiame straipsnyje aptartų rūšių cheminė sudėtis pateikta 1 lentelėje.

Spinodalinis irimas

Spinodalinis skilimas (taip pat vadinamas demixing arba istoriškai kaip 475 °C trapumas) yra fazių atskyrimo feritinės fazės tipas, vykstantis maždaug 475 °C temperatūroje.Ryškiausias poveikis yra mikrostruktūros pasikeitimas, dėl kurio susidaro α' fazė, dėl kurios medžiaga trapuma.Tai savo ruožtu riboja galutinio produkto veikimą.
1 paveiksle parodyta tiriamų dvipusių medžiagų temperatūros laiko perėjimo (TTT) diagrama, spinodalinis skilimas vaizduojamas 475 °C srityje.Reikėtų pažymėti, kad ši TTT diagrama parodo 50 % kietumo sumažėjimą, išmatuotą atliekant Charpy-V bandinių atsparumo smūgiams bandymus, o tai paprastai laikoma trapumą rodančia medžiaga.Kai kuriais atvejais gali būti priimtinas didesnis kietumo sumažėjimas, dėl kurio pasikeičia TTT diagramos forma.Todėl sprendimas nustatyti tam tikrą didžiausią OT priklauso nuo to, koks yra priimtinas trapumo lygis, ty galutinio produkto kietumo sumažėjimas.Reikia paminėti, kad istoriškai TTT grafikai taip pat buvo kuriami naudojant nustatytą slenkstį, pvz., 27J.

Aukštesnės lydinio rūšys

1 paveiksle parodyta, kad legiravimo elementų padidėjimas nuo LDX 2101 klasės iki SDX 2507 klasės lemia greitesnį skilimo greitį, o liesas dupleksas rodo atidėtą skilimo pradžią.Legiruojamųjų elementų, tokių kaip chromas (Cr) ir nikelis (Ni), poveikis spinodaliniam skilimui ir trapumui buvo parodytas ankstesniais tyrimais.5–8 Šis poveikis toliau iliustruojamas 2 paveiksle. Tai rodo, kad spinodalinis irimas padidėja, kai temperatūra padidinamas nuo 300 iki 350 °C ir yra greitesnis aukštesnio legiruoto SDX 2507 tipo nei mažiau legiruoto DX 2205.
Šis supratimas gali būti labai svarbus padedant klientams apsispręsti dėl maksimalaus OT, kuris tinka jų pasirinktai klasei ir pritaikymui.

Maksimalios temperatūros nustatymas

Kaip minėta anksčiau, didžiausias dvipusės medžiagos OT gali būti nustatytas pagal priimtiną atsparumo smūgiams sumažėjimą.Paprastai taikomas OT, atitinkantis 50 % kietumo sumažėjimo vertę.

OT priklauso nuo temperatūros ir laiko

TTT diagramos kreivių nuolydis 1 paveiksle rodo, kad spinodalinis skilimas nevyksta tik esant vienai slenksčio temperatūrai ir sustoja žemiau to lygio.Tai veikiau nuolatinis procesas, kai dvipusės medžiagos yra veikiamos žemesnėje nei 475 °C darbinėje temperatūroje.Tačiau taip pat aišku, kad dėl mažesnio difuzijos greičio, žemesnės temperatūros, skilimas prasidės vėliau ir vyks daug lėčiau.Todėl dvipusės medžiagos naudojimas žemesnėje temperatūroje gali nesukelti problemų metų ar net dešimtmečių.Tačiau šiuo metu yra tendencija nustatyti didžiausią OT neatsižvelgiant į ekspozicijos laiką.Todėl pagrindinis klausimas yra, koks temperatūros ir laiko derinys turėtų būti naudojamas norint nuspręsti, ar saugu naudoti medžiagą, ar ne?Herzman ir kt.10 šią dilemą gražiai apibendrina: „...Naudojimas bus apribotas tokiomis temperatūromis, kuriose išmaišymo kinetika yra tokia žema, kad tai neįvyks per numatytą gaminio techninį tarnavimo laiką...“.

Suvirinimo poveikis

Daugumoje programų komponentams sujungti naudojamas suvirinimas.Gerai žinoma, kad suvirinimo siūlės mikrostruktūra ir jos chemija skiriasi nuo pagrindinės medžiagos 3 .Priklausomai nuo užpildo medžiagos, suvirinimo technikos ir suvirinimo parametrų, suvirinimo siūlių mikrostruktūra dažniausiai skiriasi nuo birių medžiagų.Mikrostruktūra paprastai yra grubesnė, ir tai taip pat apima aukštos temperatūros karščio paveiktą zoną (HTHAZ), kuri turi įtakos spinodaliniam skilimui suvirinimo siūlėse.Čia apžvelgiama mikrostruktūros skirtumai tarp tūrinių ir suvirintų siūlių.

