Odolnosť Super Duplex 2507 Chloride SCC: Prahové limity oproti 316L a 904L

Čo spôsobuje praskanie chloridovej korózie v nehrdzavejúcej oceli?

Chloridový SCC sa tvorí, keď sa ťahové napätie (zvyškové pri zváraní alebo tvárnení alebo aplikované v prevádzke) spojí s elektrolytom obsahujúcim chloridy pri zvýšenej teplote na citlivej austenitickej mikroštruktúre. Chloridové ióny lokálne rozkladajú pasívny film oxidu chrómu-a v jednofázových austenitických nehrdzavejúcich oceliach sa výsledný anodický útok šíri pozdĺž transgranulárnej dráhy takmer bez viditeľnej straty kovu, pričom vznikajú rozvetvené trhliny, ktoré môžu preniknúť cez stenu v priebehu týždňov.

Copsonova krivka, dlho-zavedený vzťah v metalurgii nehrdzavejúcej ocele, ukazuje, že náchylnosť na tento mechanizmus nie je konštantná vo všetkých druhoch austenitických ocelí: vrcholí v zliatinách s približne 8 – 10 % niklu a klesá, keď obsah niklu ďalej stúpa, až sa nakoniec približuje k imunite v zliatinách s vysokým -niklom. Pretože obsah niklu 316L (10–14 %) sa nachádza blízko tohto citlivého pásma, zatiaľ čo obsah niklu 904L (23–28 %) sa nachádza ďaleko za ním, tieto dva druhy začínajú z veľmi odlišných pozícií predtým, ako sa vôbec uvažuje o molybdéne, dusíku alebo mikroštruktúre.

Aké chloridové a teplotné limity platia pre 316L?

Priemyselné usmernenia bežne uvádzajú 1 000 ppm chloridu ako praktický strop pre nepretržitú,{2}}nekyslú prevádzku s 316/316 l nad miernou teplotou, pretože zdokumentované poruchy prevádzky sa vyskytli pri hladinách chloridov výrazne pod touto hodnotou, keď je prítomný koncentračný mechanizmus.

Nezávislé usmernenia pre chloridové SCC poznamenávajú, že je známe, že austenitické druhy, ako je 316L, praskajú pri nízkych koncentráciách chloridov, keď teplota prekročí približne 55 stupňov , čo je údaj, ktorý sa bežne používa ako pravidlo--stropu palca pre túto skupinu tried.

Riziko zlyhania je znásobené koncentráciou vyparovania: mokré/suché rozhranie, štrbina tesnenia alebo izolácia, ktorá zachytáva vlhkosť proti horúcemu kovu, môže zvýšiť množstvo chloridov na povrchu kovu od niekoľkých stoviek ppm až po desiatky tisíc ppm, a preto sa poruchy 316L tak často pripisujú skôr izolovanému potrubiu, štrbinám zvaru alebo stagnujúcej procesnej kvapaline.

Zdroj: Rolled Alloys, "What Is Stress Corrosion Cracking"; Stainless Steel World, "Duplexné nehrdzavejúce ocele a chloridové SCC - ako odolné sú?"

Ako mení obsah niklu a molybdénu v 904L svoju prahovú hodnotu?

904L bol vyvinutý ako superaustenitická trieda špeciálne na rozšírenie odolnosti nad 316/317 v agresívnom, chloridom-kontaminovanom kyseline a meď zvyšujú odolnosť voči jamkovej a štrbinovému napadnutiu, ktoré tak často iniciuje chloridové SCC trhliny v prvom rade.

Vlastní výrobcovia 904L jasne uvádzajú, že ide o zlepšenie stupňa, nie o zmenu druhu: 904L ponúka „dobrú odolnosť voči koróznemu praskaniu chloridom, aj keď nie úplnú odolnosť“, ako to preukázal laboratórny test s chloridom horečnatým pri tvrdom vare. V praxi to znamená, že 904L predstavuje silnú cestu modernizácie z 316L pre chloridovú prevádzku, ktorá zaostáva za požiadavkami duplexného alebo super{5}}duplexného výkonu - morskou vodou-chladené rúrkové dosky výmenníka tepla a buničina-bieliace zariadenia sú typickými aplikáciami -, ale nedosahujú to isté takmer{10} chloridové, duplexné a štrbinové duplexné triedy blank geometriu, aplikované napätie a teplotu je stále potrebné kontrolovať prípad od prípadu.

