1. Millised on Hastelloy B plaadi iseloomulikud omadused ja kuidas see on valmistatud nii, et see vastaks keemilise töötlemise seadmete rangetele nõuetele?
Hastelloy B plaat (UNS N10665) on nikli-molübdeenisulamist lame{1}}valtsitud toode, mille paksus on tavaliselt 3/16 tolli (4,76 mm) ja suurem ja laius üle 10 tolli (250 mm). See on põhiline ehitusplokk keemiliste protsesside seadmete, näiteks reaktorite, surveanumate, kolonnide ja mahutite valmistamisel.
Karakteristikute määratlemine:
Keemiline koostis: nominaalselt 28% molübdeeni, 65% niklit, tasakaalus raud (max 2%) ja mikroelemendid. Kõrge molübdeenisisaldus tagab erakordse vastupidavuse redutseerivatele hapetele, eriti vesinikkloriidhappele kõigil kontsentratsioonidel ja temperatuuridel kuni keemiseni.
Mikrostruktuur: täielikult austeniitne (pinna-keskne kuubikujuline kristallstruktuur), mis püsib stabiilsena krüogeensetest temperatuuridest kuni lõõmutamisvahemikuni. See struktuur tagab suurepärase vormitavuse ja sitkuse.
Korrosioonikindluse profiil: erinevalt roostevabast terasest, mille passiveerimine põhineb kroomil, tuleneb B-2 vastupidavus selle võimest püsida "vähendatud" olekus, mis on vastupidav rünnakutele mitteoksüdeerivates keskkondades.
Tootmisprotsess:
Hastelloy B plaat on toodetud ASTM B333 järgi (nikkel{1}}molübdeenisulamist plaadi, lehe ja riba standardspetsifikatsioon).
Sulamine ja rafineerimine: sulam sulatatakse elektrikaarahjus, seejärel rafineeritakse argooni hapniku dekarburiseerimise (AOD) anumas, et saavutada täpne keemia ja eemaldada lisandid. Kriitiliste rakenduste puhul võib seda puhtuse ja homogeensuse suurendamiseks täiendavalt puhastada Electro{1}}Slag Remelting (ESR) või vaakumkaare ümbersulatamise (VAR) abil.
Valuploki valamine: sulametall valatakse mitu tonni kaaluvatesse valuplokkidesse.
Plaatimine ja konditsioneerimine: valuplokk kuumvaltsitud "plaadiks" (ristkülikukujuline vahevorm). Plaadi pind on konditsioneeritud (lihvitud), et eemaldada kõik valu pinnadefektid.
Kuumvaltsimine (plaadiveski): plaati kuumutatakse uuesti ja lastakse läbi pöördplaatveski, kus see vähendatakse lõpliku paksuseni. See protsess nõuab märkimisväärset jõudu B-2 kõrge tugevuse tõttu temperatuuril.
Lahuse lõõmutamine: pärast kuumvaltsimist lõõmutatakse plaati lahusega, kuumutades ühtlaselt temperatuurini 2050 kraadi F - 2150 kraadi F (1120 kraadi - 1175 kraadi) ja seejärel jahutades kiiresti veega. See lahustab kõik sadestunud faasid ja loob optimaalse korrosioonikindla{5}mikrostruktuuri.
Katlakivi eemaldamine ja marineerimine: kuumtöödeldud plaati puhastatakse primaarse katlakivi eemaldamiseks abrasiivpuhastusega, seejärel marineeritakse happevannides, et eemaldada ülejäänud oksiidikiht ja taastada korrosioonikindel pind.
Viimistlemine ja ülevaatus: plaat tasandatakse, trimmitakse lõplike mõõtmeteni ja läbib põhjaliku kontrolli, sealhulgas sisemise tugevuse ultrahelitesti.
2. Millised keevitamise kaalutlused on Hastelloy B plaadist keemilise reaktori anuma valmistamisel esmatähtsad, et vältida "noa-nööri rünnakut" kuumusest{2}}mõjutatud tsoonis?
Surveanumate valmistamine Hastelloy B plaadist nõuab hoolikat keevitamise juhtimist, et vältida spetsiifilist korrosioonivormi, mida nimetatakse "noa{0}}liinirünnakuks" – kiire, lokaliseeritud korrosioon vahetult keevisriba kõrval.
