1. A-286 ja 27-7MO on mõlemad raua-nikli-kroomipõhised sulamid, mille tugevus on saadud sademetega kõvenemisest. Mis on põhiline erinevus esmases sadestusfaasis, mis tugevdab iga sulamit, ja kuidas on see seotud nende kavandatud teeninduskeskkondadega?
See on põhiline eristaja. Mõlemad on vanuses-karastuvad, kuid nende tugevdusfaaside keemia on kohandatud erinevatele jõudluseesmärkidele: üks tagab puhta tugevuse temperatuuril, teine suure korrosioonikindlusega tugevuse jaoks.
A-286 (UNS S66286 / W.Nr. 1.4980):
Esmane sade: Gamma Prime ('), mille nimikoostis on Ni3 (Al, Ti). See on sama tüüpi koherentne, järjestatud sade, mida kasutatakse niklipõhiste supersulamite, nagu INCONEL 718, tugevdamiseks.
Teeninduskeskkonna põhjendus: Gamma Prime sade on kõrgel temperatuuril uskumatult stabiilne, tagades suurepärase roome- ja rebenemistugevuse. Kuid A-286 kroomisisaldus (~15%) on piisav ainult mõõduka oksüdatsioonikindluse jaoks. See ei ole ette nähtud tugeva veepõhise korrosiooni jaoks. Selle valdkond on kõrge -pingega ja kõrge temperatuuriga rakendused õhus või nõrgalt oksüdeerivas keskkonnas, näiteks reaktiivmootori ja gaasiturbiini komponendid.
Incoloy 27-7MO (UNS S31277 / W.Nr. 2.4675):
Esmane sade: Chi (χ) faas ja võimalikud muud keerulised intermetallid, mis moodustuvad selle kõrgest molübdeeni (~7%) ja kroomi (~21%) sisaldusest madalal -temperatuuril (nt 700-800 kraadi).
Teeninduskeskkonna põhjendus: kõrge Mo- ja Cr-sisaldus on eelkõige korrosioonikindluse tagamisel. Sademetega kõvenemine on teisejärguline samm selle niigi väga korrosioonikindla{1}}maatriksi voolavuspiiri suurendamiseks. Selle domeeniks on välistemperatuuri-rakendused, kus nõutakse ülima korrosioonikindluse (eriti kloriidide suhtes) ja väga suure tugevuse kombinatsiooni, näiteks kõrgsurve{4}}puuravade seadmed.
2. Miks peaks kõrgsurve ja hapu (H₂S-i sisaldava) torujuhtme puhul kasutama 27-7 kuu vanust toru tavalisema A-286 asemel, hoolimata A-286 suurepärasest tugevusest kõrgel temperatuuril?
Valiku põhjuseks on hapu teenuse põhioht: sulfiidi pingekrakkimine (SSC), mitte kõrge{0}}temperatuuri libisemine.
Miks 27-7MO on hapu teenuse jaoks parem:
Pitting Resistance Equivalent (PREN): see on kõige kriitilisem tegur. SSC algab sageli punktkorrosiooni kohtades. PREN 27-7MO jaoks on erakordselt kõrge: PREN=%Cr + 3.3*(%Mo) + 16*(%N)=21 + (3,3*7) + (16*0,3) ≈ 21 + 23.1 + 4.8=~49. See tagab vastupidavuse kloriidi täppide ja pragude korrosioonile, eemaldades võimalikud SSC-pragude tekkekohad.
Kõrge molübdeenisisaldus: ~7% Mo-sisaldus parandab spetsiifiliselt vastupidavust SSC-le H₂S keskkonnas, stabiliseerides passiivset kilet redutseerivates tingimustes.
Saavutatav tugevus madala kõvadusega: pärast vananemist võib 27-7MO saavutada voolavuspiiri, mis ületab 125 ksi (860 MPa), säilitades samal ajal peene, ühtlase karedusega mikrostruktuuri, mida saab kontrollida, et see vastaks NACE MR0175/ISO 15156 rangetele nõuetele (tavaliselt maksimaalselt 36 HRC).
