Úvod
Každý inžinier, ktorý hľadal správnu nehrdzavejúcu oceľ alebo zliatinu niklu pre prostredie bohaté na chlorid-, sa stretol s výrazom PREN - Ekvivalentné číslo odolnosti proti pittingu. Objavuje sa v technických listoch, správach o výbere materiálov, učebniciach korózneho inžinierstva a priemyselných štandardoch. Je často citovaná, často nesprávne citovaná a niekedy zneužívaná spôsobmi, ktoré vedú buď k nadmernej-špecifikácii (platí príliš veľa za prémiovú zliatinu), alebo k pod-špecifikácii (výber triedy, ktorá predčasne zlyhá v prevádzke.

PREN nie je magické číslo. Je to kompozičný index - vážený súčet koncentrácií chrómu, molybdénu, dusíka a (v niektorých variantoch) volfrámu v zliatine. Bol vyvinutý ako praktický skríningový nástroj na klasifikáciu nehrdzavejúcich ocelí a zliatin niklu podľa ich relatívnej odolnosti voči chloridovej jamkovej korózii, čím nahradil časovo-náročné a drahé laboratórne testovanie jednoduchým výpočtom zo správy o tepelnom zložení.
Táto príručka odpovedá na otázky, ktoré sa inžinieri a odborníci na obstarávanie v súvislosti s PREN skutočne pýtajú: Čo presne to číslo znamená? Aké sú rôzne varianty receptúry a kedy by sa mali použiť? Aké sú správne prahové hodnoty pre konkrétne prostredia služieb? Aké chyby sa najčastejšie robia pri aplikácii PREN? A ako PREN spolupracuje s prísnymi{0}}normami kvalifikácie služieb, ako sú NACE MR0175 a ISO 15156? Každá časť sa riadi štruktúrou Nadpis + Záver + Zdôvodnenie: záver je na prvom mieste, čo uľahčuje čítanie a citovanie.
Čo je PREN?
Ekvivalentné číslo odolnosti proti bodovej korózii (PREN) je jedna číselná hodnota odvodená z chemického zloženia nehrdzavejúcej ocele alebo zliatiny niklu. Kvantifikuje relatívnu schopnosť zliatiny odolávať iniciácii chloridovej jamkovej korózie - jednej z najbežnejších a najnebezpečnejších foriem korózie vo vodnom chloridovom prostredí.

PREN je skríningový index zloženia, nie nameraná hodnota výkonu. Povie vám relatívnu klasifikáciu zliatin podľa odolnosti proti jamkovej korózii založenej len na ich chemickom zložení -, nepovie vám skutočnú teplotu jamkovej korózie, rýchlosť korózie ani to, či je zliatina kvalifikovaná pre konkrétne prevádzkové prostredie.
PREN bol vyvinutý, pretože priame meranie odolnosti proti bodovej korózii - prostredníctvom laboratórnych testov, ako je ASTM G48 (ponorenie s chloridom železitým) alebo testovanie elektrochemickej kritickej bodovej teploty (CPT) -, je drahé, časovo-náročné a vyžaduje špecializované vybavenie. Index zloženia, ktorý koreluje s odolnosťou proti jamkovej korelácii, umožnil inžinierom rýchlo zoradiť zliatiny pomocou iba správy o tepelnom zložení z mlyna.
Prečo záleží na chróme, molybdéne a dusíku
Vzorec PREN váži tri prvky, pretože každý prispieva k odolnosti voči jamkám prostredníctvom odlišného fyzikálneho mechanizmu:
Chróm (Cr):Vytvára povrchový film pasívneho oxidu chrómu (Cr2O3), ktorý je primárnou obranou proti napadnutiu chloridmi. Viac chrómu znamená hrubší, stabilnejší a viac samoliečiaci sa pasívny film. Váhový faktor v PREN: 1,0 (základná línia).
Molybdén (Mo):Inkorporuje sa do pasívneho filmu ako oxyhydroxid molybdén{0}} (MoO(OH)2), ktorý potláča lokálne okyslenie, ktoré poháňa iniciáciu a rast jamiek. Mo je približne 3,3-krát účinnejší ako Cr na hmotnostné percento. Váhový faktor v PREN: 3,3.
Dusík (N):Vytvára amónne ióny (NH{0}}) na povrchu jamiek, ktoré tlmia miestnu kyselinu a potláčajú šírenie jamiek. N tiež rozširuje austenitickú fázu a stabilizuje ju proti senzibilizácii. N je približne 16-krát účinnejší ako Cr na hmotnostné percento. Váhový faktor v PREN: 16.