Apibendrinant ribojančius veiksnius

Ankstesni skyriai leidžia daryti šias išvadas:

• Visos dvipusės medžiagos yra taikomos
  spinodaliniam skilimui esant maždaug 475 °C temperatūrai.
• Priklausomai nuo lydinio kiekio, tikimasi greitesnio arba lėtesnio skilimo greičio.Didesnis Cr ir Ni kiekis skatina greitesnį išmaišymą.
• Norėdami nustatyti maksimalią darbinę temperatūrą:
  – Reikia atsižvelgti į veikimo laiko ir temperatūros derinį.
  – Turi būti nustatytas priimtinas kietumo sumažėjimo lygis, ty turi būti nustatytas pageidaujamas galutinio kietumo lygis
• Įvedant papildomus mikrostruktūrinius komponentus, tokius kaip suvirinimo siūlės, didžiausias OT nustatomas pagal silpniausią vietą.

Pasauliniai standartai

Šiam projektui buvo peržiūrėti keli Europos ir Amerikos standartai.Jie sutelkė dėmesį į taikymą slėginiuose induose ir vamzdynų komponentuose.Apskritai skirtumą dėl rekomenduojamo didžiausio OT tarp peržiūrėtų standartų galima suskirstyti į Europos ir Amerikos požiūrį.
Europos nerūdijančio plieno medžiagų specifikacijos standartai (pvz., EN 10028-7, EN 10217-7) numato didžiausią 250 °C OT, nes medžiagos savybės užtikrinamos tik iki šios temperatūros.Be to, Europos slėginių indų ir vamzdynų projektavimo standartai (atitinkamai EN 13445 ir EN 13480) nepateikia jokios papildomos informacijos apie didžiausią OT iš to, kas nurodyta jų medžiagų standartuose.
Priešingai, amerikietiškoje medžiagų specifikacijoje (pvz., ASME SA-240, esančioje ASME II-A skirsnyje) nėra jokių duomenų apie aukštesnę temperatūrą.Vietoj to šie duomenys pateikiami ASME II-D skyriuje „Ypatybės“, kuri palaiko bendruosius slėginių indų statybos kodeksus, ASME VIII-1 ir VIII-2 skirsnius (pastarieji siūlo pažangesnį projektavimo būdą).ASME II-D didžiausias OT yra aiškiai nurodytas kaip 316 °C daugumai dvipusių lydinių.
Slėginiams vamzdynams pritaikytos projektavimo taisyklės ir medžiagos savybės pateiktos ASME B31.3.Šiame kode pateikiami mechaniniai duomenys apie dvipusius lydinius iki 316 °C, aiškiai nenurodant didžiausio OT.Nepaisant to, informaciją galite interpretuoti taip, kad ji atitiktų tai, kas parašyta ASME II-D, taigi, didžiausia Amerikos standartų OT daugeliu atvejų yra 316 °C.
Be didžiausios OT informacijos, tiek Amerikos, tiek Europos standartai rodo, kad esant aukštesnei temperatūrai (>250 °C), esant ilgesniam ekspozicijos laikui, gali susidaryti trapumas, į kurį reikėtų atsižvelgti tiek projektuojant, tiek eksploatuojant.
Kalbant apie suvirinimo siūles, dauguma standartų nepateikia jokių tvirtų teiginių apie spinodalinio skilimo poveikį.Tačiau kai kurie standartai (pvz., ASME VIII-1, UHA 32-4 lentelė) nurodo galimybę atlikti specifinius terminius apdorojimus po suvirinimo.Tai nėra nei privaloma, nei draudžiama, tačiau juos atliekant turėtų būti atliekami pagal iš anksto standarte nustatytus parametrus.

Ką sako pramonė

Buvo peržiūrėta kelių kitų dvipusio nerūdijančio plieno gamintojų pateikta informacija, siekiant išsiaiškinti, ką jie praneša apie savo klasės temperatūros diapazonus.ATI riboja 2205 iki 315 °C, tačiau „Acerinox“ tos pačios klasės OT nustato tik 250 °C.Tai yra viršutinė ir apatinė 2205 klasės OT ribos, o tarp jų kitus OT praneša Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) ir ArcelorMittal (280 °C).Tai rodo, kad yra plačiai paplitę siūlomi didžiausi OT tik vienai klasei, kurios kiekvieno gamintojo savybės bus labai panašios.
Pagrindinės priežastys, kodėl gamintojas nustatė tam tikrą OT, ne visada atskleidžiamos.Daugeliu atvejų tai pagrįsta vienu konkrečiu standartu.Skirtingi standartai perduoda skirtingus OT, todėl vertės skiriasi.Logiška išvada, kad Amerikos įmonės nustato didesnę vertę dėl ASME standarto teiginių, o Europos įmonės dėl EN standarto nustato mažesnę vertę.

Ko reikia klientams?