Miks A-286 ei sobi:
A-286 PREN (~19) on madalama Cr ja minimaalse Mo-sisalduse tõttu palju madalam, mistõttu on see väga vastuvõtlik kloriidirikkas soolvees süvendite tekkele.
Selle esmane tugevdusfaas (Gamma Prime) nõuab kõrget vananemistemperatuuri, mis võib raskendada sügavate kaevude jaoks vajaliku suure tugevuse saavutamist, säilitades samal ajal piisavalt madala kõvaduse, et vastu pidada SSC-le. See pole lihtsalt sellesse keskkonda mõeldud.
3. -286 sulamist toru on ette nähtud kõrgel -temperatuuril kõrgsurve ülekuumendatud aurutoru jaoks. Milline konkreetne mikrostruktuuriline ebastabiilsus kujutab endast ohtu, kui toru hoitakse pikema aja jooksul temperatuurivahemikus 650–870 kraadi (1200–1600 kraadi F) ja kuidas see mõjutab selle mehaanilisi omadusi?
Peamine risk on kasuliku, koherentse Gamma Prime (') tugevdamise faasi muutumine kahjulikuks, mittekoherentseks Eta (η) faasiks.
Mikrostruktuurne ebastabiilsus: Gamma Prime'i muundumine Eta-ks
Gamma Prime ( '): soovitud sade. See on koherentne järjestatud Ni₃(Al,Ti) faas, millel on kuubiku-orientatsiooni seos austeniidimaatriksiga. Selle sidusus tekitab tohutu võre pinge, mis on sulami tugevuse peamine allikas.
Eta (η) faas: stabiilne, mitte{0}}koherentne plaaditaoline- faas, mille nimikoostis on Ni₃Ti. See moodustub Gamma Prime'i osakeste üle-vananemisest või ühinemisest, kui see puutub kokku selle konkreetse temperatuurivahemikuga pikema aja jooksul.
Mõju mehaanilistele omadustele:
Teisendusel '-st η on katastroofiline mõju:
Tugevuse kadumine ja libisemiskindlus: sidususe kaotus kõrvaldab tugeva tugevdava efekti. Jämedad η plaadid ei takista tõhusalt dislokatsiooni liikumist.
Tugev rabestumine: plaat{0}}nagu η faas toimib hapra murdumisrajana läbi terade. Sulami elastsus ja löögikindlus langevad dramaatiliselt.
Tulemus: toru, mis kannatab selle üle{0}}vananemise muutuse all, väheneb märkimisväärselt oma rõhu-sisaldamise võime ja see võib termilise või mehaanilise löögi korral puruneda. Seda temperatuurivahemikku tuleb töö ajal või kuumtöötlemise ajal vältida.
4. Sademete{1}}karastatud sulamite keevitamine on kurikuulsalt keeruline. Võrrelge keevisõmbluse A-286 ja 27-7MO kriitilisi -järgse keevisõmbluse kuumtöötluse (PWHT) nõudeid, et taastada keevisõmbluse korrosioonikindlus ja mehaanilised omadused.
Mõlemad nõuavad täielikku lahendust{0}}ja vanusega tegelemist, kuid vahelejätmise eripärad ja tagajärjed on erinevad.
A-286 keevitamine PWHT:
Protsess: keevitamine lahustab Gamma Prime'i kuumus{0}}mõjutatud tsoonis (HAZ), jättes selle pehmeks, lahusega lõõmutatud olekusse. Tugevuse taastamiseks on kohustuslik täielik re-lahustöötlus (980 kraadi / 1800 kraadi F), millele järgneb kontrollitud vananemistöötlus (720 kraadi / 1325 kraadi F).
PWHT vahelejätmise tagajärjed: keevisõmblusel on tugevad omadused. Keevismetall ja HAZ on nõrgad (madal voolavuspiir) võrreldes tugeva, vananenud mitteväärismetalliga. See muudab vuugi mehaaniliseks nõrgaks lüliks, mis koormuse all võib puruneda. Korrosioonikindlus on A-286 tüüpiliste rakenduste puhul vähem oluline.
