Leistungsunterschiede von Flanschen aus verschiedenen Materialien in Hochtemperaturumgebungen

Die Leistung von Flanschmaterialien bei hohen Temperaturen variiert erheblich je nach Faktoren wieFestigkeitsbindung, Oxidationsbeständigkeit, Kriechbeständigkeit, thermische Stabilität, undchemische VerträglichkeitIm Folgenden wird eine detaillierte Auswertung auf der Grundlage typischer Materialkategorien dargestellt.

1Flächen aus Kohlenstoffstahl (z. B. Q235, 20# Stahl)

Kohlenstoffstahl eignet sich in der Regel für Anwendungen bei niedrigen bis mittleren Temperaturen.Die Ausfallfestigkeit von 20# Stahl sinkt von ca. 245 MPa bei Raumtemperatur auf ca. 180 MPa bei 400°CÜber 450°C wird das Material aufgrund der Spheroidierung durch Perlit zunehmend anfällig für eine Grobung, was schließlich zu einem Kriechversagen führen kann.

Die Oxidationsbeständigkeit von Kohlenstoffstahl ist gering, wobei die Oxidation über 300°C beschleunigt und eine lose Fe3O4-Oxid-Skala entsteht.die Oxidationsgeschwindigkeit kann fünfmal höher sein als bei 300 °CWenn Schwefelverbindungen oder Dampf in der Umwelt vorhanden sind, wird die Oxidationskorrosion weiter verschärft und die Zuverlässigkeit des Materials unter solchen Bedingungen eingeschränkt.

2Austenitische Flanken aus Edelstahl (z. B. aus 304, 316)

Austenitische Edelstahle werden aufgrund ihrer überlegenen Oxidationsbeständigkeit und thermischen Stabilität in hochtemperaturen, korrosiven Umgebungen weit verbreitet.Typ 304 kann bei Temperaturen bis etwa 870°C verwendet werden, während 316L, das Molybdän enthält, eine gute Festigkeit (Leistungsfestigkeit ≥ 120 MPa) bis zu 650°C behält.Ihr hoher Chromgehalt (18 ‰ 20%) ermöglicht die Bildung einer dichten passiven Cr2O3-Schicht, die die Oxidation erheblich verlangsamtZum Beispiel ist die Oxidationsgeschwindigkeit von 304/316 bei 800°C um über 90% niedriger als die des Kohlenstoffstahls.

Austenitische Edelstahle sind jedoch nicht ohne Grenzen.wobei Chromkarbide an den Korngrenzen abfließenDieses Problem kann durch Stabilisierungsbehandlungen wie die Verwendung von mit Titan stabilisierten Qualitäten wie 321-Edelstahl gemildert werden.

Eine weitere Sorge ist die Kriechdeformation. Über 650°C steigt die Kriechgeschwindigkeit erheblich, was eine Verringerung der zulässigen Konstruktionsbelastung erfordert.Die zulässige Spannung von 316L kann bei Umgebungstemperatur nur auf etwa 15% seines Wertes sinken..

3. Duplex-Flächen aus Edelstahl (z. B. 2205, 2507)

Duplex-Edelstahl bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit und ist somit eine kostengünstige Lösung in moderat hohen Temperaturen mit aggressiven Medien.Typ 2205 wird typischerweise bei Temperaturen bis zu 300 °C verwendetBei 300°C behält 2205 eine Ausfallfestigkeit von mehr als 400 MPa, was fast doppelt so hoch ist wie bei 304 rostfreiem Stahl.

Trotz ihrer Festigkeitsvorteile sind Duplexstähle bei erhöhten Temperaturen thermisch weniger stabil als austenitische Stähle.die ferritische Phase wird anfällig für Kornwachstum und reduzierte KriechbeständigkeitDieser beschleunigte Verlust der mechanischen Integrität begrenzt ihre Eignung für den langfristigen Hochtemperaturbetrieb.

4. Chrom-Molybdän-Stahlflächen (z. B. 15CrMo, P91)

Cr-Mo-Legierungsstähle sind speziell für Hochtemperatur- und Hochdruckumgebungen wie Kraftwerke und Kesselsysteme entwickelt.Die mechanischen Eigenschaften dieser Bauteile sind bei weitem höher als die der Kohlenstoff- und Edelstahlen.

15CrMo-Stahl mit einem Chromgehalt von 1,5% und einem Molybdängehalt von etwa 0,5% eignet sich für Betriebstemperaturen bis zu 550°C. Bei 500°C hält er seine Ausfallfestigkeit bei über 200 MPa.mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 0,05 GHT, ist für einen langfristigen Betrieb unter 650 °C mit ausgezeichneter Kriechfestigkeit geeignet.im Vergleich zu nur 40 MPa für 15CrMo.

Diese Materialien kombinieren eine hohe Temperaturfestigkeit mit einer guten Oxidationsbeständigkeit und eignen sich daher für anspruchsvolle thermische und Druckbedingungen.

5Flächen aus Nickellegierungen (z. B. Inconel 625, Hastelloy C-276)

Nickel-basierte Legierungen weisen sowohl bei extremen Temperaturen als auch in sehr korrosiven Umgebungen die höchste Leistungsfähigkeit auf.Während Hastelloy C-276 eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bis zu 1200°C bietetDiese Legierungen bieten außerdem eine hervorragende Kriechfestigkeit. Zum Beispiel hat Hastelloy C-276 bei 800°C eine Kriechfestigkeit, die etwa fünfmal so hoch ist wie bei 316L-Edelstahl.

Ihre außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit beruht auf ihrem hohen Gehalt an Nickel (≥ 50%), Chrom (20% 30%) und Molybdän (10% 16%).Diese Kombination ermöglicht eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen eine Vielzahl von Abbaumekanismen, einschließlich Oxidation, Spannungskorrosionscracking und intergranularer Korrosion, auch in den aggressivsten chemischen Umgebungen.bei Vergasern, die bei 650°C arbeiten und H2S und CO2 enthalten, können nur Nickellegierungen eine zuverlässige Leistung für eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren bieten.

Schlussfolgerung

Bei Hochtemperaturanwendungen müssen bei der Materialwahl für Flansche nicht nur Temperaturschwellenwerte, sondern auch langfristige mechanische Leistung und Korrosionsbeständigkeit berücksichtigt werden.

• Kohlenstoffstahlist sparsam, jedoch nur bei niedrigeren Temperaturen und nicht korrosive Umgebungen.

• Austenitische EdelstahleSie bieten eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, sind aber empfindlich gegenüber Sensibilisierung und Kriechen.

• Zweifach-Edelstahlbei moderaten Temperaturen eine hohe Festigkeit bieten, bei erhöhten Temperaturen aber schnell abbauen.

• Stahl aus Cr-Mo-Legierungsind für Hochdruck- und Hochtemperaturbetrieb mit starker Kriechfestigkeit optimiert.

• mit einem Gehalt an Kohlenwasserstoffen von mehr als 85 GHTSie bieten unter extremen Bedingungen eine unübertroffene Leistung, wenn auch zu deutlich höheren Kosten.

Eine sorgfältige Bewertung der Betriebstemperatur, des Drucks und der Zusammensetzung des Mediums ist für die Auswahl des geeigneten Flanschmaterials unerlässlich, um Sicherheit, Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten.