Odolnost Super Duplex 2507 Chloride SCC: prahové hodnoty vs 316L a 904L

Co způsobuje praskání koroze způsobené chloridy v nerezové oceli?

Chlorid SCC se tvoří, když se tahové napětí (zbytkové při svařování nebo tváření nebo aplikované v provozu) spojí s chloridovým- elektrolytem při zvýšené teplotě na citlivé austenitické mikrostruktuře. Chloridové ionty lokálně rozkládají pasivní film oxidu chromu-a v jednofázových austenitických nerezových ocelích se výsledný anodický útok šíří podél transgranulární dráhy téměř bez viditelné ztráty kovu a vytváří rozvětvené trhliny, které mohou proniknout zdí během týdnů.

Copsonova křivka, dlouho -zavedený vztah v metalurgii nerezové oceli, ukazuje, že náchylnost k tomuto mechanismu není u všech austenitických jakostí konstantní: vrcholí u slitin s přibližně 8–10 % niklu a klesá, jak obsah niklu dále stoupá, až se nakonec blíží imunitě u slitin s vysokým -niklem. Vzhledem k tomu, že obsah niklu 316L (10–14 %) se nachází v blízkosti tohoto citlivého pásma, zatímco obsah niklu 904L (23–28 %) je daleko za ním, začínají tyto dva druhy z velmi odlišných pozic, než se vůbec uvažuje o molybdenu, dusíku nebo mikrostruktuře.

Jaké chloridové a teplotní prahové hodnoty platí pro 316L?

Průmyslové pokyny běžně uvádějí 1 000 ppm chloridu jako praktický strop pro nepřetržitý, ne{2}}kyselý provoz s 316/316 l nad mírnou teplotou, protože k dokumentovaným poruchám provozu došlo při hladinách chloridů hluboko pod touto hodnotou, jakmile je přítomen koncentrační mechanismus.

Nezávislé pokyny pro chloridové SCC poznamenávají, že austenitické třídy jako 316L jsou známé tím, že praskají při nízkých koncentracích chloridů, jakmile teplota překročí přibližně 55 stupňů, což je číslo široce používané jako pravidlo --stropu palce pro tuto skupinu tříd.

Riziko selhání je umocněno koncentrací odpařování: mokré/suché rozhraní, štěrbina těsnění nebo izolace, která zachycuje vlhkost proti horkému kovu, může zvýšit hladinu chloridů v množství od několika stovek ppm až po desítky tisíc ppm na kovovém povrchu, což je důvod, proč jsou poruchy 316L tak často způsobeny izolovaným potrubím, štěrbinami ve svarech, spíše než samotnými objemovými oblastmi procesu.

Zdroj: Rolled Alloys, "What Is Stress Corrosion Cracking"; Stainless Steel World, "Duplexní nerezové oceli a chloridové SCC - jak jsou odolné?"

Jak změní obsah 904L s vyšším obsahem niklu a molybdenu svůj práh?

904L byl vyvinut jako superaustenitická třída speciálně pro prodloužení odolnosti nad 316/317 v agresivním, chloridem-kontaminovaném kyselém prostředí a jeho přísady 23–28 % niklu, 4–5 % molybdenu a 1–2 % mědi, všechny působí stejným směrem: nikl potlačuje mechanismus SCC přímo tím, že se pohybuje{10} molybdenovou slitinou za rozsah složení molybdenu. a měď zvyšují odolnost proti důlkovému a štěrbinovému napadení, které tak často iniciuje chloridové SCC trhliny na prvním místě.

Vlastní výrobci 904L jasně říkají, že se jedná o stupeň zlepšení, nikoli o změnu druhu: 904L nabízí „dobrou odolnost proti praskání chloridovou korozí, i když ne úplnou odolnost“, jak bylo prokázáno laboratorním testem chloridu hořečnatého se silným varem. V praxi to znamená, že 904L představuje silnou cestu upgradu z 316L pro provoz s chloridy, který nedosahuje požadavků na duplexní nebo super{5}}duplexní výkon - mořskou vodou-chlazené trubkovnice výměníku tepla a buničina-bělicí zařízení jsou typickými aplikacemi -, ale nenesou totéž blízko{{10} chloridové s tolerancí a duplexní štěrbinový blank geometrii, aplikované napětí a teplotu je stále třeba kontrolovat případ od případu.

Zdroj: Technický list ATI 904L; SSINA, "Chloride Stress Corrosion Craking"

Proč je Super Duplex 2507 považován za prakticky imunní vůči chloridovému SCC?

Super duplex 2507 (UNS S32750) není jednoduše vyšší -legovanou verzí austenitické třídy; jeho dvoufázová-mikrostruktura mění samotný mechanismus praskání. Feritová fáze má tělesnou -centrovanou- kubickou krystalickou strukturu a vyšší energii vrstvení- než austenit a chloridová trhlina SCC iniciující v jednom zrnu austenitu je fyzicky zablokována nebo vychýlena, když dosáhne okolního feritu. Vzhledem k tomu, že ferit obvykle tvoří 40–50 % mikrostruktury, souvislá transgranulární cesta trhliny takového druhu, která se nerušeně šíří skrz 316L nebo 904L, se jednoduše nemůže vytvořit stejným způsobem.