Volfrám (W) - vo vzorci variantu W-:Správa sa podobne ako Mo pri potláčaní jamkovej korózie, ale s približne polovičnou účinnosťou na hmotnostné percento. Faktor hmotnosti vo W-variante PREN: 1,65 (3,3 x 0,5).
PREN je hodnotiaci index pre iniciáciu pittingu na základe zloženia. NEZohľadňuje: (1) mikroštruktúru - ferit/austenitová rovnováha, sigma-fáza, inklúzie; (2) povrchová úprava - opracované, brúsené, morené povrchy sa správajú odlišne; (3) zóny ovplyvnené teplom zvaru - PREN sa vzťahuje len na základný kov; (4) špecifická chémia chloridov - morská voda vs. koncentrovaná soľanka sa líši; (5) teplota, pH a chémia roztoku okrem chloridu. PREN musí byť vždy overený testovaním CPT/CCT podľa ASTM G48 pre kritické aplikácie.
Štandardná receptúra PREN a jej tri varianty
Neexistuje jediný univerzálny vzorec PREN. Existujú tri varianty, z ktorých každá je vhodná pre rôzne rodiny zliatin. Použitím nesprávneho variantu vznikajú nezmyselné čísla.
Štandardný vzorec PREN (základný vzorec)
VZOREC:PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %NPoužiteľné pre: štandardné austenitické a duplexné nehrdzavejúce ocele (napr. 304L, 316L, 904L, 2205, 2507), kde Mo<= 7% and W is absent or negligible.
Štandardná receptúra PREN bola vyvinutá pre bežné austenitické a duplexné nehrdzavejúce ocele, kde je obsah molybdénu nižší ako približne 7 % a volfrám nie je pridaný zámerne. V tomto rozsahu hmotnostný faktor 3,3x Mo a hmotnostný faktor 16x N poskytujú dobrú koreláciu s laboratórnymi-nameranými hodnotami CPT. Toto je najčastejšie citovaný vzorec a predvolený, keď vzorec nie je špecifikovaný.
Tungsten-opravený vzorec PREN (W-PREN)
VZOREC:PRENw=%Cr + 3.3 x (%Mo + 0.5 x %W) + 16 x %NPoužiteľné pre: zliatiny obsahujúce volfrám- - Zeron 100 (S32760), Ferralium 255, Hastelloy C-276 a podobné akosti, kde W je zámerná legovacia prísada.
Volfrám prispieva k odolnosti proti jamkovej korózii, ale má približne polovičnú účinnosť ako molybdén na hmotnostné percento. Variant W-nahrádza surový pojem Mo efektívnym ekvivalentom Mo- (Mo + 0.5W), čím vzniká hodnota PREN, ktorá je priamo porovnateľná so štandardným vzorcom. V prípade zliatin, ako je Zeron 100 (ktorý obsahuje Mo aj W), by použitie štandardného vzorca bez W-korekcie výrazne podhodnotilo jeho odolnosť voči bodovej korózii.
Dusík-Dominantný / vysoký-dusík PREN
VZOREC:PRENn=%Cr + 0.5 x %Mo + 30 x %NPoužiteľné pre: niektoré vysoko legované superaustenitické nehrdzavejúce ocele a špeciálne zliatiny niklu, kde obsah dusíka presahuje 0,40 % a štandardné zloženie preceňuje odolnosť.
Some researchers have proposed alternative weightings for very high-nitrogen alloys (>0,40 % N), kde hraničný príspevok dodatočného dusíka klesá a štandardný 16x faktor sa stáva nepresným. V praxi zostáva štandardný vzorec najpoužívanejším a akceptovaným vo všetkých rodinách zliatin v technických špecifikáciách. Variant W- je jediným ďalším vzorcom, ktorý je široko akceptovaný v odvetví (najmä v pobrežnom a podmorskom sektore).
