Super Duplex 2507 Chloride SCC ellenállás: küszöbértékek vs 316L és 904L

Mi okozza a klorid stresszkorróziós repedést a rozsdamentes acélban?

A klorid SCC akkor képződik, amikor a húzófeszültség (a hegesztésből vagy alakításból visszamaradt vagy üzem közben alkalmazott) klorid{0}}tartalmú elektrolittal kombinálódik emelt hőmérsékleten egy érzékeny ausztenites mikrostruktúrán. A kloridionok lokálisan lebontják a passzív króm-oxid filmet, és az egy-fázisú ausztenites rozsdamentes acélokban a keletkező anódos támadás transzgranuláris úton terjed, szinte látható fémveszteség nélkül, elágazó repedéseket hozva létre, amelyek hetek alatt áthatolhatnak a falon.

A Copson-görbe, amely egy régóta fennálló kapcsolat a rozsdamentes acélkohászatban, azt mutatja, hogy az e mechanizmusra való érzékenység nem minden ausztenites minőségben állandó: körülbelül 8–10% nikkeltartalmú ötvözetekben éri el a csúcsot, és leesik, ha a nikkeltartalom tovább emelkedik, és végül megközelíti az immunitást a magas -nikkeltartalmú ötvözeteknél. Mivel a 316L nikkeltartalma (10–14%) közel van ehhez az érzékeny sávhoz, míg a 904L-é (23–28%) jóval túlhaladja azt, a két minőség nagyon eltérő pozícióból indul, mielőtt a molibdént, a nitrogént vagy a mikroszerkezetet egyáltalán figyelembe vesszük.

Milyen klorid- és hőmérsékleti küszöbértékek vonatkoznak a 316L-re?

Az iparági iránymutatások általában 1000 ppm kloridot említenek, mint a gyakorlati plafont a folyamatos, nem-savas üzemben, 316/316 literrel mérsékelt hőmérséklet felett, mivel dokumentált szolgáltatási hibák fordultak elő, ha a kloridszint jóval ez alatt az érték alatt van, ha egy koncentráló mechanizmus is rendelkezésre áll.

A klorid SCC-re vonatkozó független útmutató megjegyzi, hogy az ausztenites minőségek, mint például a 316L, ismerten megrepednek alacsony kloridkoncentrációnál, ha a hőmérséklet meghaladja a körülbelül 55 fokot. Ezt az értéket széles körben alkalmazzák ebben a minőségi családban.

A meghibásodás kockázatát növeli a párolgási koncentráció: a nedves/száraz felület, a tömítési rés vagy a nedvességet a forró fémekkel szemben felfogó szigetelés néhány száz ppm ömlesztett kloridszintet több tízezer ppm-re emelhet a fém felületén, ezért a 316 literes meghibásodások gyakran inkább a szigetelt csővezetékek, hegesztési zónák pangó zónáira vagy ömlesztett zónákra vezethetők vissza.

Forrás: Rolled Alloys, "What Is Stress Corrosion Cracking"; Stainless Steel World, "Duplex rozsdamentes acélok és klorid SCC - mennyire ellenállóak?"

Hogyan változtatja meg a 904L magasabb nikkel- és molibdéntartalma a küszöbértéket?

A 904L-t szuperausztenites minőségként fejlesztették ki, hogy az ellenállást 316/317 fölé növeljék az agresszív, kloriddal-szennyezett savval, és 23-28% nikkel, 4-5% molibdén és 1-2% réz adalékai mind ugyanabban az irányban működnek: az S nikkel elnyomja az allo CC mechanizmust azáltal, hogy közvetlenül elnyomja a múltat. a legérzékenyebb összetételű-tartományban, míg a molibdén és a réz növeli az ellenállást a lyuk- és résekkel szembeni támadásokkal szemben, amelyek oly gyakran klorid-SCC-repedést okoznak.