Tato strukturální výhoda je posílena složením: 2507 nese 24–26 % chrómu, 3–5 % molybdenu a 0,24–0,32 % dusíku, což mu dává ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové korozi (PREN) zhruba 42 - značně nad 904L přibližně 34 a více než 70 % je u 24L často vyšší než 316. chloridová trhlina SCC, vyšší PREN má dvojí funkci: zvyšuje teplotu a koncentraci chloridů potřebnou k tomu, aby se jáma vůbec nastartovala, navíc k mikrostrukturální odolnosti vůči šíření trhliny, jakmile už trhlina existuje. Kombinovaný efekt je důvodem, proč jsou superduplexní a superaustenitické třídy popsány v datech dodavatelů o korozi jako použitelné v koncentracích chloridů až do zhruba 50 000 ppm - značně nad zhruba 19 000 ppm obsahu chloridů v mořské vodě - a jako „virtuálně imunní“ vůči chloridovým SCC v ne{20}provozní a 94L doacidické úrovni 316} dosah.

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

Jak se porovnávají složení a PREN ve třech stupních?

Ekvivalentní číslo odolnosti proti důlkové korozi (PREN) se vypočítá jako %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, a přestože bylo vyvinuto k přímému hodnocení odolnosti proti důlkové korozi než odolnosti vůči SCC, úzce koreluje s prahovou hodnotou chloridové SCC, protože důlková korelace je obvyklou událostí iniciace trhliny-. Níže uvedená tabulka shrnuje jmenovité rozsahy složení ASTM A240 a typické PREN pro každou jakost.

Zdroj: ASTM A240 jmenovité rozsahy složení podle jakosti; Hodnoty PREN na data duplexní koroze Sandmeyer Steel (316L, 904L) a PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N vypočtené z nominálního složení ASTM A240 pro rok 2507.

Co ukazuje test varu ASTM G36 MgCl2?

ASTM G36 vyhodnocuje odolnost proti SCC vystavením namáhaných vzorků vroucímu roztoku chloridu hořečnatého udržovanému na konstantní teplotě 155,0 stupně ± 1,0 stupně, záměrně zvolenému jako zrychlené, nejhorší-případové prostředí spíše než jako simulace jakýchkoli specifických podmínek závodu. Při tomto testu standardní austenitické třídy, jako je 316L, rychle praskají, často během několika hodin.

Výrobci 904L popisují její odolnost přímo v pojmech G36: slitina vykazuje „dobrou odolnost proti praskání chloridovou korozí, i když ne úplnou odolnost, jak bylo posouzeno extrémně těžkým“ testem vroucím chloridem hořečnatým -, což znamená, že 904L v tomto testu překonává 316L, ale stále může prasknout při dostatečném čase a namáhání. Typy Super duplex fungují opět mnohem lépe, což je v souladu s jejich mnohem vyšším PREN a dvoufázovou -strukturou, i když žádná třída by neměla být prodávána jako absolutně odolná proti prasklinám v takto náročném testovacím prostředí.

Praktickým přínosem pro autory specifikací je považovat G36 za srovnávací hodnotící nástroj pro výběr jakosti a kvalifikaci kvality - nikoli jako náhradu- za skutečnou provozní teplotu a koncentraci chloridů, které součást uvidí. Komponenta 316L pracující při 40 stupních ve zředěné chloridové vodě není ani vzdáleně ekvivalentní testovacímu kuponu G36 při 155 stupních v téměř-nasyceném MgCl2 a prahová data v následující části více reprezentují skutečné provozní limity.

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

Jak se mění prahové hodnoty chloridů s provozní teplotou?

Prahová hodnota chloridového SCC není nikdy jedno číslo; je to křivka, která obchoduje koncentraci chloridů s teplotou. Níže uvedená matice shrnuje reprezentativní,-nekyselé servisní pokyny pro každý stupeň. Mělo by být chápáno jako plánovací nástroj, nikoli jako kódová-tabulka shody - skutečné limity také závisí na použitém a zbytkovém napětí, pH, rozpuštěném kyslíku a geometrii štěrbiny a úplný výběr materiálu by měl odkazovat na příslušný konstrukční kód a údaje o korozi pro konkrétní kapalinu.

Zdroj: Rolled Alloys chloride SCC Guide; Stainless Steel World duplex SCC recenze; Technický list ATI 904L; ASTM G36-24

Mění NACE MR0175/ISO 15156-3 a NORSOK M-001 výběrový kalkul?