Zdroj: Technický list ATI 904L; SSINA, "Choride Stress Corrosion Cracking"

Prečo sa Super Duplex 2507 považuje za prakticky imúnny voči chloridovému SCC?

Super duplex 2507 (UNS S32750) nie je jednoducho vyššou-zliatinovou verziou austenitickej triedy; jeho dvojfázová mikroštruktúra mení samotný mechanizmus praskania. Feritová fáza má v tele -centrovanú- kubickú kryštálovú štruktúru a vyššiu energiu vrstvenia- ako austenit a chloridová trhlina SCC iniciujúca v jednom zrnku austenitu je fyzicky blokovaná alebo odklonená, keď dosiahne okolitý ferit. Keďže ferit zvyčajne tvorí 40 – 50 % mikroštruktúry, kontinuálna transgranulárna dráha trhliny takého druhu, ktorá sa nerušene šíri cez 316L alebo 904L, sa jednoducho nemôže vytvoriť rovnakým spôsobom.

Táto štrukturálna výhoda je posilnená zložením: 2507 nesie 24 – 26 % chrómu, 3 – 5 % molybdénu a 0,24 – 0,32 % dusíka, čo mu dáva ekvivalentné číslo odolnosti voči jamkovej korózii (PREN) približne 42 - vysoko nad 904L približne 34 a viac ako 70 % pri približne 316 mieste výskytu jamiek. chloridová trhlina SCC, vyšší PREN má dvojitú funkciu: zvyšuje teplotu a koncentráciu chloridov, ktoré sú potrebné na spustenie jamy, okrem mikroštrukturálnej odolnosti voči šíreniu trhliny, keď už existuje. Kombinovaný efekt je dôvodom, prečo sú superduplexné a superaustenitické druhy v údajoch dodávateľa o korózii opísané ako použiteľné v koncentráciách chloridov až do približne 50 000 ppm - značne nad obsah chloridov v morskej vode približne 19 000 ppm - a ako „virtuálne imúnne“ voči chloridovému SCC v neprevádzkovej a 90}a 94L nekyselinovej úrovni dosah.

Zdroj: Rolled Alloys, "What Is Stress Corrosion Cracking"; Sandmeyer Steel, "Zliatina 2507 Duplexná platňa z nehrdzavejúcej ocele"

Ako sa porovnáva zloženie a PREN v troch stupňoch?

Ekvivalentné číslo odolnosti voči bodovej korózii (PREN) sa vypočíta ako %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, a hoci bol vyvinutý na priame hodnotenie odolnosti voči bodovej korózii než odolnosti voči SCC, úzko koreluje s prahovou hodnotou chloridového SCC, pretože bodová korelácia je zvyčajnou udalosťou-iniciácie trhliny. Nižšie uvedená tabuľka sumarizuje nominálne rozsahy zloženia ASTM A240 a typické PREN pre každý druh.

Zdroj: ASTM A240 nominálne rozsahy zloženia podľa triedy; Hodnoty PREN na údaje o duplexnej korózii Sandmeyer Steel (316L, 904L) a PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N vypočítané z nominálneho zloženia ASTM A240 pre rok 2507.

Čo ukazuje test varu ASTM G36 MgCl2?

ASTM G36 vyhodnocuje odolnosť voči SCC vystavením namáhaných vzoriek pôsobeniu vriaceho roztoku chloridu horečnatého udržiavaného na konštantnej teplote 155,0 stupňa ± 1,0 stupňa, zámerne zvoleného ako zrýchlené prostredie v najhoršom-prípade, a nie ako simulácia akýchkoľvek špecifických podmienok závodu. Pri tomto teste štandardné austenitické triedy ako 316L praskajú rýchlo, často v priebehu niekoľkých hodín.

Výrobcovia 904L priamo opisujú jej odolnosť v termínoch G36: zliatina vykazuje „dobrú odolnosť voči koróznemu praskaniu chloridmi, aj keď nie úplnú odolnosť, ako sa posúdilo pri extrémne prísnom“ teste s chloridom horečnatým vo vare -, čo znamená, že 904L v tomto teste prevyšuje 316L, ale stále môže prasknúť, ak má dostatok času a napätia. Typy super duplex fungujú opäť oveľa lepšie, čo je v súlade s ich oveľa vyššou PREN a dvojfázovou-štruktúrou, hoci žiadna trieda by sa nemala uvádzať na trh ako absolútne odolná-roztrhnutiu v tak náročnom testovacom prostredí.

Praktickým záverom pre autorov špecifikácií je zaobchádzať s G36 ako s porovnávacím hodnotiacim nástrojom na výber triedy a kvalifikácie kvality -, nie ako s náhradou- za skutočnú prevádzkovú teplotu a koncentráciu chloridov, ktoré komponent uvidí. Komponent 316L pracujúci pri 40 stupňoch v zriedenej chloridovej vode nie je ani zďaleka ekvivalentný skúšobnému kupónu G36 pri 155 stupňoch v takmer-nasýtenom MgCl2 a prahové údaje v nasledujúcej časti viac reprezentujú skutočné prevádzkové limity.

Zdroj: rozsah ASTM G36-24; Technický list ATI 904L

Ako sa posúvajú prahové hodnoty chloridov s prevádzkovou teplotou?

Prahová hodnota chloridu SCC nie je nikdy jedno číslo; je to krivka, ktorá obchoduje koncentráciu chloridov s teplotou. Nižšie uvedená matica sumarizuje reprezentatívne,-nekyslé servisné pokyny pre každú triedu. Treba ho chápať ako plánovací nástroj, nie ako kódovú-tabuľku zhody - skutočné limity závisia aj od použitého a zvyškového napätia, pH, rozpusteného kyslíka a geometrie štrbiny a úplný výber materiálu by mal odkazovať na príslušný konštrukčný kód a korózne údaje pre konkrétnu kvapalinu.

Zdroj: Valcované zliatiny chloridový SCC návod; Stainless Steel World duplex SCC recenzia; Technický list ATI 904L; ASTM G36-24

Menia NACE MR0175/ISO 15156-3 a NORSOK M-001 výberový kalkul?

Chloridový SCC a sulfidové stresové krakovanie (SSC) sú príbuzné, ale odlišné mechanizmy a špecifikácie potrubia na mori alebo kyslého-plynu sa zvyčajne riadia prísnejším z nich. NACE MR0175/ISO 15156-3 stanovuje kvalifikačné požiadavky pre duplexné a superduplexné nehrdzavejúce ocele v prevádzke s H₂S-, bežne vrátane maximálnej tvrdosti (často 310 HV10), pásma obsahu feritu (zvyčajne 35–65 %) a v mnohých špecifikáciách operátora môže byť kvalifikovaná {} minimálne za {1} PREN nominálne PREN služby . 2507 približne 42 túto lištu pohodlne vymaže; 904L a 316L nie sú duplexné triedy a sú kvalifikované podľa samostatných ustanovení tej istej skupiny štandardov, vo všeobecnosti s prísnejšími chloridovými a napäťovými limitmi pre kyslé aplikácie.

Návod na výber materiálu NORSOK M-001 je založený na rovnakej logike zo strany návrhu: spája prípustné triedy materiálu s očakávaným obsahom chloridov, teplotou a parciálnym tlakom H₂S a posúva návrhy smerom k vyšším -triedam duplexu PREN a super duplexu, keď sa ktorákoľvek z týchto troch premenných zvyšuje. V prípade komponentu, ktorý je súčasne vystavený teplej morskej vode, vyrábanej vode alebo kyslému plynu, sa často rozhodujúcim faktorom pri rozhodovaní o 316L-verzus-904L-verzus-2507 stáva kyslá-služba a pobrežné normy - a nie chloridová hranica SCC izolovane -.