Rýchla{0}}referencia variantu vzorca
Tabuľka 1: Varianty vzorca PREN -, kedy použiť každý a ktorý je priemyselným štandardom
|
Variant |
Vzorec |
Rodina zliatin |
Priemyselné prijatie |
|
Štandardná PREN |
%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N |
Austenitické, duplexné, super duplexné (Mo < 7 %) |
Univerzálne - predvolené, ak vzorec nie je zadaný |
|
W-PREN (volfrám-opravený) |
%Cr + 3.3 x (%Mo + 0.5 x %W) + 16 x %N |
Zliatiny obsahujúce W-: Zeron 100, Hastelloy C-276, Ferralium 255 |
Špecificky vysoko - pobrežný/podmorský sektor |
|
Vysoká-N PREN (výskumný variant) |
%Cr + 0.5 x %Mo + 30 x %N |
Superaustenitic high-N alloys (>0.40% N) |
Nízky - akademický; zriedka používané v špecifikáciách projektu |
Hodnoty PREN pre nehrdzavejúce ocele a zliatiny niklu
Nasledujúca tabuľka poskytuje hodnoty PREN pre najširšie špecifikovanénehrdzavejúce ocele a zliatiny nikluv prevádzke s chloridom a morskou vodou. Hodnoty sú vypočítané z typických zložení stredného-rozsahu a sú orientačné - vždy overené v porovnaní so skutočným chemickým zložením tepla.

Hodnoty PREN - Austenitické a duplexné nehrdzavejúce ocele
Tabuľka 2: Hodnoty PREN pre austenitické a duplexné nehrdzavejúce ocele (vypočítané z typických zložení stredného -rozsahu; overené oproti skutočnej tepelnej chémii)
|
Stupeň / UNS |
Cr (%) |
Mo (%) |
N (%) |
W (%) |
PREN (štandardné) |
PRENw (if W>0) |
|
304L / S30403 |
18.0 |
0 |
0 |
0 |
~18 |
- |
|
316L / S31603 |
16.5 |
2.1 |
0 |
0 |
~23 |
- |
|
904L / N08904 |
20.0 |
4.5 |
0 |
0 |
~35 |
- |
|
254SMO / S31254 |
20.0 |
6.1 |
0.20 |
0 |
~43 |
- |
|
254 SMO W (ak je pridaný) |
20.0 |
6.1 |
0.20 |
1.0 |
~44 |
~45 |
|
Duplex 2205 / S32205 |
22.5 |
3.2 |
0.17 |
0 |
~35 |
- |
|
Super Duplex 2507 / S32750 |
25.0 |
4.0 |
0.28 |
0 |
~43 |
- |
|
Zeron 100 / S32760 |
25.0 |
3.5 |
0.25 |
0.7 |
~40 |
~44 |
|
Ferralium 255 / S32550 |
25.0 |
3.0 |
0.18 |
1.0 |
~37 |
~39 |
Hodnoty PREN - Zliatiny niklu
Tabuľka 3: Hodnoty PREN pre zliatiny niklu (vypočítané z typických zložení stredného -rozsahu; overené v porovnaní so skutočným chemickým zložením tepla; titán nemá PREN - funguje na základe zásadne odlišného imunitného mechanizmu)
|
Stupeň / UNS |
Cr (%) |
Mo (%) |
N (%) |
W (%) |
PREN (štandardné) |
PRENw (W-opravené) |
|
Zliatina 825 / N08825 |
21.0 |
3.0 |
0 |
0 |
~31 |
- |
|
Zliatina 625 / N06625 |
22.0 |
9.0 |
0 |
0 |
~52 |
- |
|
Zliatina 617 / N06617 |
22.0 |
9.0 |
0 |
0 |
~52 |
- |
|
Zliatina 230 / N06230 |
22.0 |
2.0 |
0 |
14 |
~30 |
~47 |
|
Hastelloy C-276 / N10276 |
15.5 |
16 |
0 |
3.5 |
~69 |
~74 |
|
Hastelloy C-22 / N06022 |
22.0 |
13 |
0 |
3.0 |
~65 |
~70 |
|
Hastelloy X / N06002 |
22.0 |
9.0 |
0 |
1.0 |
~52 |
~53 |
|
Zliatina 59 / N06059 |
23.0 |
15.5 |
0 |
0 |
~74 |
- |
|
Titán triedy 2 / R50400 |
0 |
0 |
0 |
0 |
N/A |
- |
Odvetvové-štandardné prahové hodnoty PREN pre služby na mori a morskej vode
Jedna z najčastejších praktických otázok o PREN je: "Aké minimálne PREN potrebujem na služby s morskou vodou?" Odpoveď závisí od konkrétneho prostredia služieb a priemyselná prax sa priblížila k niektorým všeobecne akceptovaným prahovým hodnotám.
