أداء مواد الاطار في ظل ظروف درجة حرارة عالية تختلف بشكل كبير بناء على عوامل مثل:الاحتفاظ بالقوة، مقاومة الأكسدة، مقاومة الزحف، الاستقرار الحراري، والتوافق الكيميائيمع وسائل المعالجة. أدناه تقييم مفصل بناء على فئات المواد النموذجية.
الصلب الكربوني مناسب بشكل عام للتطبيقات منخفضة إلى متوسطة درجة الحرارة. تنخفض قوته بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال،انخفضت قوة الصلب 20 # من حوالي 245 MPa عند درجة حرارة الغرفة إلى حوالي 180 MPa عند 400 °C، وهو ما يمثل خسارة تزيد عن 30٪. فوق 450 درجة مئوية ، تصبح المادة عرضة بشكل متزايد لتجاعيد الحبوب بسبب كرة اللؤلؤ ، والتي قد تؤدي في نهاية المطاف إلى فشل الزحف.
من حيث مقاومة الأكسدة ، يؤدي الفولاذ الكربوني أداءً سيئًا. يبدأ الأكسدة في التسارع فوق 300 درجة مئوية ، مع تكوين مقياس أكسيد Fe3O4 فضفاض. عند 500 درجة مئوية ، يبدأ التأكسيد في التكثيف.يمكن أن يكون معدل الأكسدة أعلى بخمس مرات من ذلك عند 300 درجة مئويةإذا كانت مركبات الكبريت أو البخار موجودة في البيئة، فإن تآكل الأكسدة يزداد تفاقما، مما يحد من موثوقية المادة في مثل هذه الظروف.
تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على نطاق واسع في البيئات عالية درجة الحرارة والآكل بسبب مقاومة الأكسدة المتفوقة والاستقرار الحراري.يمكن استخدام النوع 304 عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 870 درجة مئوية، في حين أن 316L ، الذي يحتوي على الموليبدينوم ، يحتفظ بقوة جيدة (قوة العائد ≥ 120 MPa) حتى 650 درجة مئوية.يسمح محتوى الكروم العالي (18 ٪ ٪) بتشكيل طبقة سلبية Cr2O3 كثيفة تبطئ الأكسدة بشكل كبيرعلى سبيل المثال، عند 800 درجة مئوية، معدل الأكسدة من 304/316 هو أقل من 90٪ من أن من الفولاذ الكربوني.
ومع ذلك ، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ليس خالياً من القيود. قد يؤدي التعرض لفترة طويلة في نطاق درجة الحرارة من 450 إلى 850 درجة مئوية إلى الحساسية ،حيث تتساقط كربيدات الكروم في حدود الحبوبيمكن تخفيف هذه المشكلة عن طريق معالجات الاستقرار، مثل استخدام الصفوف المستقرة من التيتانيوم مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 321.
مشكلة أخرى هي تشوه الزحف. فوق 650 درجة مئوية ، يزيد معدل الزحف بشكل كبير ، مما يلزم خفض الإجهاد التصميمي المسموح به. على سبيل المثال ، عند 700 درجة مئوية ،يمكن أن ينخفض التوتر المسموح به لـ 316L إلى حوالي 15٪ فقط من قيمته عند درجة حرارة الغرفة.
تقدم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج توازنًا بين القوة ومقاومة التآكل ، مما يجعلها حلًا فعالًا من حيث التكلفة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية بشكل معتدل التي تشمل وسائل إعلام عدوانية.النوع 2205 يستخدم عادة في درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية، بينما 2507 يمكن استخدامها حتى 350 درجة مئوية. عند 300 درجة مئوية، 2205 يحتفظ بقوة الانسحاب التي تتجاوز 400 MPa، وهو ما يقرب من ضعف من 304 الفولاذ المقاوم للصدأ.
على الرغم من مزايا قوتها ، فإن الفولاذ المزدوج أقل استقراراً حرارياً من الصفات الأوستنيتية عند درجات الحرارة المرتفعة.المرحلة الفيرريتية تصبح عرضة لنمو الحبوب وتقلل من مقاومة الزحفهذا الخسارة المتسارعة للنزاهة الميكانيكية تحد من مدى ملاءمتها لخدمة طويلة الأجل في درجات الحرارة العالية.
يتم تصميم الفولاذ سبائك Cr-Mo خصيصًا لبيئات درجة الحرارة العالية والضغط العالي مثل محطات توليد الكهرباء وأنظمة المرجل.أدائهم الميكانيكي في مثل هذه الظروف يتجاوز بكثير أن من الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ القياسية.
15CrMo الفولاذ، الذي يحتوي على 1 ٪ 1.5 الكروم وحوالي 0.5٪ الموليبدينوم، مناسب لدرجات حرارة الخدمة تصل إلى 550 درجة مئوية.سبيكة عالية الأداء بنسبة 9%Cr ٪ Mo، قادرة على العمل لفترة طويلة تحت 650 درجة مئوية مع مقاومة ممتازة للزحف. على سبيل المثال ، عند 600 درجة مئوية على مدار 100000 ساعة ، تظل قوة الزحف من P91 حوالي 100 MPa ،مقارنة بـ 40 مبا فقط لـ 15CrMo.
هذه المواد تجمع بين قوة درجة الحرارة العالية ومقاومة الاكسدة الجيدة، مما يجعلها مناسبة بشكل جيد لظروف الحرارة والضغط المتطلبة.
السبائك القائمة على النيكل تمثل أعلى مستوى من الأداء في كل من درجات الحرارة القصوى والبيئات القاسية التآكل.بينما يقدم Hastelloy C-276 مقاومة أكسدة ممتازة حتى 1200 درجة مئويةكما توفر هذه السبائك مقاومة ممتازة للزحف. على سبيل المثال، عند 800 درجة مئوية، يحتوي Hastelloy C-276 على قوة زحف ما يقرب من خمسة أضعاف من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L.
مقاومة التآكل الاستثنائية لها تنبع من محتوياتها العالية من النيكل (≥ 50٪) ، الكروم (20 ٪) ، والموليبدينوم (10 ٪).هذا المزيج يسمح بمقاومة مجموعة واسعة من آليات التدهور، بما في ذلك الأكسدة، والتآكل التآكل، والتآكل بين الحبيبات حتى في البيئات الكيميائية الأكثر عدوانية.حيث تعمل أجهزة الغاز في 650 درجة مئوية وتحتوي على H2S و CO2، فقط سبائك على أساس النيكل يمكن أن توفر أداء موثوق به لأكثر من 20 عاما من عمر الخدمة.
في تطبيقات درجات الحرارة العالية، يجب أن يضع اختيار المواد للشرائح في الاعتبار ليس فقط عتبات درجة الحرارة ولكن أيضا الأداء الميكانيكي على المدى الطويل ومقاومة التآكل.
فولاذ الكربوناقتصادية ولكن محدودة في درجات الحرارة المنخفضة والبيئات غير التآكل.
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتييقدم مقاومة متزايدة للتآكل في درجات الحرارة العالية ولكنه حساس للتحسس والزحف.
الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجتوفر قوة عالية في درجات حرارة معتدلة ولكن تتحلل بسرعة في درجات حرارة مرتفعة.
الفولاذ المسبوب بـ Cr-Moيتم تحسينها للخدمة في ضغط عال ودرجة حرارة عالية مع مقاومة قوية للزحف.
السبائك القائمة على النيكلتوفير أداء لا مثيل له في الظروف القاسية، وإن كان ذلك بتكلفة أعلى بكثير.
التقييم الدقيق لدرجة حرارة التشغيل والضغط وتكوين الوسيط أمر ضروري لاختيار مادة الشبكة المناسبة لضمان السلامة والمتانة والفعالية من حيث التكلفة.
