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A maiò parte di l'utilizatori sanu chì à sopra à 250 ° C, i gradi duplex ponu esse affettati da a fragilità causata da a descomposizione spinodale.Ma hè 250 °C un limitu assolutu ?Chì ghjè l'effettu di u tempu di esposizione è magre è super duplex si comportanu in modu diversu?

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.

Table 1. A cumpusizioni chimica di i gradi duplex 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.

Figura 1. Temperature time transition (TTT) diagram for duplex materials.1-4
Figura 2. Rate of spinodal decomposition for two duplex allies at different temperatures measured by small angle neutron scattering measurement, chì mostra a diferenza significativa trà i zoni arricchiti di cromu è di cromu depleted.8

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.

Table 2. Temperature operative massimi di qualità duplex versus tempu di esposizione.

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