Metallurgia väljakutse:
Nagu eelmistes kontekstides arutatud, on Hastelloy B-2 vastuvõtlik intermetalliliste faaside (faas – Ni₄Mo või Ni3Mo) sadenemisele, kui see puutub kokku temperatuuride vahemikus 1200 kuni 1600 kraadi F (650 kuni 870 kraadi). Paksu plaadi mitmekäigulise keevitamise ajal läbib soojus{8}}mõjutatud tsoon (HAZ) korduvalt seda kriitilist temperatuurivahemikku. Kui jahutamine on liiga aeglane, sadestuvad molübdeeni{10}rikkad faasid terade piiridele, vähendades nende korrosioonikindlust. Vesinikkloriidhappega kokku puutudes rünnatakse eelistatavalt neid sensibiliseeritud terade piire, luues piki keevisõmbluse serva sügava soone – seega "noajoone rünnak".
Kriitilised kaalutlused keevitamisel:
Madal soojussisend: kasutage väikseimat võimalikku voolutugevust ja suurimat liikumiskiirust, et minimeerida kogu soojuse sisend plaadile. See vähendab HAZ-i laiust ja sensibiliseerimisvahemikus veedetud aega.
Range läbipääsudevahelise temperatuuri kontroll: paksu plaadi mitmekäiguliste keevisõmbluste puhul tuleb keeviskäikude vahel mitteväärismetalli temperatuuri rangelt kontrollida, tavaliselt alla 200 kraadi F (93 kraadi). See hoiab ära kuumuse kogunemise, mis võimaldaks pikemaajalist kokkupuudet sensibiliseerimisvahemikuga.
Tagapuhastus: juurekäigu keevitamisel on anuma sisemuse puhastamine inertgaasi (argooni) abil hädavajalik, et vältida keevisõmbluse juure oksüdeerumist (suhkrut), mis tekitab korrosiooni esilekutsuvaid oksiidisulgusid.
Täitemetalli valik: kasutage sobiva koostisega täitemetalli (ER Ni{0}}Mo-7), mis vastab AWS A5.14 spetsifikatsioonidele. Täiteaine keemiline koostis peaks olema veidi muudetud, et parandada keevismetalli elastsust.
Keevitusejärgne kuumtöötlus (PWHT): maksimaalse korrosioonikindluse tagamiseks tuleb kogu valmistatud anum lahusega lõõmutada (2050 kraadi F, millele järgneb kiire karastamine). See on aga suurte laevade puhul sageli ebapraktiline. Alternatiivina kasutavad mõned tootjad termiliselt stabiilsemat Hastelloy B-3 sorti, millel on oluliselt aeglasem sademete kineetika ja mis on keevitamise ajal leplikum.
Keevitusprotseduuri kvalifikatsioon: enne tootmiskeevitamist peab olema kvalifitseeritud keevitusprotseduuri spetsifikatsioon (WPS). See hõlmab keevisõmbluse korrosioonikatsetust (ASTM G28 meetod A), et tõestada, et HAZ ei ole sensibiliseeritud.
3. Kuidas erineb Hastelloy B plaadi korrosioonimehhanism "redutseeriva" ja "oksüdeeriva" happelise keskkonna poolest ja mis juhtub, kui keskkond nihkub ootamatult?
Hastelloy B plaadi korrosioonimehhanismi mõistmine nõuab redutseeriva ja oksüdeeriva keskkonna eristamist, kuna sulami jõudlus on mõlemas osas dramaatiliselt erinev.
Vähendav keskkond (sulami tugevus):
Redutseerivates hapetes, nagu vesinikkloriidhape (HCl) või väävelhape (H₂SO₂) madalal kontsentratsioonil / oksüdeerijate puudumisel, toimub korrosioon mehhanismi kaudu, kus vesinikioonid redutseeritakse vesinikgaasiks ja metall lahustub ioonidena. Hastelloy B-2 paistab siin silma, kuna:
Kõrge molübdeenisisaldus soodustab stabiilse kaitsva molübdeenoksiidide ja -soolade kile teket, mis ei lahustu redutseerivates hapetes.
Sulam jääb "aktiivsesse", kuid aeglaselt korrodeeruvasse olekusse, kusjuures korrosioonikiirus on keevas HCl-s sageli alla 0,1 mm aastas.