Priklausomai nuo galutinio panaudojimo, numatomos įvairios medžiagų apkrovos ir ekspozicijos.Šiame projekte labiausiai domino trapumas dėl spinodalinio irimo, nes jis labai tinka slėginiams indams.
Tačiau yra įvairių programų, kuriose dvipusės klasės veikia tik vidutines mechanines apkrovas, pvz., plovikliai11–15.Kitas prašymas buvo susijęs su ventiliatoriaus mentes ir sparnuotėmis, kurias veikia nuovargio apkrovos.Literatūroje matyti, kad veikiant nuovargio apkrovai spinodalinis skilimas elgiasi skirtingai15.Šiame etape tampa aišku, kad didžiausias šių programų OT negalima nustatyti taip, kaip slėginiams indams.
Kita užklausų klasė skirta tik su korozija susijusioms programoms, pvz., jūriniams išmetamųjų dujų skruberiams.Tokiais atvejais atsparumas korozijai yra svarbesnis nei OT apribojimas esant mechaninei apkrovai.Tačiau abu veiksniai turi įtakos galutinio produkto veikimui, į kurį reikia atsižvelgti nurodant didžiausią OT.Vėlgi, ši byla skiriasi nuo dviejų ankstesnių bylų.
Apskritai, patariant klientui apie tinkamą didžiausią OT jų dvipusio sluoksnio rūšiai, nustatant vertę labai svarbus taikymo tipas.Tai dar labiau parodo, kaip sudėtinga nustatyti vieną klasės OT, nes aplinka, kurioje naudojama medžiaga, turi didelį poveikį trapumo procesui.

Kokia yra maksimali dvipusio formato darbo temperatūra?

Kaip minėta, maksimali darbo temperatūra nustatoma dėl labai mažos spinodalinio skilimo kinetikos.Bet kaip išmatuoti šią temperatūrą ir kas tiksliai yra „žema kinetika“?Atsakymas į pirmąjį klausimą yra lengvas.Jau minėjome, kad kietumo matavimai paprastai atliekami siekiant įvertinti skilimo greitį ir eigą.Tai nustatyta standartuose, kurių laikosi dauguma gamintojų.
Antrasis klausimas, ką reiškia žema kinetika ir vertė, kuriai mes nustatome temperatūros ribą, yra sudėtingesnis.Taip yra iš dalies todėl, kad didžiausios temperatūros ribinės sąlygos sudaromos tiek iš pačios maksimalios temperatūros (T), tiek iš veikimo laiko (t), per kurį ši temperatūra palaikoma.Norint patvirtinti šį Tt derinį, galima naudoti įvairias „mažiausio“ kietumo interpretacijas:

• Apatinė riba, kuri nustatyta istoriškai ir gali būti taikoma suvirintoms siūlėms, yra 27 džauliai (J).
• Standartų ribose dažniausiai nustatytas 40J.
• 50 % sumažintas pradinis kietumas taip pat dažnai taikomas apatinei ribai nustatyti.

Tai reiškia, kad teiginys apie didžiausią OT turi būti pagrįstas bent trimis sutartomis prielaidomis:

• Galutinio produkto ekspozicija per visą temperatūrą
• Priimtina minimali kietumo vertė
• Galutinė taikymo sritis (tik chemija, mechaninė apkrova taip/ne ir tt)

Sujungtos eksperimentinės žinios

Atlikus išsamią eksperimentinių duomenų ir standartų apžvalgą, buvo galima sudaryti rekomendacijas dėl keturių peržiūrimų dvipusių klasių, žr. 3 lentelę. Reikėtų pripažinti, kad dauguma duomenų gaunami iš laboratorinių eksperimentų, atliktų 25 °C temperatūros pakopomis. .
Taip pat reikėtų pažymėti, kad šiose rekomendacijose nurodoma, kad esant RT išlieka bent 50 % kietumo.Kai lentelėje nurodoma „ilgesnis laikotarpis“, reikšmingas RT sumažėjimas nebuvo užfiksuotas.Be to, siūlė buvo išbandyta tik -40 °C temperatūroje.Galiausiai, reikėtų pažymėti, kad DX 2304 ekspozicijos laikas yra ilgesnis, atsižvelgiant į jo didelį tvirtumą po 3000 valandų bandymo.Tačiau kiek galima padidinti poveikį, turi būti patikrinta atliekant tolesnius bandymus.

Reikia atkreipti dėmesį į tris svarbius dalykus:

• Dabartiniai duomenys rodo, kad jei yra suvirinimo siūlių, OT sumažėja maždaug 25 °C.
• Trumpalaikiai šuoliai (dešimties valandų, kai T=375 °C) yra priimtini DX 2205. Kadangi DX 2304 ir LDX 2101 yra žemesnio legiruotojo klasės, taip pat turėtų būti priimtini ir panašūs trumpalaikiai temperatūros šuoliai.
• Kai medžiaga trapi dėl skilimo, švelninamasis terminis apdorojimas 550–600 °C DX 2205 ir 500 °C SDX 2507 1 valandą padeda atgauti kietumą 70%.