أداء مواد الاطار في ظل ظروف درجة حرارة عالية تختلف بشكل كبير بناء على عوامل مثل:الاحتفاظ بالقوة، مقاومة الأكسدة، مقاومة الزحف، الاستقرار الحراري، والتوافق الكيميائيمع وسائل المعالجة. أدناه تقييم مفصل بناء على فئات المواد النموذجية.
الصلب الكربوني مناسب بشكل عام للتطبيقات منخفضة إلى متوسطة درجة الحرارة. تنخفض قوته بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة. على سبيل المثال،انخفضت قوة الصلب 20 # من حوالي 245 MPa عند درجة حرارة الغرفة إلى حوالي 180 MPa عند 400 °C، وهو ما يمثل خسارة تزيد عن 30٪. فوق 450 درجة مئوية ، تصبح المادة عرضة بشكل متزايد لتجاعيد الحبوب بسبب كرة اللؤلؤ ، والتي قد تؤدي في نهاية المطاف إلى فشل الزحف.
من حيث مقاومة الأكسدة ، يؤدي الفولاذ الكربوني أداءً سيئًا. يبدأ الأكسدة في التسارع فوق 300 درجة مئوية ، مع تكوين مقياس أكسيد Fe3O4 فضفاض. عند 500 درجة مئوية ، يبدأ التأكسيد في التكثيف.يمكن أن يكون معدل الأكسدة أعلى بخمس مرات من ذلك عند 300 درجة مئويةإذا كانت مركبات الكبريت أو البخار موجودة في البيئة، فإن تآكل الأكسدة يزداد تفاقما، مما يحد من موثوقية المادة في مثل هذه الظروف.
تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على نطاق واسع في البيئات عالية درجة الحرارة والآكل بسبب مقاومة الأكسدة المتفوقة والاستقرار الحراري.يمكن استخدام النوع 304 عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 870 درجة مئوية، في حين أن 316L ، الذي يحتوي على الموليبدينوم ، يحتفظ بقوة جيدة (قوة العائد ≥ 120 MPa) حتى 650 درجة مئوية.يسمح محتوى الكروم العالي (18 ٪ ٪) بتشكيل طبقة سلبية Cr2O3 كثيفة تبطئ الأكسدة بشكل كبيرعلى سبيل المثال، عند 800 درجة مئوية، معدل الأكسدة من 304/316 هو أقل من 90٪ من أن من الفولاذ الكربوني.
ومع ذلك ، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ليس خالياً من القيود. قد يؤدي التعرض لفترة طويلة في نطاق درجة الحرارة من 450 إلى 850 درجة مئوية إلى الحساسية ،حيث تتساقط كربيدات الكروم في حدود الحبوبيمكن تخفيف هذه المشكلة عن طريق معالجات الاستقرار، مثل استخدام الصفوف المستقرة من التيتانيوم مثل الفولاذ المقاوم للصدأ 321.
مشكلة أخرى هي تشوه الزحف. فوق 650 درجة مئوية ، يزيد معدل الزحف بشكل كبير ، مما يلزم خفض الإجهاد التصميمي المسموح به. على سبيل المثال ، عند 700 درجة مئوية ،يمكن أن ينخفض التوتر المسموح به لـ 316L إلى حوالي 15٪ فقط من قيمته عند درجة حرارة الغرفة.
تقدم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج توازنًا بين القوة ومقاومة التآكل ، مما يجعلها حلًا فعالًا من حيث التكلفة في البيئات ذات درجات الحرارة العالية بشكل معتدل التي تشمل وسائل إعلام عدوانية.النوع 2205 يستخدم عادة في درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية، بينما 2507 يمكن استخدامها حتى 350 درجة مئوية. عند 300 درجة مئوية، 2205 يحتفظ بقوة الانسحاب التي تتجاوز 400 MPa، وهو ما يقرب من ضعف من 304 الفولاذ المقاوم للصدأ.