Oksüdeeriv keskkond (sulami haavatavus):
Kui keskkond sisaldab oksüdeerivaid aineid (nt lahustunud hapnik, raua ioonid (Fe³⁺), vaskioonid (Cu²⁺), lämmastikhape või kroomhape), muutub korrosioonimehhanism dramaatiliselt:
Oksüdeerivad ained tõstavad keskkonna elektrokeemilist potentsiaali.
Selle suurema potentsiaali korral ei ole hapete redutseerimise eest kaitsev molübdeeni{0}}rikas kile enam stabiilne.
Hastelloy B-2 sisaldab aga ebapiisavalt kroomi (max 1%), et moodustada kroomoksiidi passiivne kile, mis kaitseb roostevaba terast oksüdeerivates hapetes.
Tulemus: sulam jäetakse ilma kaitsekileta ja läbib kiire ühtlase korrosiooni või tugeva täppide tekke.
Ootamatute nihete oht:
See tekitab kriitilise operatsiooniriski. Vaatleme puhta vesinikkloriidhappe protsessivoogu (redutseeriv). Kui süsinikterasest seadmete ülesvoolu korrosiooni tõttu satub voolu raudkloriidi (FeCl₃) jälgi, muutub keskkond oksüdeerivaks. Hastelloy B-2, mis toimis suurepäraselt, hakkab järsku kiirendatud kiirusega korrodeerima. Seetõttu on protsessi keemiline kontroll B-2 kasutamisel hädavajalik. See on ka põhjus, miks seotud sulam Hastelloy C-276 (mis sisaldab kroomi ja volframi) eksisteerib keskkondades, mis võivad redutseerivate ja oksüdeerivate tingimuste vahel liikuda.
4. Millised on Hastelloy B plaadist suure-läbimõõduga kolonnide või anumate valmistamisel praktilised väljakutsed nõutava lahusega lõõmutamise ja veega karastamise saavutamisel?
Suurte valmistatud seadmete, nagu destilleerimiskolonnid või reaktorianumad (potentsiaalselt 20{2}}30 jala kõrgused ja 6–10 jalga läbimõõduga) puhul on tootmisjärgse lahendusega lõõmutamine ja karastamine olulisi logistilisi ja tehnilisi väljakutseid.
Nõue:
Nagu kindlaks tehtud, on lahuse lõõmutamine temperatuuril 2050 ° F, millele järgneb kiire karastamine, ainus viis tagada kahjulike sadestunud faaside eemaldamine ja taastada pärast keevitamist täielik korrosioonikindlus.
Praktilised väljakutsed:
Ahju suuruse piirangud: enamikul kuumtöötlusahjudel on suurusepiirangud. Täielikult kokkupandud 40 jala pikkune kolonn ei pruugi sobida ühtegi saadaolevasse ahju. See sunnib tootjaid kaaluma alternatiivseid lähenemisviise:
Sektsioonide valmistamine: anum valmistatakse sektsioonidena, mis sobivad ahju, iga sektsioon lõõmutatakse lahusega ja kustutatakse eraldi ning seejärel keevitatakse sektsioonid kokku, kasutades minimaalset soojussisendi protseduuri (jättes sageli lõpliku ümbermõõdu õmbluse lõõmutamata, kuid kvalifitseeritakse korrosioonitestiga).
Kohalik PWHT: düüside ja lisaseadmete jaoks võib kasutada kohalikke kuumtöötlusribasid, kuigi see on vähem efektiivne kui täielik lõõmutamine.
Kustutamise moonutused: kiire kustutamine temperatuurilt 2050 kraadi F veevanni või pihustuskustutusse kutsub esile olulise termilise šoki. Suured õhukeseseinalised{2}}anumad on altid:
Moonutused/väänamine: alus võib -ringist- välja minna või vöörist välja minna, nõudes kallist mehaanilist sirgendamist.
Jääkpinged: Ebaühtlane karastamine võib lukustada suuri jääkpingeid, mis võivad hiljem kaasa aidata pingekorrosioonipragunemisele.
Toetus ravi ajal: 2050 kraadi F juures on Hastelloy B väga madal tugevus. Anum peab olema ahjus toetatud nii, et see ei vajuks oma raskuse all alla ega vajuks kokku. See nõuab kohandatud-disainiga tugisadulaid ja hoolikat temperatuuri ühtluse reguleerimist.
