Διαφορές στην Απόδοση Φλαντζών από Διαφορετικά Υλικά σε Περιβάλλοντα Υψηλής Θερμοκρασίας

Οι επιδόσεις των υλικών φλάντζας υπό υψηλές θερμοκρασίες ποικίλλουν σημαντικά με βάση παράγοντες όπως:διατήρηση της αντοχής, αντοχή στην οξείδωση, αντοχή στην έλξη, θερμική σταθερότητα, καιχημική συμβατότηταΠαρακάτω παρατίθεται μια λεπτομερή αξιολόγηση με βάση τις τυπικές κατηγορίες υλικών.

1Φλάντζες από χάλυβα άνθρακα (π.χ. χάλυβα Q235, 20*)

Ο χάλυβας άνθρακα είναι γενικά κατάλληλος για εφαρμογές χαμηλής έως μεσαίας θερμοκρασίας.η αντοχή του 20# χάλυβα μειώνεται από περίπου 245 MPa σε θερμοκρασία δωματίου σε περίπου 180 MPa σε θερμοκρασία 400°CΠάνω από τους 450 °C, το υλικό γίνεται όλο και πιο ευαίσθητο στην ακατέργαση των κόκκων λόγω της σφαιροειδισμού της μαργαριταρίνης, η οποία μπορεί τελικά να οδηγήσει σε αποτυχία στροφής.

Από την άποψη της αντοχής στην οξείδωση, ο χάλυβας άνθρακα παρουσιάζει κακές επιδόσεις.ο ρυθμός οξείδωσης μπορεί να είναι πέντε φορές υψηλότερος από αυτόν στους 300 °CΕάν υπάρχουν ενώσεις θείου ή ατμός στο περιβάλλον, η διάβρωση από την οξείδωση επιδεινώνεται περαιτέρω, περιορίζοντας την αξιοπιστία του υλικού σε τέτοιες συνθήκες.

2. Αυστενιτικές φλάντζες από ανοξείδωτο χάλυβα (π.χ. 304, 316)

Οι αυστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες χρησιμοποιούνται ευρέως σε υψηλής θερμοκρασίας, διαβρωτικά περιβάλλοντα λόγω της ανώτερης αντοχής τους στην οξείδωση και της θερμικής τους σταθερότητας.Ο τύπος 304 μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θερμοκρασίες έως και περίπου 870°C, ενώ το 316L, το οποίο περιέχει μολυβδένιο, διατηρεί καλή αντοχή (αντοχή ≥ 120 MPa) έως και 650 °C.Η υψηλή περιεκτικότητά τους σε χρώμιο (18·20%) επιτρέπει το σχηματισμό πυκνού παθητικού στρώματος Cr2O3 που επιβραδύνει σημαντικά την οξείδωσηΓια παράδειγμα, στους 800 °C, ο ρυθμός οξείδωσης του 304/316 είναι πάνω από 90% χαμηλότερος από αυτόν του χάλυβα άνθρακα.

Ωστόσο, οι αυστενίτες ανοξείδωτοι χάλυβες δεν είναι χωρίς περιορισμούς: η παρατεταμένη έκθεση στο εύρος θερμοκρασίας 450-850 °C μπορεί να οδηγήσει σε ευαισθητοποίηση,όπου τα καρβίδια του χρωμίου καταρρέουν στα όρια των κόκκωνΑυτό το πρόβλημα μπορεί να μετριαστεί με θεραπείες σταθεροποίησης, όπως η χρήση τιτανίου σταθεροποιημένων βαθμών όπως το ανοξείδωτο χάλυβα 321.

Η μέθοδος αυτή έχει ως στόχο να βελτιώσει την ποιότητα των υλικών και να βελτιώσει την ποιότητα των υλικών.η επιτρεπόμενη τάση του 316L μπορεί να πέσει μόνο στο 15% περίπου της τιμής του σε θερμοκρασία περιβάλλοντος.