على الرغم من مزايا قوتها ، فإن الفولاذ المزدوج أقل استقراراً حرارياً من الصفات الأوستنيتية عند درجات الحرارة المرتفعة.المرحلة الفيرريتية تصبح عرضة لنمو الحبوب وتقلل من مقاومة الزحفهذا الخسارة المتسارعة للنزاهة الميكانيكية تحد من مدى ملاءمتها لخدمة طويلة الأجل في درجات الحرارة العالية.
يتم تصميم الفولاذ سبائك Cr-Mo خصيصًا لبيئات درجة الحرارة العالية والضغط العالي مثل محطات توليد الكهرباء وأنظمة المرجل.أدائهم الميكانيكي في مثل هذه الظروف يتجاوز بكثير أن من الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ القياسية.
15CrMo الفولاذ، الذي يحتوي على 1 ٪ 1.5 الكروم وحوالي 0.5٪ الموليبدينوم، مناسب لدرجات حرارة الخدمة تصل إلى 550 درجة مئوية.سبيكة عالية الأداء بنسبة 9%Cr ٪ Mo، قادرة على العمل لفترة طويلة تحت 650 درجة مئوية مع مقاومة ممتازة للزحف. على سبيل المثال ، عند 600 درجة مئوية على مدار 100000 ساعة ، تظل قوة الزحف من P91 حوالي 100 MPa ،مقارنة بـ 40 مبا فقط لـ 15CrMo.
هذه المواد تجمع بين قوة درجة الحرارة العالية ومقاومة الاكسدة الجيدة، مما يجعلها مناسبة بشكل جيد لظروف الحرارة والضغط المتطلبة.
السبائك القائمة على النيكل تمثل أعلى مستوى من الأداء في كل من درجات الحرارة القصوى والبيئات القاسية التآكل.بينما يقدم Hastelloy C-276 مقاومة أكسدة ممتازة حتى 1200 درجة مئويةكما توفر هذه السبائك مقاومة ممتازة للزحف. على سبيل المثال، عند 800 درجة مئوية، يحتوي Hastelloy C-276 على قوة زحف ما يقرب من خمسة أضعاف من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L.
مقاومة التآكل الاستثنائية لها تنبع من محتوياتها العالية من النيكل (≥ 50٪) ، الكروم (20 ٪) ، والموليبدينوم (10 ٪).هذا المزيج يسمح بمقاومة مجموعة واسعة من آليات التدهور، بما في ذلك الأكسدة، والتآكل التآكل، والتآكل بين الحبيبات حتى في البيئات الكيميائية الأكثر عدوانية.حيث تعمل أجهزة الغاز في 650 درجة مئوية وتحتوي على H2S و CO2، فقط سبائك على أساس النيكل يمكن أن توفر أداء موثوق به لأكثر من 20 عاما من عمر الخدمة.
في تطبيقات درجات الحرارة العالية، يجب أن يضع اختيار المواد للشرائح في الاعتبار ليس فقط عتبات درجة الحرارة ولكن أيضا الأداء الميكانيكي على المدى الطويل ومقاومة التآكل.
فولاذ الكربوناقتصادية ولكن محدودة في درجات الحرارة المنخفضة والبيئات غير التآكل.
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتييقدم مقاومة متزايدة للتآكل في درجات الحرارة العالية ولكنه حساس للتحسس والزحف.
الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوجتوفر قوة عالية في درجات حرارة معتدلة ولكن تتحلل بسرعة في درجات حرارة مرتفعة.
الفولاذ المسبوب بـ Cr-Moيتم تحسينها للخدمة في ضغط عال ودرجة حرارة عالية مع مقاومة قوية للزحف.
السبائك القائمة على النيكلتوفير أداء لا مثيل له في الظروف القاسية، وإن كان ذلك بتكلفة أعلى بكثير.
التقييم الدقيق لدرجة حرارة التشغيل والضغط وتكوين الوسيط أمر ضروري لاختيار مادة الشبكة المناسبة لضمان السلامة والمتانة والفعالية من حيث التكلفة.