Oksüdatsioon ja katlakivi: kõrgel{0}}temperatuuril töötlemine tekitab tugeva oksiidikatlakivi. Pärast kustutamist tuleb kogu anum marineerida (happega puhastada) või puhastada abrasiivpritsiga, et eemaldada see katlakivi ja taastada korrosioonikindel pind. Suurte laevade puhul nõuab see massiivseid happevanne või põhjalikku käsitsi puhastamist, mis on aeganõudev-ja tekitab keskkonna- ja ohutusprobleeme.
Kulud: spetsiaalse ahju ajakava, kohandatud kinnituse, karastusseadmete ja{0}}järgse puhastamise kombinatsioon muudab anuma täieliku lõõmutamise äärmiselt kulukaks, lisades tootmiskuludele sageli 30–50%.
5. Milliseid konkreetseid mittepurustavaid uurimismeetodeid (NDE) rakendatakse Hastelloy B plaadile hankimise ja valmistamise ajal ning milliste defektide tuvastamiseks?
Arvestades Hastelloy B-plaadist valmistatud seadmete kriitilisust, rakendatakse nii veski (plaadi tootmine) kui ka valmistaja (anuma ehitamine) etapis ranget mittepurustavat kontrolli (NDE). Nõuded on tavaliselt määratletud ASTM A435/A577 plaatide jaoks ja ASME boilerite ja surveanumate koodi V ja VIII jaotises valmistatud seadmete jaoks.
Veski-taseme kontroll (ASTM B333 alusel):
Ultraheli testimine (UT) ASTM A578 järgi:
Eesmärk: peamine meetod plaadi sisemise tugevuse kontrollimiseks.
Tuvastatud vead: sisemised laminaadid, torud (valuploki tahkumisest tekkinud kokkutõmbumistõrmed), mitte-metallist kandmised ja praod. Plaati skaneeritakse ruudustikuna ja mis tahes viitetaset ületav näit (nt lame{4}}põhja auk) põhjustab tagasilükkamise või parandamise.
Nõuete tase: kriitilise teenuse jaoks on sageli määratud ASTM A578 (kõige rangem klass) "tase B", mis nõuab 100% skannimist, ilma ühegi defektita, mis ületaks teatud suurust.
Vedeliku läbitungimise testimine (PT) ASTM E165 järgi:
Eesmärk: kontrollib plaadi servi ja ligipääsetavaid pindu pinna-murdmisdefektide suhtes.
Tuvastatud vead: rullimise ajal tekkinud praod, õmblused, praod või rebendid.
Mõõtmete kontroll:
Paksust, tasasust (kamber) ja kandilisust kontrollitakse ASTM B333 tolerantside järgi.
Valmistamise{0}}taseme kontroll (ASME koodi järgi):
Visuaalne kontroll (VT): 100% kõikidest keevisõmblustest ja valmis keevisõmblustest kontrollitakse visuaalselt pinna ebatäiuslikkuse suhtes.
Radiograafiline testimine (RT) ASME V jaotise artikli 2 järgi:
Eesmärk: Uurida keevisõmbluste sisemist kvaliteeti.
Avastatud vead: sulandumise puudumine, läbitungimise puudumine, poorsus, räbu lisamine (kui kasutati täitematerjali) ja praod keevismetallis ja sellega külgnevas HAZis. Surveanumate A- ja B-kategooria liigeste puhul on sageli vaja täielikku radiograafiat.
Keevisõmbluste vedeliku läbitungimiskatse (PT):
Eesmärk: tuvastada pinnapraod või poorsus keevisõmbluse korgis ja, kui see on kättesaadav, keevisjuures.
Miks PT üle MT: kuna Hastelloy B on mitte-magnetiline, ei saa magnetiliste osakeste testimist (MT) kasutada. PT on standardne pinnakontrolli meetod.
Hüdrostaatiline testimine:
Pärast valmistamist täidetakse valmis anum veega ja survestatakse 1,3-kordselt kavandatud rõhust (või koodinõuetest), et kontrollida üldist terviklikkust ja lekketihedust.
Positiivne materjali identifitseerimine (PMI):
Enne plaadi valmistamist ja pärast keevitamist tehakse sageli röntgenfluorestsentsanalüsaatorite (XRF) analüsaatorite abil PMI, et kontrollida, kas alusplaat ja keevisõmbluse täitemetall vastavad määratud kvaliteediklassile, vältides kulukaid segamisi.