Pre nepretržité ponorenie do morskej vody je všeobecne akceptovaným minimom PREN najmenej 40. Pre mierne chloridové prostredie (napr. vyrábaná voda s obsahom chloridov pod 5 000 ppm) môže byť prijateľný PREN 34-40. Pre prostredie bez morskej vody a s nízkym obsahom chloridov môže postačovať PREN 24 alebo vyšší.Tieto prahové hodnoty sú odvodené z desaťročí skúseností z pobrežných a námorných služieb, údajov z testovania CPT a empirickej korelácie medzi PREN a kritickou teplotou jamiek (CPT). Sú to skríningové hodnoty, nie absolútne záruky - Testovanie CPT/CCT podľa ASTM G48 sa vyžaduje pre kritické podmorské aplikácie na mori.
PREN prahy
Tabuľka 4: Priemysel-akceptované prahové hodnoty PREN podľa prostredia služieb (odvodené zo skúseností na mori, údajov testovania CPT a pokynov NORSOK / DNV / NACE; pre kritické aplikácie sa vyžaduje testovanie CPT/CCT ASTM G48)
|
Servisné prostredie |
Koncentrácia chloridov |
PREN minimum |
Reprezentatívne zliatiny |
|
Ne{0}}morská voda, nízky-chlorid (napr. pitná voda, mierny proces) |
<500 ppm |
>= 24 |
316L (~23) prijateľné; 304L (~18) okrajovo |
|
Proces na vrchnej strane s nízkym-chloridom |
500-2000 ppm |
>= 30 |
uprednostňuje sa 904L (~35); Hraničný objem 316L |
|
Mierny chlorid / produkovaná voda |
2 000 až 5 000 ppm |
>= 34 |
Duplex 2205 (~35) preferovaný; Hranica 904L |
|
Morská voda-ponorená podmorím (nepretržite) |
~19 000 ppm |
>= 40 |
Super duplex 2507 (~43), Zeron 100 (~44), 254SMO (~43) |
|
Morská voda-ponorená podmorím (zóna rozstreku / príliv) |
~19 000 ppm + prevzdušňovanie |
>= 43 |
Super duplex 2507 alebo zliatina niklu |
|
High-temperature seawater (>60 °C) |
~19 000 ppm |
>= 45 |
Alloy 625 (~52), Hastelloy C-276 (~74) |
|
Servis koncentrovanej soľanky / výparníka |
>50 000 ppm |
>= 50 |
Uprednostňuje sa zliatina 625 alebo Hastelloy C-276 |
|
Extrémne kyslé + chlorid (NACE MR0175) |
Variable H2S + >5000 ppm Cl |
>= 50 |
zliatina 625, C-276; Samotná PREN nedostatočná – vyžaduje sa kvalifikácia NACE |
PREN vs. CPT a CCT: Meraný vs. vypočítaný odpor
PREN je vypočítaná hodnota odvodená od zloženia. Critical Pitting Temperature (CPT) a Critical Crevice Temperature (CCT) sú namerané hodnoty získané zo štandardizovaných laboratórnych testov. Obidve sa používajú pri výbere zliatin -, pričom ich vzťah je nevyhnutný.

Teplota kritickej jamky (CPT)
CPT je najvyššia teplota, pri ktorej zliatina odolá 6 % roztoku chloridu železitého (podľa ASTM G48 Metóda A) bez jamkovej jamky. Ide o priamo meranú hodnotu výkonu -, nie o výpočet.CPT poskytuje absolútny výkonnostný štandard, ktorý PREN nemôže poskytnúť. Dve zliatiny s rovnakým PREN môžu mať rôzne hodnoty CPT, ak sa líši ich mikroštruktúra, povrchová úprava alebo obsah inklúzií. CPT je preferovaný parameter na špecifikovanie zliatin v kritických aplikáciách s morskou vodou.
Teplota kritickej štrbiny (CCT)
CCT je najvyššia teplota, pri ktorej zliatina odoláva štrbinovej korózii pod PTFE podložkou štrbinového formovača v 6% chloride železitom (podľa ASTM G48 Metóda B). CCT je vždy nižšia ako CPT pre rovnakú zliatinu, pretože geometria štrbín vytvára najagresívnejšiu lokálnu chémiu.Pre prírubové spoje, závitové spoje a podmorské príchytky je relevantným parametrom pre výber materiálu CCT -, nie CPT -. CCT je typicky o 10-30 degC nižšia ako CPT pre duplexné a super duplexné zliatiny.