A 904L saját gyártói egyértelműen kijelentik, hogy ez mértékbeli javulást jelent, nem pedig természetbeni változást: a 904L „jó ellenállást biztosít a kloridos feszültségkorróziós repedésekkel szemben, bár nem teljes ellenállást”, amint azt az erős forráspontú magnézium-klorid laboratóriumi teszt is bizonyítja. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a 904L erős fejlesztési út a 316L-ről a kloridos üzemben, amely nem igényel duplex vagy szuper{5}}duplex teljesítményt. - tengervíz{7}}hűtéses hőcserélő csőlemezek és cellulóz{8}}fehérítő berendezések tipikus alkalmazások -, de nem hordozza ugyanazt a duplex és a blanketleet közeli{{10}. A duplex minőségek igen, és a résgeometriát, az alkalmazott feszültséget és a hőmérsékletet továbbra is esetről esetre ellenőrizni kell.

Forrás: ATI 904L műszaki adatlap; SSINA, "Chloride Stress Corrosion Cracking"

Miért tekintik a Super Duplex 2507-et gyakorlatilag immunisnak a Chloride SCC-re?

A Super duplex 2507 (UNS S32750) nem egyszerűen az ausztenites minőség magasabb-ötvözetű változata; két-fázisú mikroszerkezete magát a repedési mechanizmust változtatja meg. A ferritfázis test-központú-köbös kristályszerkezettel és nagyobb halmozott-törési energiával rendelkezik, mint az ausztenit, és az egyik ausztenitszemcsében létrejövő kloridos SCC-repedés fizikailag blokkolódik vagy elhajlik, amikor eléri a környező ferritet. A mikrostruktúra jellemzően 40-50%-át kitevő ferritnél egyszerűen nem alakulhat ki olyan folytonos transzgranuláris repedési út, amely akadálytalanul terjed a 316L-en vagy a 904L-en keresztül.

Ezt a szerkezeti előnyt megerősíti az összetétel: a 2507 24–26% krómot, 3–5% molibdént és 0,24–0,32% nitrogént tartalmaz, így a 904L-nél jóval 42 - jóval nagyobb, mint a 34 és több mint 31,6% 70,6% nitrogént eredményez. Gyakran a kloridos SCC repedés kiindulási helye, a magasabb PREN kettős feladatot lát el: megemeli a hőmérsékletet és a kloridkoncentrációt, amely egy gödör létrejöttéhez szükséges, amellett, hogy mikroszerkezeti ellenállást mutat a repedés terjedésével szemben. Ennek az az oka, hogy a szuperduplex és a szuper ausztenites minőségek a szállítói korróziós adatok szerint használhatók durván 50 000 ppm - kloridkoncentrációig, amely jóval meghaladja a tengervíz durván 19 000 ppm kloridtartalmát -, és "gyakorlatilag immunisnak" tekintik a nem kloridos SCC-t, a nem kloridos teljesítményt. 316L és 904L nem éri el.

Forrás: Rolled Alloys, "What Is Stress Corrosion Cracking"; Sandmeyer Steel, "Alloy 2507 Duplex Stainless Steel Plate"

Hogyan hasonlítható össze a kompozíció és a PREN a három évfolyamon?

Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) a következőképpen számítható ki: %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, és bár arra fejlesztették ki, hogy az SCC-rezisztencia helyett a pontozási ellenállást rangsorolja, szorosan korrelál a klorid SCC küszöbértékével, mivel a lyukképződés a szokásos repedés-kezdeményezési esemény. Az alábbi táblázat összefoglalja az ASTM A240 névleges összetételi tartományait és a tipikus PREN-t az egyes fokozatokhoz.

Forrás: ASTM A240 névleges összetételi tartományok fokozatonként; PREN értékek Sandmeyer Steel duplex korróziós adatokonként (316L, 904L) és PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, az ASTM A240 névleges összetételéből 2507-re számítva.

Mit mutat az ASTM G36 forrásban lévő MgCl2 teszt?

Az ASTM G36 úgy értékeli az SCC-rezisztenciát, hogy a feszültség alatt álló mintákat állandó 155,0 ± 1,0 fokos forrásban lévő magnézium-klorid oldatnak teszi ki, amelyet szándékosan gyorsított, legrosszabb környezetnek választottak ki, nem pedig egy adott növényi állapot szimulációjaként. E teszt során a szabványos ausztenites minőségek, mint például a 316L, gyorsan, gyakran néhány óra alatt megrepednek.

