Kā noteikt Sigma fāzes trauslumu novecojušos dupleksa nerūsējošā tērauda siltummaiņa komponentos?

Pat ja dupleksā nerūsējošā tērauda caurules loksne, kas ilgu laiku ir bijusi pakļauta augstām temperatūrām, var izskatīties neskarta, vienkāršs pieskāriens ar āmuru var to sadragāt. Šī ir biedējošā parādība, kas pazīstama kā sigmas fāzes trauslums, metalurģiska transformācija, kas, nemainot tā izskatu, pārveido spēcīgu, elastīgu sakausējumu trauslā keramikā. Sigma fāzes trausluma dupleksā nerūsējošā tērauda siltummaiņa komponentu agrīna noteikšana ir būtiska, jo pēc sigmas rašanās insitu remonts nav iespējams. Ir nepieciešams salabot bojāto komponentu.

Sigma fāzes trauslums: kas tas ir?
Austenīts un ferīts veido gandrīz vienādus procentus no līdzsvarotās mikrostruktūras, kas atrodama dupleksajos nerūsējošajos tēraudos (piemēram, 2205 un 2507). Šī divfāzu struktūra nodrošina augstu izturību, izcilu elastību un izcilu izturību pret koroziju. Tomēr pāreja notiek, ja dupleksais tērauds ilgstoši tiek pakļauts temperatūrai no 600 līdz 900 grādiem. Kad ferīta fāze sāk sadalīties, tiek izveidota jauna intermetāliskā fāze, kas pazīstama kā sigma (σ). Sigma ir tetragonāla kristāliska struktūra un ir dzelzs, hroma un molibdēna savienojums. Tas ir bagāts ar molibdēnu un hromu, ārkārtīgi trausls un neticami ciets.

Gan temperatūra, gan laiks ietekmē sigmas veidošanos. Visātrāk pāreja notiek pie 750–850 grādiem; ievērojams trausls var notikt dažu stundu laikā. Tas aizņem simtiem vai tūkstošiem stundu zemākā temperatūrā (600–700 grādi). Nav dzīvotspējīgas in-situ termiskās apstrādes, kas varētu mainīt sigmu, tiklīdz tā izgulsnējas, parasti kā sīkas, plānas plāksnes pie graudu robežām un ferīta graudos. Materiāls gandrīz pilnībā zaudē trieciencietību un kļūst trausls.

Izplatītākie siltummaiņa detaļu iemesli
Šie ir visizplatītākie apstākļi, kuros notiek sigmas fāzes trauslums:

Metināšanas šuves bez pēc-atlaidināšanas metināšanas šķīdumā: ja dzesēšana ir lēna, karstuma -ietekmētā zona (HAZ) blakus metinājumam var ilgstoši uzturēties kritiskās temperatūras diapazonā. Īpaši apdraudēti ir lieli, biezi gabali. Sigma paliek HAZ, ja komponents pēc tam netiek atkvēlināts šķīdumā (uzsildīts līdz 1040–1100 grādiem un ātri rūdīts).

Ilgstoša darbība augstās temperatūrās: pat nejauši siltummaiņi, kas nepārtraukti darbojas metāla temperatūrā no 600 līdz 900 grādiem, var pakāpeniski trauslēties. Tas var notikt siltummainī, kas nav pareizi atdzesēts, vai siltuma atgūšanas blokā.

Uguns iedarbība: pat īsu laiku augu ugunsgrēks, kas sasilda daļu dupleksā siltummaiņa sigmas veidošanās diapazonā, var izraisīt trauslumu skartajā zonā.

Ražošanas kļūdas: Sigmu var veicināt nepareiza termiskā apstrāde ražošanas laikā, piemēram, lēna dzesēšana no atkausēšanas temperatūras.

Visjutīgākās ir karstuma -ietekmētās metināto šuvju zonas, biezāki atloki un cauruļu loksnes. Lai gan plānās caurules atdziest ātrāk un mazāk izdodas radīt sigmu, tās joprojām ir jutīgas, ja ekspluatācijas temperatūra ir ļoti augsta.

Mehāniskie un vizuālie indikatori
Metāla virsmas izskatu neietekmē sigma fāzes trauslums. Sastāvdaļa var izskatīties pilnīgi normāla, bez acīmredzamas plaisāšanas vai krāsas maiņas, taču tā var būt ļoti trausla. Tomēr tā esamību var atklāt, rūpīgi pārbaudot un pārbaudot.

