Fattori limitati tempu operativu
L'applicazioni tipiche chì necessitanu materiali duplex per esse esposti à e cundizioni d'alta temperatura sò i vasi di pressione, pale di fan / impellers o scrubber di gas di scarico.I requisiti per e pruprietà di u materiale pò varià da una forza meccanica alta à a resistenza à a corrosione. A cumpusizioni chimica di i gradi discututi in questu articulu sò listati in Table 1.
Decomposizione spinodale
A decomposizione spinodale (chjamata ancu demixing o storicamente cum'è 475 °C-fragilimentu) hè un tipu di separazione di fasi in a fase ferritica, chì si trova à a temperatura di circa 475 °C.L'effettu più pronunzianu hè un cambiamentu in a microstruttura, pruvucannu a furmazione di a fase α', chì risultatu in fragilità di u materiale.Questu, à u turnu, limita u rendiment di u pruduttu finali.
A Figura 1 mostra u diagramma di a transizione di u tempu di temperatura (TTT) per i materiali duplex studiati, cù a descomposizione spinodale rapprisintata in a regione di 475 ° C.Si deve esse nutatu chì stu diagramma TTT rapprisenta una diminuzione di a tenacità di 50% misurata da a prova di tenacità à l'impattu nantu à esemplari Charpy-V, chì hè generalmente accettatu cum'è indicà a fragilità.In certi applicazioni, una diminuzione più grande di a tenacità pò esse accettata, chì cambia a forma di u diagram TTT.Dunque, a decisione di stabilisce un OT massimu particulari dipende da ciò chì hè cunsideratu cum'è un livellu accettabile di embrittlement, vale à dì a riduzzione di tenacità per u pruduttu finali.Si deve esse citatu chì storicamente i grafici TTT sò stati ancu pruduciuti cù un sogliu stabilitu, cum'è 27J.
Qualità di lega più altu
A Figura 1 mostra chì l'aumentu di l'elementi di lega da u gradu LDX 2101 versu u gradu SDX 2507 porta à una velocità di descomposizione più veloce, mentri duplex magre mostra un iniziu ritardatu di a descomposizione.L'impattu di l'elementi di aleazione cum'è u cromu (Cr) è u nichel (Ni) nantu à a descomposizione spinodale è a fragilità hè statu dimustratu da investigazioni precedenti.5-8 Stu effettu hè più illustratu in a Figura 2. Mostra chì a descomposizione spinodale hè aumentata quandu a temperatura. hè aumentatu da 300 à 350 °C è hè più rapidu per u SDX 2507 di qualità più alta chì per u DX 2205 menu allied.
Questa cunniscenza pò esse cruciale per aiutà i clienti decide nantu à u massimu OT chì hè adattatu per u so gradu è l'applicazione selezziunati.
Determinazione di a temperatura massima
Cumu l'ammentatu prima, l'OT massimu per u materiale duplex pò esse stabilitu secondu a caduta accettabile di a resistenza à l'impattu.Di genere, l'OT chì currisponde à un valore di 50% di riduzzione di tenacità hè aduttatu.
OT dipende da a temperatura è u tempu
A pendenza in a cuda di e curve in u diagrama TTT in a Figura 1 dimustra chì a descomposizione spinodale ùn hè micca solu à una temperatura di u limitu è si ferma sottu à quellu livellu.Piuttostu, hè un prucessu constantu quandu i materiali duplex sò esposti à temperature operative sottu 475 ° C.Hè però ancu chjaru chì, per via di i tassi di diffusione più bassu, temperature più bassu significanu chì a descomposizione principia più tardi è prucede assai più lentamente.Per quessa, l'usu di materiale duplex à temperature più bassu ùn pò micca causà prublemi per anni o ancu decennii.Eppuru, attualmente, ci hè una tendenza à stabilisce un OT massimu senza cunsiderazione di u tempu di esposizione.A quistione chjave hè dunque chì combinazione di temperatura-tempu deve esse aduprata per decide s'ellu hè sicuru d'utilizà un materiale o micca?Herzman et al.10 riassume stu dilema bè: "... L'usu sarà allora ristrettu à e temperature induve a cinetica di demixing hè cusì bassa chì ùn accade micca durante a vita tecnica di u pruduttu cuncepitu ... ".
L'impattu di a saldatura
A maiò parte di l'applicazioni utilizanu a saldatura per unisce i cumpunenti.Hè ben cunnisciutu chì a microstruttura di saldatura è a so chimica varianu da u materiale di basa 3 .Sicondu u materiale di riempimentu, a tecnica di saldatura è i paràmetri di saldatura, a microstruttura di saldatura hè soprattuttu sfarente di u materiale in massa.A microstruttura hè normalment più grossa, è questu include ancu a zona affettata da u calore à alta temperatura (HTHAZ), chì impacta a descomposizione spinodale in i saldamenti.A variazione di a microstruttura trà bulk è saldature hè un tema rivista quì.