PREN, CPT a CCT - Vzťah a korelácia
Tabuľka 5: Približné hodnoty CPT a CCT pre bežné zliatiny (podľa ASTM G48; hodnoty sú orientačné a líšia sa podľa povrchovej úpravy a tepla; CPT vždy presahuje CCT pre rovnakú zliatinu)
|
Zliatina |
PREN (štandardné) |
CPT (približne, ASTM G48) |
CCT (približne ASTM G48) |
Poznámky |
|
316L |
~23 |
~10 °C |
~5 °C |
Okraj pre morskú vodu; nespĺňa -podmorské podmienky |
|
904L |
~35 |
~40 °C |
~20 °C |
Dobré pre mierny chlorid; neponorené do morskej vody- |
|
254SMO |
~43 |
~70 °C |
~40 °C |
Morská voda-ponorená na teplotu ~60 °C; vrchná strana výborná |
|
2205 |
~35 |
~25 °C |
~10 °C |
Stredná chloridová služba; obmedzené ponorenie do morskej vody |
|
2507 |
~43 |
~75 °C |
~45 °C |
Morská voda-ponorená podmorím; hlavný offshore štandard |
|
Nula 100 |
~44 (W-PREN) |
~80 °C |
~50 °C |
Lepšie ako 2507 v CCT vďaka prídavku W |
|
Zliatina 625 |
~52 |
>100 °C |
>80 °C |
V podstate imúnny v prírodnej morskej vode |
|
C-276 |
~74 |
>100 °C |
>100 °C |
Maximálny odpor; kyslá a kyslá služba |
PREN pre Duplex a Super Duplex Stainless Steels
Duplexné nehrdzavejúce ocele zaujímajú kritické postavenie v pobrežnom a námornom inžinierstve, pretože ponúkajú takmer-duplexnú pevnosť a výrazne lepšiu odolnosť proti jamkovej korózii než štandardné austenitické - pri zhruba polovičnej cene ako zliatiny niklu. Pochopenie toho, ako sa PREN správa v duplexných zliatinách, si vyžaduje pozornosť mikroštruktúre.
Prečo obsah feritu ovplyvňuje význam PREN v duplexných zliatinách
Vypočítaný PREN sa vzťahuje na austenitickú fázu v duplexných nehrdzavejúcich oceliach, nie na objemovú zliatinu. Duplexná zliatina s 50 % austenitu a 50 % feritu má PREN predstaviteľa zloženia austenitovej fázy, ale feritová fáza má výrazne nižší Cr a Mo a je preferovaným miestom iniciácie jamkovej jamky. V praxi má ferit v duplexných nehrdzavejúcich oceliach nižšie PREN ako austenit, čo je dôvod, prečo feritová fáza pri testovaní chloridu železitého preferuje jamky. Celkový CPT zliatiny odráža správanie feritovej fázy, nie vypočítanú PREN. Pre duplexné zliatiny je testovanie CPT obzvlášť dôležité, pretože korelácia PREN-k-CPT je menej priama ako v prípade austenitických tried.
Obsah dusíka je v duplexných zliatinách kritický, pretože dusík je prednostne obohatený v austenitickej fáze (približne 2-3x väčší obsah N) a austenit má vyššiu rozpustnosť Cr a Mo. Toto rozdelenie znamená, že austenitová fáza PREN v duplexnej zliatine je vyššia, ako by naznačovalo objemové zloženie, zatiaľ čo feritová fáza PREN je nižšia. Feritová fáza, ktorá je anódou v galvanickom páre s austenitom, je miestom, kde dochádza k tvorbe jamiek.
Prahové hodnoty PREN pre duplexné zliatiny v prevádzke s morskou vodou
Duplex 2205 (PREN ~34-36):CPT ~25 degC v ASTM G48. Neodporúča sa na nepretržité ponorenie do morskej vody s teplotou vyššou ako približne 30-40 degC. Používa sa pre prietokové potrubia a stúpačky v miernej morskej vode s periodickou a nie nepretržitou expozíciou.
Super Duplex 2507 (PREN ~41-43):CPT ~75 °C. Ťažný kôň pre nepretržitú{2}}podmorskú službu ponorenú do morskej vody. PREN nad 40 koreluje s plnou schopnosťou ponorenia do morskej vody pri teplotách Severného mora, Západnej Afriky a Mexického zálivu (5-35 °C). Vyžaduje sa väčšinou špecifikácií projektov na mori pre nezasypané podmorské potrubia.
Zeron 100 / S32760 (PRENw ~44):CPT ~80 °C. W-korigovaná výhoda PREN oproti 2507 je skromná z hľadiska PREN, ale premieta sa do vyššej CPT o ~5°C, vďaka čomu je Zeron 100 preferovanou triedou pre najagresívnejšie aplikácie s morskou vodou a striekajúcou-zónou.
PREN pre zliatiny niklu: Prečo čísla vyzerajú inak
Zliatiny niklu majú zvyčajne oveľa vyššie hodnoty PREN ako nehrdzavejúce ocele, a to je jeden zo zdrojov zmätku pri aplikácii PREN v rámci rodín zliatin. Hastelloy C-276 s PREN ~74 nie je „dvakrát taký dobrý“ ako 316L s PREN ~23 -, mierka nie je lineárna.

Prečo nie sú hodnoty PREN zliatiny niklu priamo porovnateľné s nerezovým PREN
NELINEARITA STUPNE PREN: PREN je klasifikačný index v rámci rodiny zliatin (nehrdzavejúce ocele alebo zliatiny niklu), nie univerzálna lineárna stupnica. Hastelloy C-276 (PREN ~74) nemá 74/23=3.2-násobok odolnosti proti jamkovej korózii 316L. Je v podstate imúnny voči jamkám v prírodnej morskej vode, zatiaľ čo 316L nie je. Použite PREN na zoradenie zliatin v rámci rovnakej rodiny; nepoužívajte ho na porovnávanie medzi rodinami. Vzorec PREN bol kalibrovaný podľa údajov z nehrdzavejúcej ocele. Pri aplikácii na zliatiny niklu s veľmi vysokým obsahom Mo a W vytvára lineárny vzorec veľmi vysoké čísla, ktoré sa nezobrazujú priamo na stupnici PREN z nehrdzavejúcej ocele. Obidve sú platné pre poradie v rámci ich rodiny, ale absolútne hodnoty nie sú zameniteľné.
Zliatiny niklu: Poradie PREN v rámci rodiny
Zliatina 825 (PREN ~31):Navrhnuté pre kyslú prevádzku, nie maximálnu odolnosť proti jamkovej korózii. PREN ~31 je podobný ako 904L; hodnota zliatiny spočíva v jej zložení Ni-Cr{4}}Mo-Ti pre odolnosť SCC v prostredí H2S.
Zliatina 625 (PREN ~52):The benchmark for severe offshore and sour-service applications. PREN >Teplotný limit 50 a ~650 degC z neho robí preferovanú voľbu pre podmorské mostíky, chemické vstrekovanie a silne kyslé-prievodné potrubia.
Hastelloy C-276 (PREN ~74):Maximálna odolnosť voči jamkám a štrbinám v rodine-niklových zliatin. PREN ~74 a takmer-imunita v prírodnej morskej vode. Určené selektívne pre najagresívnejšie kyslé, kyslé a ultra{5}}hlboké aplikácie.
PREN and Sour-Service Standards: NACE MR0175 / ISO 15156
Zásadnou otázkou pri aplikáciách na mori a pri ťažbe ropy a zemného plynu je, či samotný PREN postačuje na výber materiálu v službe H2S-obsahujúcej (kyslé). Odpoveď je definitívne nie.

Prečo PREN nestačí na výber kyslej{0}}služby
PREN sitá na odolnosť proti chloridovej jamkovej korózii; NACE MR0175 / ISO 15156 Časť 3 upravuje odolnosť voči praskaniu sulfidovým napätím (SSC) v prostrediach H2S. Obidve musia byť splnené nezávisle - PREN nenahrádza kvalifikáciu NACE a kvalifikácia NACE nezaručuje primeranú odolnosť proti bodaniu. Pre pobrežné potrubia v kombinovanej prevádzke chlorid + H2S musí materiál súčasne: (1) mať primerané PREN pre chloridové prostredie; (2) byť kvalifikovaný podľa NACE MR0175 / ISO 15156 pre špecifický parciálny tlak a teplotu H2S; a (3) spĺňať príslušné požiadavky na mechanické vlastnosti a tvrdosť. Ide o tri samostatné, nezávislé brány.
PREN a NACE: Ktoré zliatiny vyhovujú obom?
Tabuľka 6: Kvalifikačný stav PREN a NACE MR0175 / ISO 15156-3 - obe kritériá musia byť splnené nezávisle pre ropovody s kyslými službami na mori
|
Zliatina |
PREN |
Stav NACE MR0175 / ISO 15156-3 |
Kombinovaná služba Cl- + H2S? |
|
316L |
~23 |
NIE JE kvalifikované pre kyslé služby (NACE časť 3) |
Nie |
|
2205 |
~35 |
Kvalifikovaná mierne kyslá (iba mierna H2S) |
Obmedzené iba - H2S + nízky obsah Cl |
|
2507 |
~43 |
Kvalifikovaný stredne kyslý (NACE časť 3) |
Áno - s ovládaním tvrdosti |
|
Zliatina 825 |
~31 |
Plne kvalifikované (bez špeciálneho obmedzenia tvrdosti) |
Áno, - primárna pobrežná kyslá zliatina |
|
Zliatina 625 |
~52 |
Plne kvalifikovaný (široký H2S/pH/rozsah teplôt) |
Áno - benchmark pre silnú kyslosť |
|
Hastelloy C-276 |
~74 |
Kvalifikovaný pre extrémne kyslé prostredie |
Áno, - ultra-hlboká kyslá |
|
Titán Gr.2 |
N/A |
Imunita mechanizmus; Vyžaduje sa hodnotenie NACE |
Posúdiť samostatne |
Často kladené otázky
Otázka 1: Aké je minimálne PREN pre-podmorskú službu ponorenú do morskej vody?
A minimum PREN of 40 is the widely accepted industry threshold for continuous seawater immersion in offshore subsea applications. This is based on decades of offshore service experience and CPT correlation data from ASTM G48 testing. Super duplex 2507 (PREN ~43) and Zeron 100 (PRENw ~44) are the two grades that most consistently meet this threshold with margin. PREN compliance should always be supplemented by CPT/CCT ASTM G48 testing for critical offshore applications. For high-temperature seawater (>60 degC), odporúča sa PREN aspoň 50.
Otázka 2: Aký je rozdiel medzi PREN a kritickou teplotou jamiek (CPT)?
PREN je VYPOČÍTANÝ index odvodený od zloženia (%Cr + 3.3%Mo + 16%N). CPT je nameraná hodnota získaná z testovania ponorením do chloridu železitého ASTM G48 -, je to najvyššia teplota, pri ktorej zliatina odoláva bodaniu. PREN zoraďuje zliatiny podľa zloženia; CPT kvantifikuje ich skutočný výkon. Dve zliatiny s rovnakým PREN môžu mať rôzne hodnoty CPT v dôsledku rozdielov v mikroštruktúre, povrchovej úprave alebo obsahu inklúzií. CPT je preferovaný parameter na špecifikáciu zliatin v kritických aplikáciách s morskou vodou a podmorskou vodou.
Otázka 3: Prečo má super duplex 2507 vyššiu PREN ako duplex 2205?
Super duplex 2507 obsahuje vyšší chróm (25 % oproti 22,5 %), vyšší molybdén (4 % oproti 3,2 %) a vyšší dusík (0,28 % oproti 0,17 %) ako duplex 2205. Výpočet PREN dáva: 2507: 25 + 3.3x4 + 16}2} ~{{1 22.5 + 3.3x3.2 + 16x0.17=22.5 + 10.6 + 2.7=~36. Dodatočný Cr, Mo a N v 2507 mu tiež dávajú vyššiu kritickú bodovú teplotu (CPT ~75 degC oproti ~25 degC pre 2205), čo je praktický dôvod, prečo je 2507 špecifikovaný na nepretržité ponorenie do morskej vody.
Q4: Môžem použiť PREN na porovnanie Hastelloy C-276 s nehrdzavejúcou oceľou?
Nie - PREN je index hodnotenia v rámci-rodiny, nie univerzálna lineárna stupnica. Hastelloy C-276 má PREN ~74 (s použitím štandardného vzorca) a 316L má PREN ~23, ale to neznamená, že C-276 je 74/23=3.2-krát odolnejší voči jamkovej korózii. Obe sú v podstate imúnne voči jamkám v prírodnej morskej vode, takže pomer je nezmyselný. Použite PREN na klasifikáciu zliatin v rámci nehrdzavejúcich ocelí ALEBO v rámci zliatin niklu oddelene; použiť CPT testovanie na porovnanie medzi rodinami. JN Alloy dodáva super duplex 2507 aj Hastelloy C-276 pre offshore aplikácie.
Otázka 5: Má oblasť ovplyvnená teplom zvaru-rovnakú PREN ako základný kov?