Chloridový SCC a sulfidové stresové krakování (SSC) jsou příbuzné, ale odlišné mechanismy a specifikace potrubí na moři nebo kyselého-plynu se obvykle řídí podle přísnějšího z nich. NACE MR0175/ISO 15156-3 stanoví kvalifikační požadavky pro duplexní a super duplexní nerezové oceli v H₂S-službě obsahující službu, obvykle včetně maximální tvrdosti (často 310 HV10), pásma obsahu feritu (běžně 35–65 %) a v mnoha specifikacích operátora může být kvalifikováno {} minimálně za {1} PREN nominální PREN služby . 2507 přibližně 42 tuto laťku pohodlně vymaže; 904L a 316L nejsou duplexní jakosti a jsou kvalifikovány podle samostatných ustanovení stejné standardní rodiny, obecně s přísnějšími limity chloridů a napětí pro kyselé aplikace.

Pokyny pro výběr materiálu NORSOK M-001 jsou založeny na stejné logice ze strany návrhu: váže přípustné třídy materiálů s očekávaným obsahem chloridů, teplotou a parciálním tlakem H₂S a posouvá návrhy směrem k vyšším -třídám duplexu PREN a super duplexu, protože kterákoli z těchto tří proměnných se zvyšuje. Pro součást vystavenou současně teplé mořské vodě, vyrobené vodě nebo kyselému plynu se často stávají rozhodujícím faktorem při rozhodování 316L-verze 904L-verzus-2507 normy pro kyselou-službu a offshore normy -, nikoli prahová hodnota chloridového SCC v izolaci -.

Zdroj: NACE MR0175/ISO 15156-3 duplexní kvalifikační kritéria; Rám pro výběr materiálu NORSOK M-001

Stojí Super Duplex 2507 za prémiovou cenu nad 316 l a 904 l?

V přepočtu na-kilogram má 2507 obvykle nejvyšší nákupní cenu ze všech tří druhů, což je dáno obsahem molybdenu a niklu a superduplexními-specifickými výrobními kontrolami. Nákupní cena je však nesprávným základem pro srovnání, jakmile je riziko chloridového SCC na stole, protože porucha chloridového SCC je jen zřídka jednoduchá oprava: obvykle to znamená neplánované odstavení, vyšetřování kořenové-příčiny a výměnu vadného dílu a často sousedního potrubí, které sdílelo stejnou servisní historii. 2507 vyšší pevnost také často umožňuje tenčí stěnu při stejném jmenovitém tlaku, což kompenzuje část{6} nákladů na instalaci

Praktické rozhodovací pravidlo používané v celém průmyslu je přímočaré: specifikujte 316L pouze tam, kde obsah chloridů a teplota zůstávají pohodlně uvnitř jeho vedení ~1000 ppm / ~55 stupňů bez reálného mechanismu koncentrace; specifikujte 904L, kde expozice chloridům jasně překračuje marži 316L, ale zůstává v rámci demonstrované výkonnostní obálky 904L a nevztahuje se na ni žádný požadavek na kyselou-duplexní službu; a specifikujte super duplex 2507 všude tam, kde se obsah chloridů blíží síle mořské vody, kde je zvýšená teplota, štěrbiny jsou nevyhnutelné nebo kde platí kritéria NACE/NORSOK sour-a offshore.

Která třída se hodí pro kterou aplikaci?

Často kladené otázky

Otázka: Může být 316L někdy použit v mořské vodě?

Odpověď: Pouze v mírných, krátkých{0}}trvajících nebo dobře{1}}propláchnutých podmínkách. Nepřetržité nebo stagnující vystavení mořské vodě překračuje 316L chloridové SCC a rozpětí důlků a 904L, duplex nebo super duplex jsou standardní cesty upgradu.

Otázka: Je 904L duplexní nerezová ocel?

Odpověď: Ne. 904L je plně austenitická superaustenitická třída. Jeho odolnost vůči chloridům SCC pochází z vysokého obsahu niklu, molybdenu a mědi, nikoli z dvoufázové -mikrostruktury.

Otázka: Znamená vyšší PREN vždy lepší odolnost vůči chloridům SCC?

A: PREN byl vyvinut k hodnocení odolnosti proti důlkové a štěrbinové korozi, nikoli přímo k odolnosti proti SCC. Silně koreluje s prahovou hodnotou chloridového SCC, protože důlková trhlina je obvyklou iniciační událostí-praskliny, ale záleží také na mikrostruktuře (duplexní vs. austenitické) a aplikovaném napětí, které nezachycuje samotný PREN.

Otázka: Proč 2507 potřebuje požadavek na obsah feritu v kyselé službě?

Odpověď: Obsah feritu mimo kvalifikované pásmo (běžně 35–65 %) může u duplexní nerezové oceli posunout jak mechanické vlastnosti, tak odolnost proti korozi, takže NACE MR0175/ISO 15156-3 jej ověřuje přímo, místo aby jej předpokládal pouze ze samotného nominálního složení.

Otázka: Pokud je 2507 téměř imunní vůči chloridovému SCC, proč jej nepoužít všude?

Odpověď: Náklady a zpracovatelnost. 2507 přináší vyšší pořizovací cenu, vyžaduje přísnější kontrolu vstupu svařovacího tepla-k udržení fázové rovnováhy a je zbytečná všude tam, kde expozice chloridům a teplota již bezpečně leží v rozmezí 316 l nebo 904 l.