Riassuntu i fatturi limitanti
I sezzioni precedenti portanu à e seguenti cunclusioni:
- Tutti i materiali duplex sò sottumessi
à la décomposition spinodale à des températures autour de 475 °C. - Sicondu u cuntenutu di l'alliage, hè prevista una freccia di descomposizione più veloce o più lenta.U cuntenutu più altu di Cr è Ni prumove un demixing più veloce.
- Per stabilisce a temperatura massima di u funziunamentu:
- Una cumminazione di u tempu di funziunamentu è a temperatura deve esse cunsideratu.
– Un livellu accettabile di diminuzione di a tenacità, vale à dì, un livellu desideratu di tenacità finale deve esse stabilitu - Quandu i cumpunenti microstrutturali supplementari, cum'è saldature, sò intrudutti, l'OT massimu hè determinatu da a parte più debule.
Norme glubale
Diversi standard europei è americani sò stati riveduti per stu prughjettu.Si concentranu nantu à l'applicazioni in i recipienti à pressione è i cumpunenti di tubazioni.In generale, a discrepanza in quantu à l'OT massimu cunsigliatu trà i normi rivisioni pò esse divisu in un puntu di vista europeu è americanu.
I standard europei di specificazione di materiale per l'acciai inossidabili (per esempiu EN 10028-7, EN 10217-7) implicanu un OT massimu di 250 ° C da u fattu chì e proprietà di materiale sò furnite solu finu à questa temperatura.Inoltre, i standard di cuncepimentu europei per i recipienti à pressione è i tubi (EN 13445 è EN 13480, rispettivamente) ùn dannu micca più infurmazione nantu à u massimu OT da ciò chì hè datu in i so standard di materiale.
In cuntrastu, a specificazione di u materiale americanu (per esempiu ASME SA-240 di ASME sezione II-A) ùn presenta micca dati di temperatura elevata à tutti.Questa dati hè invece furnita in a sezione ASME II-D, "Proprietà", chì sustene i codici di custruzzione generale per i vasi à pressione, a sezione ASME VIII-1 è VIII-2 (questi ultimi offrenu una strada di cuncepimentu più avanzata).In ASME II-D, l'OT massima hè esplicitamente dichjarata cum'è 316 ° C per a maiò parte di leghe duplex.
Per l'applicazioni di tubazioni di pressione, e regule di cuncepimentu è e proprietà di materiale sò datu in ASME B31.3.In questu codice, i dati meccanichi sò furniti per ligami duplex finu à 316 ° C senza una dichjarazione chjara di OT massimu.Tuttavia, pudete interpretà l'infurmazioni per cunfurmà ciò chì hè scrittu in ASME II-D, è cusì, l'OT massimu per i standard americani hè in a maiò parte di i casi 316 ° C.
In più di l'infurmazioni OT massimi, i standard americani è europei implicanu chì ci hè un risicu di scuntrà fragilità à temperature elevate (> 250 ° C) à tempi di esposizione più longu, chì poi deve esse cunsideratu in a fase di cuncepimentu è di serviziu.
Per i saldature, a maiò parte di i normi ùn facenu micca dichjarazione ferma nantu à l'impattu di a descomposizione spinodale.Tuttavia, certi standard (per esempiu ASME VIII-1, Table UHA 32-4) indicanu a pussibilità di fà trattamenti termichi specifichi post-saldatura.Quessi ùn sò nè richiesti nè pruibiti, ma quandu eseguite si deve esse realizatu secondu i paràmetri predeterminati in u standard.
Ciò chì l'industria dice
L'infurmazioni prudutte da parechji altri pruduttori di l'acciaio inossidabile duplex hè stata rivista per vede ciò chì cumunicanu in quantu à i intervalli di temperatura per i so gradi.2205 hè limitatu à 315 °C da ATI, ma Acerinox stabilisce l'OT per u listessu gradu à solu 250 °C.Quessi sò i limiti superiori è inferiori di l'OT per u gradu 2205, mentri à mezu à elli l'altri OT sò cumunicati da Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) è ArcelorMittal (280 °C).Questu dimostra a diffusione di OT massimi suggeriti solu per un gradu chì pussede proprietà assai paragunabili da u fabricatore à u fabricatore.
U ragiunamentu di fondu per quessa chì un fabricatore hà stabilitu un certu OT ùn hè micca sempre revelatu.In a maiò parte di i casi, questu hè basatu annantu à un standard particulari.Diversi standard cumunicanu diverse OT, da quì a diffusione in i valori.A cunclusione logica hè chì l'imprese americane stabiliscenu un valore più altu per via di e dichjarazioni in u standard ASME, mentri l'imprese europee stabiliscenu un valore più bassu per via di a norma EN.
Chì i clienti anu bisognu?