A 904L gyártói közvetlenül a G36-os kifejezésekkel írják le az ellenállását: az ötvözet „jó ellenálló képességet mutat a kloridos feszültségkorróziós repedésekkel szemben, bár nem teljes ellenállást a rendkívül erős” magnézium-klorid-teszt -, ami azt jelenti, hogy a 904L felülmúlja a 316L-t ebben a tesztben, de elegendő idő és feszültség mellett még képes megrepedni. A szuperduplex minőségek ismét sokkal jobban teljesítenek, összhangban a sokkal magasabb PREN-nel és a kettős{6}}fázisú szerkezetükkel, bár ilyen súlyos tesztkörnyezetben egyetlen minőséget sem szabad abszolút repedésbiztosként{7}} forgalmazni.

A specifikációírók gyakorlati megoldása az, hogy a G36-ot összehasonlító rangsoroló eszközként kell kezelni a fokozatok kiválasztásához és a minőségminősítéshez, - nem pedig az alkatrész által látható tényleges üzemi hőmérséklet és kloridkoncentráció kiállásaként-. A 316 literes komponens, amely 40 fokon működik híg kloridos vízben, távolról sem egyenértékű egy G36 tesztszelvénnyel 155 fokon, közel -telített MgCl2-ben, és a következő szakaszban található küszöbadatok jobban tükrözik a valós működési határokat.

Forrás: ASTM G36-24 hatókör; ATI 904L műszaki adatlap

Hogyan változnak a klorid-küszöbértékek a szolgáltatási hőmérséklet függvényében?

A klorid SCC küszöb soha nem egyetlen szám; ez egy görbe, amely a klorid koncentrációját a hőmérséklettel keresi. Az alábbi mátrix reprezentatív, nem-savas szolgáltatási útmutatót foglal össze minden évfolyamon. Tervezési eszközként kell értelmezni, nem kód-megfelelőségi táblázatként -. A tényleges határértékek az alkalmazott és maradék feszültségtől, pH-tól, oldott oxigéntől és résgeometriától is függenek, a teljes anyagválasztásnak pedig hivatkoznia kell az adott folyadékra vonatkozó tervezési kódra és korróziós adatokra.

Forrás: Rolled Alloys chloride SCC útmutató; Stainless Steel World duplex SCC felülvizsgálat; ATI 904L műszaki adatlap; ASTM G36-24

A NACE MR0175/ISO 15156-3 és a NORSOK M-001 módosítja a kiválasztási számítást?

A kloridos SCC és a szulfidos feszültségrepesztés (SSC) rokon, de különálló mechanizmusok, és a tengeri vagy savanyú{0}}gáz csövek specifikációi általában a kettő közül a szigorúbbat szabályozzák. A NACE MR0175/ISO 15156-3 minősítési követelményeket határoz meg a duplex és szuperduplex rozsdamentes acélok számára H₂S-tartalmú szolgáltatásban, általában maximális keménységet (gyakran 310 HV10), ferrittartalom sávot (általában 35-65% előtti duplex előírást) és minimum {0REN}-előírásokat. hő minősíthető savanyú szolgáltatásnak. 2507 a névleges PREN körülbelül 42, ami kényelmesen megtisztítja ezt a sávot; A 904L és 316L nem duplex minőségek, és ugyanazon szabványcsalád külön rendelkezései szerint minősítettek, általában szigorúbb klorid- és feszültséghatárokkal a savanyú alkalmazásokhoz.

A NORSOK M-001 anyagválasztási útmutatása a tervezési oldalról ugyanezen logika köré épül: a megengedett anyagosztályokat a várható kloridtartalomhoz, hőmérséklethez és H₂S parciális nyomáshoz köti, és a terveket a magasabb -PREN duplex és szuperduplex minőségek felé tolja, ahogy e három változó bármelyike ​​nő. A meleg tengervíznek, termelt víznek vagy savanyú gáznak egyidejűleg kitett komponensek esetében gyakran a savanyú-szolgáltatási és tengeri szabványok -, nem pedig a klorid SCC küszöbérték elszigetelten - válnak a döntő tényezővé a 316L-versus-904L-versus-2507 döntésben.