Zdroj: NACE MR0175/ISO 15156-3 duplexné kvalifikačné kritériá; Rám na výber materiálu NORSOK M-001

Stojí Super Duplex 2507 za prémiové náklady nad 316 l a 904 l?

Na -kilogramovom základe má 2507 zvyčajne najvyššiu nákupnú cenu zo všetkých troch druhov, čo je podmienené obsahom molybdénu a niklu a superduplexnými-špecifickými výrobnými kontrolami. Nákupná cena je však nesprávnym základom na porovnanie, keď je riziko chloridového SCC na stole, pretože porucha chloridového SCC je zriedka jednoduchá oprava: zvyčajne to znamená neplánované odstavenie, vyšetrovanie základnej-príčiny a výmenu chybného komponentu a často priľahlého potrubia, ktoré zdieľali rovnakú servisnú históriu. 2507, vyššia pevnosť tiež často umožňuje tenšiu časť steny pri rovnakom tlakovom hodnotení, čo kompenzuje {6} nákladovú časť{6} ceny.

Praktické rozhodovacie pravidlo používané v celom odvetví je jednoduché: špecifikujte 316L len tam, kde obsah chloridov a teplota zostávajú pohodlne v rozmedzí ~1000 ppm / ~55 stupňov bez reálneho mechanizmu koncentrácie; špecifikujte 904L, kde expozícia chloridom jasne presahuje hranicu 316L, ale zostáva v rámci preukázaného výkonu 904L a nevzťahujú sa žiadne požiadavky na duplexnú-službu; a špecifikujte super duplex 2507 všade tam, kde sa obsah chloridov približuje sile morskej vody, kde je zvýšená teplota, štrbinám sa nedá vyhnúť alebo kde platia kritériá NACE/NORSOK sour-a offshore.

Ktorá trieda vyhovuje ktorej aplikácii?

Často kladené otázky

Otázka: Môže sa 316L niekedy použiť v morskej vode?

Odpoveď: Iba pri miernom, krátkom{0}}trvaní alebo dobre{1}}splachovaní. Nepretržité alebo stagnujúce vystavenie morskej vode presahuje 316L chloridový SCC a rozpätie jamiek a 904L, duplexné alebo super duplexné triedy sú štandardnými cestami upgradu.

Otázka: Je 904L duplexná nehrdzavejúca oceľ?

Odpoveď: Nie. 904L je plne austenitická superaustenitická trieda. Jeho odolnosť voči chloridom SCC pochádza z vysokého obsahu niklu, molybdénu a medi, nie z dvojfázovej -mikroštruktúry.

Otázka: Znamená vyšší PREN vždy lepšiu odolnosť voči chloridovým SCC?

Odpoveď: PREN bol vyvinutý na hodnotenie odolnosti proti jamkovej a štrbinovej korózii, nie priamo na odolnosť voči SCC. Silne koreluje s prahovou hodnotou chloridového SCC, pretože jamkovanie je zvyčajnou udalosťou-iniciácie trhliny, ale mikroštruktúra (duplexná vs. austenitická) a aplikované napätie sú tiež dôležité a nezachytí ich samotný PREN.

Otázka: Prečo potrebuje 2507 požiadavku na obsah feritu v kyslej službe?

Odpoveď: Obsah feritu mimo kvalifikovaného pásma (zvyčajne 35–65 %) môže posunúť mechanické vlastnosti aj odolnosť proti korózii v duplexnej nehrdzavejúcej oceli, takže NACE MR0175/ISO 15156-3 ho overuje priamo, a nie predpokladať ho len zo samotného nominálneho zloženia.

Otázka: Ak je 2507 takmer imúnny voči chloridovému SCC, prečo ho nepoužiť všade?

Odpoveď: Náklady a spracovateľnosť. 2507 sú spojené s vyššou nákupnou cenou, vyžadujú si prísnejšiu reguláciu zváracieho tepla-na udržanie fázovej rovnováhy a nie sú potrebné všade tam, kde je vystavenie chloridom a teplota už bezpečne v rozmedzí 316 l alebo 904 l.