Incoloy 27-7MO Welding PWHT:
Protsess: sarnaselt A-286-ga, on Chi faasi uuesti-lahustamiseks ja struktuuri homogeniseerimiseks vaja täielikku re-lahutuslõõmutamist (sageli üle 1150 kraadi / 2100 kraadi F), millele järgneb vesikarastamine. Sellele peab seejärel järgnema spetsiifiline vananemistöötlus, et taassadestada kõvenemisfaasid ja saavutada soovitud kõrge tugevus.
PWHT vahelejätmise tagajärg: 27-7 kuu puhul on see veelgi kriitilisem. Ilma lahusega töötlemiseta tekivad HAZ-is piki terade piire sensibiliseeritud kroomkarbiidide ja nitriidide sademed, mis kahandavad ümbritsevat kroomimaatriksit. See muudab HAZ-i äärmiselt vastuvõtlikuks teradevahelisele korrosioonile, täppidele ja SSC-le, välistades täielikult sulami esmase eesmärgi. Ühendus muutub korrosioonikahjustuse punktiks.
5. Hanke ja projekteerimise seisukohast põhjendage kõrget tugevust nõudva merevee sissepritsepumba kolonnitoru jaoks palju kallima Incoloy 27-7MO toru valimist tavalise dupleksse roostevaba terase (nt 2205) asemel.
Põhjendus tugineb korrosioonikindluse kvantitatiivsele lõhele ja rikke katastroofilisele kulule.
Tulemuslikkuse lõhe:
Duplex 2205 (UNS S31803): hea, üldotstarbeline-korrosioonikindel-sulam, mille PREN on ~35. Kuid kuumas seisvas merevees (eriti lademete all või pragudes) võib see olla vastuvõtlik pragude korrosioonile. Selle maksimaalne voolavuspiir on lõõmutatud olekus tavaliselt umbes 65–70 ksi (450–485 MPa).
Incoloy 27-7MO: PREN-iga ~49 on see praktiliselt immuunne merevee pragude korrosioonile kõigil praktilistel temperatuuridel. Lisaks võib see vananenud tingimustes saavutada minimaalse voolavuspiiri 125 ksi (860 MPa) või rohkem.
Hanke ja projekteerimise põhjendus:
Korrosiooniohu kõrvaldamine: merevee sissepritse on kriitiline süsteem; rike toob kaasa tootmise kadumise ja kallite avamere remonditööde. 27-7MO lõplik vastupidavus lokaalsele korrosioonile tagab, et dupleks 2205 ei suuda, välistades seisakuohu.
Kaalu ja suuruse optimeerimine: 27-7MO vanusega torude voolavuspiir on peaaegu kaks korda suurem kui 2205. See võimaldab projekteerijal kasutada sama rõhuklassi jaoks õhema seinaga toru, mille tulemuseks on pika rippuva kolonni toru kaalu oluline kokkuhoid. See vähendab platvormi konstruktsiooni ja pumba enda koormust. Teise võimalusena võimaldab see sama seina paksuse korral palju suuremat süsteemi töörõhku.
Elutsükli hind: 27-7 kuu esialgse lisatasu kompenseerib selle veatu, pikaajaline jõudlus ja tööpaindlikkus, mida selle suur tugevus pakub. Ebaõnnestunud dupleksterasest kolonnitoru ühe väljavõtmis- ja asendamisoperatsiooni maksumus ületaks tunduvalt esialgse materjalikulu erinevuse.
Kokkuvõtteks võib öelda, et A-286 on kõrge temperatuuriga tugevuse spetsialist, mis sobib ideaalselt kasutamiseks õhus või oksüdeerivas keskkonnas, kus libisemiskindlus on võtmetähtsusega. Incoloy 27-7MO on korrosioonikindluse spetsialist, mis on loodud pakkuma enneolematut tugevust ja kindlust kloriidide ja hapu keskkonna suhtes, õigustades selle maksumust kõige kriitilisemates puuraukude ja mererakendustes.