Forrás: NACE MR0175/ISO 15156-3 duplex minősítési kritériumok; NORSOK M-001 anyagválasztó keret

Megéri a Super Duplex 2507 a 316 literes és 904 literes prémium árát?

Kilogrammonkénti alapon a 2507 általában a legmagasabb vételárat kínálja a három minőség közül, ami a molibdén- és nikkeltartalmának, valamint a szuperduplex{2}}specifikus gyártási szabályozásnak köszönhető. De a vételár rossz összehasonlítási alap, ha szóba kerül a klorid SCC kockázata, mert a klorid SCC meghibásodása ritkán egyszerű javítás: általában nem tervezett leállást, kiváltó ok kivizsgálását, valamint a meghibásodott alkatrész és a gyakran szomszédos csővezetékek cseréjét jelenti, amelyek ugyanazt a szolgáltatási előzményt használták. költség.

Az iparágban alkalmazott gyakorlati döntési szabály egyszerű: csak ott adja meg a 316L-t, ahol a kloridtartalom és a hőmérséklet kényelmesen a ~1000 ppm / ~55 fokos útmutatáson belül marad reális koncentrációs mechanizmus nélkül; adja meg a 904L-t, ahol a kloridexpozíció egyértelműen meghaladja a 316L-es határt, de a 904L bizonyított teljesítménytartományán belül marad, és nem vonatkozik a savanyú-szolgáltatási duplex követelmény; és adja meg a Super duplex 2507-et minden olyan helyen, ahol a kloridtartalom megközelíti a tengervíz erősségét, a hőmérséklet emelkedett, a repedések elkerülhetetlenek, vagy ahol a NACE/NORSOK savanyú-szolgáltatási és offshore kritériumok érvényesek.

Melyik fokozat melyik alkalmazáshoz illik?

Gyakran Ismételt Kérdések

K: Használható valaha a 316L tengervízben?

V: Csak enyhe, rövid-időtartamú vagy jól-kipirult körülmények között. A folyamatos vagy pangó tengervíz expozíció meghaladja a 316L-es klorid-SCC-t és a lyukasztási határt, és a 904L-es, duplex vagy szuperduplex fokozatok a szabványos frissítési útvonalak.

K: A 904L duplex rozsdamentes acél?

V: Nem{0}}L egy teljesen ausztenites szuperausztenites minőség. Klorid SCC-ellenállása a magas nikkel-, molibdén- és réztartalomnak köszönhető, nem pedig a kétfázisú{2}}mikroszerkezetnek.

K: A magasabb PREN mindig jobb klorid-SCC ellenállást jelent?

V: A PREN-t a lyukkorrózióval és a réskorrózióval szembeni ellenállásra fejlesztették ki, nem pedig közvetlenül az SCC-ellenállást. Erősen korrelál a klorid SCC küszöbértékével, mivel a lyukképződés a szokásos repedés-kezdeményezési esemény, de a mikroszerkezet (duplex vs. ausztenites) és az alkalmazott feszültség is számít, és ezeket a PREN nem rögzíti egyedül.

K: Miért van szüksége a 2507-nek ferrittartalomra a savanyú szolgáltatásban?

V: A minősített sávon kívüli ferrittartalom (általában 35–65%) megváltoztathatja mind a mechanikai tulajdonságait, mind a korrózióállóságát a duplex rozsdamentes acélban, ezért a NACE MR0175/ISO 15156-3 közvetlenül ellenőrzi, nem pedig csak a névleges összetétel alapján feltételezi.

K: Ha a 2507 majdnem immunis a klorid SCC-re, miért ne használná mindenhol?

V: A költségek és a gyárthatóság. 2507 magasabb vételárat jelent, szigorúbb hegesztési hő{1}}bemenet-szabályozást igényel a fázisegyensúly fenntartásához, és szükségtelen minden olyan helyen, ahol a kloridexpozíció és a hőmérséklet már biztonságosan a 316 literes vagy a 904 literes határon belül van.