Højtemperaturbestandigt rustfrit stålrør: Grader, kemi og servicegrænser

Hvad gør et rustfrit stålrør velegnet til høj-temperaturservice

Højtemperaturbestandigt rustfrit stålrør er et austenitisk krom-nikkelprodukt, der er valgt til to egenskaber, som et standard 304-rør ikke kan levere på samme tid: en stabil, vedhæftende oxidbelægning, der modstår afskalning og afskalning i varm gas, og krybebrudstyrke, der forhindrer væggen i at blive tyndere under vedvarende belastning. Det metallurgiske grundlag er en flade-centreret kubisk austenitmatrix, hvilket er grunden til, at disse kvaliteter bevarer sejhed og duktilitet ved temperaturer, hvor ferritiske og martensitiske stål allerede har mistet det meste af deres styrke.

Udvælgelsen er drevet af tre input: maksimal kontinuerlig metaltemperatur, atmosfære (oxiderende, reducerende, karburerende eller svovlbærende-) og påkrævet designlevetid. Købsspecifikationen har lige så stor betydning som karakterens navn. Sømløse rør til kedel-, overhednings- og varmevekslerservice bestilles normalt til ASTM A213/A213M, mens høj-temperatur- og korrosive rørsystemer bestilles til ASTM A312/A312M, med generelle krav dækket af ASTM A999/A999M. Flade produkter såsom ovnbafler og rørplader følger ASTM A240/A240M.

Standardkvaliteter og specificeret kemi

De fire kvaliteter nedenfor dækker de fleste høje-temperaturer. Værdier er de specificerede intervaller for ASTM A240/A240M og er de samme basissammensætninger, der anvendes i ASTM A213/A213M og ASTM A312/A312M.

Kulstofgulvet i 304H og 347H er bevidst: det er kulstoffet, der giver fast-opløsningsforstærkning og øger høj-temperaturstyrke, og det er præcis det element, der ville forårsage sensibilisering i en svejset 304-komponent. Titanium i 321 og niobium plus tantal i 347H tilsættes for at kombineres med kulstof som stabile karbider, hvorfor disse to kvaliteter kan bruges i sensibiliseringsvinduet mellem 425 grader og 815 grader uden en opløsningsudglødning efter svejsning. 310S tager en anden vej, ved at bruge 24-26 % nikkelskala temmelig mere 9-2 % chromium og 19-2 % mere end at stole på stabilisering.

Mekaniske egenskaber og krybeadfærd

Ved stuetemperatur deler de fire kvaliteter de samme minimumsværdier i ASTM A240/A240M: trækstyrke 515 MPa, flydespænding 0,2 % offset 205 MPa og forlængelse 40 %. Rum-temperaturværdier er derfor ubrugelige til at differentiere dem. Den virkelige forskel ses i krybeområdet, og det er grunden til, at design over ca. 425 grader skal bruge tilladte spændinger fra ASME BPVC Sektion II Del D i stedet for et træktal taget fra et møllecertifikat. ASME B31.3 behandler krybeområdet for austenitisk rustfrit stål som begyndende ved 538 grader (1000 grader F), og over denne temperatur skal vægtykkelsen begrundes mod spændingsbruddata for den specifikke kvalitet og varmebehandling.

321 og 347H vælges normalt i 550-750 graders båndet, hvor både oxidation og krybning er aktive. 304H er økonomisk for det samme bånd til mindre aggressive atmosfærer. Hvor metaltemperaturen overstiger omkring 900 grader, dominerer skaleringsmodstand designet, og 310S er det sædvanlige svar, selvom dens krybebrudstyrke ikke er proportionalt højere, så støtteafstand og termisk udvidelse skal gennemgås på samme tid.

Oxidationsmodstand og praktiske temperaturgrænser

Skalaens adfærd er -cyklusafhængig, ikke kun temperatur-afhængig. Et 321-rør, der kører kontinuerligt ved 800 grader i tør luft, kan opbygge en tynd, beskyttende skala, mens det samme rør, der cykles dagligt mellem omgivelsestemperatur og 800 grader, vil sprænge gentagne gange, fordi oxidet og metallet har forskellige termiske udvidelseskoefficienter. Til cykelservice er tykkere vægge, lavere toptemperatur eller en højere -chromkvalitet de praktiske løsninger. I svovl-førende eller reducerende røggas er chromoxid ikke beskyttende, og der kræves en højere nikkellegering i stedet for en 18-8-grad.

Verifikation har også en korrosionsdimension. Hvis røret skal svejses og bruges i sensibiliseringsområdet, skal ordren angive en intergranulær korrosionstest til ASTM A262 - Praksis E (kobber-kobbersulfat) for ustabiliserede kvaliteter eller Praksis A (oxalsyreætsning) til screening. Certificerede mølletestrapporter bør angive faktisk varmeanalyse, trækegenskaber og, hvor det er nødvendigt, resultaterne af A262-testen.

Bestilling og kvalitetskontrol

En høj-temperaturrørordre skal angive produktspecifikationen med dets udstedelsesår, kvalitet og UNS-nummer, fremstillingsruten (sømløs eller svejset), udvendig diameter og vægtykkelse eller tidsplan, længde, varmebehandlingstilstand og de supplerende krav, der gælder. Hydrostatisk eller ikke-destruktiv undersøgelse, hvirvelstrøms- eller ultralydstestning og det påkrævede mærkningssystem er de sædvanlige supplerende elementer. Hvor røret vil blive bøjet eller formet, vil formningsoperationen koldbearbejde materialet og kan kræve en post-opløsningsudglødning for kvaliteter, der ikke er stabiliserede; dette krav skal skrives ind i specifikationen før røret forlader møllen, ikke forhandles efter fabrikationen er startet.

Ofte stillede spørgsmål

Q:Er 321 eller 347H bedre til en røggasledning ved 700 grader?
A: Begge modstår sensibilisering, og begge sidder i krybeområdet ved 700 grader . 347H bærer det højere kulstofområde plus niobium, så det foretrækkes normalt, hvor spændingsbrudslivet dominerer. 321 ofte er tilstrækkeligt ved moderat spænding, og det er lettere at hente i små diametre.

Q:Kan 304-rør erstattes, når 304H er specificeret?
A: Nej, ikke til krybetjeneste. 304 har et maksimum kulstof på 0,07 % uden et minimum, så det faktiske kulstof kan være omkring 0,02 %, og den forhøjede-temperaturstyrke af denne varme kan falde under den værdi, der er antaget i designet. Vinduet på 0,04-0,10 % i 304H er grunden til, at det eksisterer.

Q:Hvorfor viser møllecertifikatet tre forskellige ejendomssæt?
A: En dobbelt eller tredobbelt certificeret varme testes mod hver kvalitet i specifikationen. Læs kulstofværdien og resultaterne for lav-temperatur eller forhøjet-temperatur, som er dem, der skifter mellem 304, 304L og 304H.

Q:Holder en højere kromkvalitet altid længere?
A: Kun i oxiderende atmosfærer. Ved reducerende eller svovlholdig-gas og i kontakt med smeltet salt eller slagger beskytter højere chrom alene ikke overfladen. Tjek den faktiske gaskemi og metaltemperaturprofilen, før du opgraderer til 310S.

Q:Behøver høj-temperaturrør en varmebehandling efter-svejsning?
Sv: Stabiliserede kvaliteter 321 og 347H og lave-kulstofkvaliteter gør det generelt ikke, forudsat at den svejse- og varme-berørte zone ikke efterlades i sensibiliseringsvinduet i lange perioder. Ustabiliserede 304H-svejsninger i intervallet 425-815 grader er de normale kandidater til en opløsningsudglødning, hvis konstruktionskoden tillader det.