Sicondu l'applicazione finale, sò previsti diversi carichi è esposizioni di i materiali.In questu prughjettu, a fragilità per a descomposizione spinodale era di più interessu, postu chì hè assai applicabile à i navi di pressione.
Tuttavia, ci sò parechje applicazioni chì espone i gradi duplex à carichi meccanichi medii solu, cum'è scrubbers11-15.Un'altra dumanda era ligata à e pale di fan è impellers, chì sò esposti à carichi di fatigue.A literatura mostra chì a descomposizione spinodale si cumporta in modu diversu quandu una carica di fatigue hè applicata15.À questu stadiu, diventa chjaru chì l'OT massimu di sti applicazioni ùn pò micca esse stabilitu in u listessu modu cum'è per i navi à pressione.
Un'altra classa di richieste hè solu per l'applicazioni ligati à a corrosione, cum'è i scrubbers di gas di scarico marini.In questi casi, a resistenza di corrosione hè più impurtante chè a limitazione OT sottu una carica meccanica.Tuttavia, i dui fattori influenzanu u funziunamentu di u pruduttu finali, chì deve esse cunsideratu quandu indica u massimu OT.In novu, stu casu differisce da i dui casi precedenti.
In generale, quandu cunsigliate un cliente di l'OT massimu adattatu per a so qualità duplex, u tipu d'applicazione hè d'impurtanza vitale per stabilisce u valore.Questu dimostra ancu a cumplessità di stabilisce un unicu OT per un gradu, postu chì l'ambiente in u quale u materiale hè implementatu hà un impattu significativu in u prucessu di fragilità.
Chì ghjè a temperatura massima di u funziunamentu per u duplex?
Comu diciatu, a temperatura massima di u funziunamentu hè stabilitu da a cinetica assai bassa di a descomposizione spinodale.Ma cumu si misurà sta temperatura è chì sò esattamente "cinetica bassa"?A risposta à a prima dumanda hè faciule.Avemu digià dichjaratu chì e misurazioni di durezza sò cumunamenti realizati per stimà a tarifa è u prugressu di a descomposizione.Questu hè stabilitu in i normi seguiti da a maiò parte di i fabricatori.
A seconda quistione, nantu à ciò chì hè significatu da cinetica bassa è u valore à quale avemu stabilitu un limite di temperatura hè più cumplessu.Questu hè in parte chì e cundizioni di u cunfini di a temperatura massima sò compilati da a temperatura massima (T) stessu è da u tempu di funziunamentu (t) nantu à quale sta temperatura hè sustinuta.Per cunvalidà sta cumminazione Tt, diverse interpretazioni di a durezza "più bassa" ponu esse usate:
• U cunfini inferjuri, chì hè stabilitu storicamente è pò esse appiicatu per saldature hè 27 Joules (J)
• Dentru i normi soprattuttu 40J hè stabilitu cum'è un limitu.
• 50% di diminuzione di a durabilità iniziale hè ancu spessu appiicata per stabilisce u cunfini inferjuri.
Questu significa chì una dichjarazione nantu à u massimu OT deve esse basatu annantu à almenu trè ipotesi accunsentiti:
• Esposizione Temperature-tempu di u pruduttu finali
• U valore minimu accettabile di a tenacità
• Campu finali d'applicazione (solu chimica, carica meccanica sì/no etc.)
Cunniscenza sperimentale unita
Dopu à una larga indagine di dati sperimentali è standardi hè statu pussibule di cumpilà cunsiglii per i quattru gradi duplex sottu rivisione, vede Table 3. Si deve esse ricunnisciutu chì a maiò parte di e dati sò creati da esperimenti di laboratori realizati cù passi di temperatura di 25 ° C. .
Hè ancu esse nutatu chì sti cunsiglii facenu riferimentu à almenu u 50% di a durezza chì resta à RT.Quandu in a tavula "più longu tempu" hè indicatu, nisuna diminuzione significativa à RT hè stata documentata.Inoltre, a saldatura hè stata pruvata solu à -40 °C.Infine, deve esse nutatu chì u tempu d'esposizione più longu hè anticipatu per DX 2304, cunziddi a so alta tenacità dopu à 3 000 ore di teste.Tuttavia, in quale misura l'esposizione pò esse aumentata deve esse verificata cù più teste.
Ci sò trè punti impurtanti da nutà:
• I scuperti currenti indicanu chì, se i saldi sò prisenti, l'OT hè diminuitu da circa 25 ° C.
• Spikes di cortu termine (decine d'ore à T = 375 ° C) sò accettati per DX 2205. Cum'è DX 2304 è LDX 2101 sò qualificazioni alliati più bassi, i spike di temperatura di cortu termini comparable sò ancu accettabili.
• Quandu u materiale hè embrittled per via di a descomposizione, u trattamentu termale di mitigazione à 550 - 600 °C per DX 2205 è 500 °C per SDX 2507 per 1 ora aiuta à ricuperà a durezza da 70%.
Tempu di Postu: Feb-04-2023