Nie. Zvarový HAZ má inú mikroštruktúru a zloženie ako základný kov. V duplexných a super duplexných zliatinách tepelný cyklus zvaru narúša rovnováhu austenit/ferit a HAZ môže mať nižšiu efektívnu PREN ako základná. Sigma-fázové zrážanie v HAZ super duplexu (z nadmerného tepelného príkonu) ďalej znižuje odolnosť proti korózii. PREN sa nevzťahuje na zvarový kov - kvalifikácia postupu zvárania by mala zahŕňať testovanie tvrdosti HAZ, kontrolu feritového čísla a pre kritické aplikácie testovanie HAZ CPT/CCT.
Otázka 6: Prečo titán nemá hodnotu PREN?
Titanium Grade 2 dosahuje odolnosť proti korózii prostredníctvom zásadne odlišného mechanizmu - spontánneho vytvárania stabilného,-samoliečiaceho sa povrchového filmu oxidu titaničitého (TiO2), ktorý je odolný voči tvorbe chloridov v morskej vode pri teplotách až do približne 130 degC. Vzorec PREN bol odvodený na kvantifikáciu odolnosti pasívnych filmov železo-chróm-molybdén-dusík, ktoré na titáne neexistujú. Titán je v podstate imúnny voči jamkám v morskej vode v celom teplotnom rozsahu relevantnom pre aplikácie na mori, takže PREN je irelevantný a nepoužiteľný. Pre potrubia na vstrekovanie morskej vody je z tohto dôvodu často preferovaným materiálom titán.
Otázka 7: Je PREN dostatočná na výber kyslého-servisného materiálu v ropovode a plynovodoch?
Nie. PREN sa zaoberá len odolnosťou voči chloridovým jamkám. Pre H2S-obsahujúce (kyslé) služby, NACE MR0175 / ISO 15156 časť 3 upravuje odolnosť proti praskaniu sulfidovým napätím (SSC) - ako úplne samostatný mechanizmus degradácie. Materiál musí súčasne spĺňať oba súbory požiadaviek: (1) PREN primerané chloridovému prostrediu; a (2) kvalifikácia NACE MR0175 pre parciálny tlak H2S, pH, chloridy a teplotu špecifického poľa. PREN nenahrádza kvalifikáciu NACE. Pre offshore kyslé-potrubia je štandardom Alloy 625 (PREN ~52, NACE{18}}kvalifikovaný); Alloy 825 a super duplex 2507 sú tiež kvalifikované pre NACE{21}}v rámci definovaných environmentálnych limitov.
Q8: Ako by mal byť PREN špecifikovaný v špecifikácii projektového materiálu?
Dobre{0}}napísaná klauzula špecifikácie PREN by mala uvádzať: (1) variant vzorca (štandardný alebo W-opravený); (2) minimálna hodnota PREN a jej environmentálny základ; (3) že PREN sa vypočíta zo skutočnej chemickej chémie tepla na osvedčení o skúške mlyna, nie typického zloženia; (4) že testovanie CPT/CCT podľa metód A a B ASTM G48 sa vyžaduje ako testovanie na schválenie série-pre podmorské/offshore aplikácie; (5) že zvar HAZ PREN a vyváženie feritu sú overené kvalifikáciou postupu zvárania. Príklad špecifikačnej klauzuly je uvedený v časti 10.2 tohto článku. JN Alloy môže poradiť ohľadom špecifikácie PREN pre konkrétne offshore projekty.
Otázka 9: Vzťahuje sa PREN na štrbinovú koróziu aj na otvorenú jamkovú koróziu?
Len približne - PREN vo všeobecnosti koreluje s odolnosťou proti štrbinovej korózii, ale kritická štrbinová teplota (CCT) je správne nameraný parameter. CCT je vždy nižšia ako CPT pre rovnakú zliatinu (zvyčajne o 10-30 degC pre duplexné a superduplexné zliatiny), pretože geometria štrbín vytvára vysoko kyslú lokálnu chémiu, ktorá je agresívnejšia ako prostredie s otvoreným povrchom. Pre prírubové spoje, závitové spoje a podmorské upínacie armatúry -, kde je geometria štrbiny nevyhnutná, - sa vyžaduje testovanie CCT podľa metódy B ASTM G48. Používanie samotného PREN bez údajov CCT pre geometrie náchylné na štrbiny je bežnou chybou, ktorá viedla k predčasným poruchám príruby a armatúry v offshore službách.