Lūzuma virsmas izskats
Sigma{0}}trauslā dupleksā tērauda plīsuma virsma šķitīs izcila, granulēta un kristāliska bez kaļamas plīsumiem vai bīdes, ja kāda sastāvdaļa sabojājas vai tiek mērķtiecīgi salauzta. Tipiska kaļamā lūzuma vienmuļais, šķiedrainais izskats ir krasā pretstatā tam. Sigma piešķir metālam šokolādes tāfelītes izturību; niecīgs sitiens to salauž, nevis deformē.

Triecienizturības pārbaude
Čārpija V{0}}nogriezuma (CVN) trieciena tests ir zelta standarts sigmas trausluma noteikšanai. Pareizi atkausējot šķīdumā, Duplex 2205 parasti ir 100–200 J triecienizturība istabas temperatūrā. Stingrība var samazināties līdz mazāk nekā 20 J un bieži vien līdz atsevišķiem cipariem, ja ir sigma. Šis tests piedāvā nepārprotamu pierādījumu sīkām detaļām vai testa kuponiem, kas izgriezti no caurules loksnes.

Metalogrāfiskā analīze: tumšie kodināšanas plankumi
Pēc kodināšanas mikroskopā ir redzama sigmas fāzes trausluma īpašība. Pulēta parauga kodināšanai izmanto atbilstošu reaģentu, piemēram, elektrolītisko kodināšanu 10% skābeņskābē vai HCl un HNO₃ (Aqua Regia) vai KOH (dupleksam) kombināciju. Austenīts un ferīts sastopami kā divas atsevišķas fāzes tipiskā dupleksā mikrostruktūrā; austenīts parasti ir bāls vai vāji iegravēts, bet ferīts ir tumšāks. Ferīta graudos un gar graudu robežām sigmas fāze izpaužas kā tumšs, bieži blokains vai plāksnēm līdzīgs tīkls. Pašas sigmas daļiņas parādās kā atšķirīga, ārkārtīgi tumša fāze ar lielāku palielinājumu. Pozitīvu identifikāciju nodrošina atšķirīgie "tumši kodināšanas plankumi" vai nepārtraukti tumši tīkli.

Kodinātās virsmas kopiju var izgatavot uz vietas-, izmantojot lauka metalogrāfisko replikāciju (kā aprakstīts iepriekšējos rakstos), kas pēc tam tiek pārbaudīta rokas mikroskopā. Sigmu var atrast, izmantojot šo nesagraujošo (vai nedaudz destruktīvo) metodi, nenoņemot paraugu no liela siltummaiņa.

Standarta noteikšanas metode, ASTM A923
ASTM A923 "Standarta testa metodes kaitīgu starpmetālu fāžu noteikšanai dupleksos austenīta/ferīta nerūsējošajos tēraudos" nodrošina trīs atzītas metodes, lai identificētu sigmas un citas intermetāliskās fāzes (piemēram, chi):

A metode (nātrija hidroksīda kodināšanas tests): pulēta parauga kodināšanai izmanto sakarsētu 40% NaOH šķīdumu. Tumša kodināšanas reakcija norāda uz sigmas vai chi fāzes esamību. Šī skrīninga eksāmena rezultāts ir nokārtots/nesekmīgs.

Triecienizturība tiek novērtēta, izmantojot B metodi (Čarpi trieciena tests). Lai pieņemtu, ir nepieciešama minimālā vidējā absorbētā enerģija, piemēram, 54 J 2205.

C metode (ferīta satura mērīšana): ferīta procentuālo daudzumu nosaka, izmantojot feritoskopu. Ferīta saturu ievērojami samazina sigmas veidošanās. Tomēr šī pieeja nav tik vienkārša un pakļauta ārējai ietekmei.

Vispiemērotākā tehniskās apkopes metode uz vietas ir A metode (kodināšanas tests) uz sīkas pulētas vietas vai kopijas.

Neatgriezeniskums: bez in{0}}situācijas remonta
Izšķirošais secinājums rūpnīcu inženieriem ir tāds, ka sigma fāzi nevar novērst no liela, uzbūvēta siltummaiņa ar termisko apstrādi. Visa sastāvdaļa ir jāuzsilda līdz 1040–1100 grādiem un ātri jādzēš (izmantojot ūdeni vai saspiestu gāzi), lai no jauna izšķīdinātu -sigmu. Ekspluatācijā esošais siltummainis ar caurulēm, blīvēm un pievienotu cauruļvadu to nevar paveikt. Iekšējo cauruļu kūļi izplestos un deformētos pat tad, ja korpusu varētu uzkarsēt, un ātra dzesēšana izraisītu termisko šoku. Līdz ar to svarīga sastāvdaļa (piemēram, caurules loksne vai biezs atloks) ir jāmaina, tiklīdz tiek pārbaudīta sigma trauslums. Vienīgās cauruļu saišķu iespējas ir noņemšana un nomaiņa.

Tāpēc galvenais, lai novērstu katastrofālu neveiksmi, ir atklāšana. Ja tiek izmantots problemātisks siltummainis ar trauslām daļām, strauju lūzumu var izraisīt termisks vai mehānisks trieciens (piemēram, spiediena pieaugums, āmura sitiens vai pat regulāra vibrācija).

Praktiskās lauka identifikācijas soļi
Ja ir aizdomas par sigma fāzes trauslumu, vecā dupleksā nerūsējošā tērauda siltummainī jāveic šādas darbības:

Pārbaudiet apkopes vēsturi, lai redzētu, vai siltummainis kādreiz ir bijis pakļauts temperatūrai, kas augstāka par 600 grādiem. Izpētiet ziņojumus par ugunsgrēkiem, darbības žurnāliem vai neparastiem procesa traucējumiem. Metināšanas ieraksti: vai biezas daļas tika pakļautas pēc-metināšanas šķīduma atlaidināšanai?

Veiciet nesagraujošu{0}}ferīta mērījumu. Uz tīras, noslīpētas virsmas feritoskopa rādījums var liecināt par zemāku ferīta saturu (normāls ir no 40 līdz 60%; sigma to var samazināt līdz 30%). Bet tas pats par sevi nav galīgs.

Apsveriet metalogrāfisko reprodukciju. ASTM A923 metode Šķīdumu izmanto, lai izlīdzinātu, pulētu un kodinātu ierobežotu apgabalu (piemēram, caurules loksnes virsmu vai biezu atloku). Lai pārbaudītu acetāta reprodukciju, tiek izmantots 200–500 × palielinājums. Trauslumu apstiprina melnu, bloku sigmas fāzes tīklu esamība.

Ja iespējams, saņemiet nelielu kuponu. Laboratorijas Šarpi trieciena testēšanai var paņemt īsu mēģenes galu vai lūžņu gabalu no ne-kritiskas vietas. Par nopietnu trauslumu liecina trieciena enerģijas mērījums, kas ir mazāks par 20 J 2205 (vai zem specifikācijas).

Nosakiet steidzamību: ja tiek atklāta sigma, ir jāieplāno ietekmētā komponenta nomaiņa. Pagaidām visi vibrācijas avoti ir jāizslēdz un siltummainis jādarbina ar mazāku mehānisko un termisko slodzi.

Preventīvie pasākumi ietver atbilstošu termisko apstrādi un pakalpojumu ierobežojumus.
Sigmas trausluma novēršana ir labākā stratēģija, kā to risināt:

Vienmēr šķīduma atkvēlināšanas dupleksās metināšanas: biezām sekcijām (vairāk nekā 6 mm) ir nepieciešama pēc-metināšanas šķīduma atkvēlināšana un ātra rūdīšana. Lai gan atkausēšana ir drošāka, efektīva metināšanas metodes kvalifikācija (zema siltuma padeve, starpplūsmas temperatūras kontrole) bieži var novērst sigmas veidošanos plānām sekcijām.

A alternative alloy, such as a nickel-based superalloy, should be taken into consideration if a duplex exchanger is required for a high-temperature application (such as >500 grādi) ilgāku laiku. Izvairieties no ilgstošas ​​apkalpošanas virs 600 grādiem.

Kontrolējiet dzesēšanu pēc jebkādas karstuma iedarbības: Lai samazinātu laiku, kas pavadīts 600–900 grādu diapazonā, siltummainis pēc iespējas ātrāk ir jāatdzesē (piemēram, applūstot ar ūdeni) ugunsgrēka vai termiskā satricinājuma gadījumā.

Nobeigumā
Tikai pareiza sākotnējā termiskā apstrāde un izvairīšanās no ilgstošas ​​iedarbības tās veidošanās temperatūras diapazonā var novērst sigmas fāzes trauslumu, neatgriezenisku un katastrofālu degradāciju. Strauja triecienizturības samazināšanās, spilgti granulēts lūzums un tumšu kodināšanas plankumu vai tīklu parādīšanās metalogrāfiskajā analīzē ir sigma fāzes trausluma dupleksa nerūsējošā tērauda apmaiņas komponentu indikatori. Standarta pārbaudes procedūras noteikšanai nodrošina ASTM A923. Pēc pārbaudes bojātā daļa ir jānomaina, jo to nevar salabot. Siltumam ir spēks izrakstīt metāla esamību; dupleksā nerūsējošā tērauda gadījumā šī nerakstītā pasaka ir sigma trauslums. Vienīgā aizsardzība pret šo zagļu{5}}sagraujošo ienaidnieku ir kārtējā pārbaude, zināšanas par ekspluatācijas temperatūras vēsturi un atbilstoša materiālu izvēle.