3Δυαδικές φλάντζες από ανοξείδωτο χάλυβα (π.χ. 2205, 2507)

Οι διπλές ανοξείδωτοι χάλυβες προσφέρουν μια ισορροπία μεταξύ αντοχής και αντοχής στη διάβρωση, καθιστώντας τους μια οικονομικά αποδοτική λύση σε περιβάλλοντα μέτριας υψηλής θερμοκρασίας που περιλαμβάνουν επιθετικά μέσα.Ο τύπος 2205 χρησιμοποιείται συνήθως σε θερμοκρασίες έως 300°CΣε θερμοκρασία 300°C, το 2205 διατηρεί αντοχή άντλησης άνω των 400 MPa, που είναι σχεδόν διπλάσια από εκείνη του 304 ανοξείδωτου χάλυβα.

Παρά τα πλεονεκτήματα αντοχής τους, οι διπλής χάλυβες είναι θερμικά λιγότερο σταθερές από τις αυστενίτες σε υψηλές θερμοκρασίες.η φερριτική φάση γίνεται επιρρεπής στην ανάπτυξη των σπόρων και στη μειωμένη αντοχή στην σύρσηΗ επιταχυνόμενη απώλεια της μηχανικής ακεραιότητας περιορίζει την καταλληλότητά τους για μακροχρόνια λειτουργία σε υψηλές θερμοκρασίες.

4Φλάνσες από χάλυβα χρωμίου-μολυβδανού (π.χ. 15CrMo, P91)

Τα χάλυβα κράματος Cr-Mo είναι ειδικά σχεδιασμένα για περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης, όπως σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και συστήματα λέβητων.Οι μηχανικές τους επιδόσεις σε τέτοιες συνθήκες υπερβαίνουν κατά πολύ εκείνες των χάλυβα άνθρακα και των τυποποιημένων ανοξείδωτων χάλυβα.

Ο χάλυβας 15CrMo, που περιέχει 1,5% χρωμίου και περίπου 0,5% μολυβδενίου, είναι κατάλληλος για θερμοκρασίες λειτουργίας έως 550 °C. Σε θερμοκρασία 500 °C διατηρεί ακόμη αντοχή άνω των 200 MPa.ένα υψηλής απόδοσης κράμα 9%Cr1MoΓια παράδειγμα, σε θερμοκρασία 600 °C επί 100.000 ώρες, η αντοχή στην έλξη του P91 παραμένει περίπου 100 MPa,σε σύγκριση με μόνο 40 MPa για το 15CrMo.

Τα υλικά αυτά συνδυάζουν αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες με καλή αντοχή στην οξείδωση, καθιστώντας τα κατάλληλα για απαιτητικές θερμικές και πιεστικές συνθήκες.

5Φλάνσες από κράμα νικελίου (π.χ. Inconel 625, Hastelloy C-276)

Τα κράματα με βάση το νικέλιο αντιπροσωπεύουν το υψηλότερο επίπεδο απόδοσης τόσο σε ακραίες θερμοκρασίες όσο και σε πολύ διαβρωτικά περιβάλλοντα.ενώ το Hastelloy C-276 παρέχει εξαιρετική αντοχή στην οξείδωση έως 1200°CΓια παράδειγμα, σε θερμοκρασία 800 °C, το Hastelloy C-276 έχει μια αντοχή στην έλξη περίπου πέντε φορές μεγαλύτερη από αυτή του ανοξείδωτου χάλυβα 316L.

Η εξαιρετική αντοχή τους στη διάβρωση οφείλεται στην υψηλή περιεκτικότητά τους σε νικέλιο (≥ 50%), χρώμιο (20% 30%) και μολυβδένιο (10% 16%).Ο συνδυασμός αυτός επιτρέπει την αντοχή σε ένα ευρύ φάσμα μηχανισμών υποβάθμισης, συμπεριλαμβανομένης της οξείδωσης, της διάσπασης λόγω διάταξης και της διασωματικής διάβρωσης, ακόμη και στα πιο επιθετικά χημικά περιβάλλοντα.όπου οι αεριοποιητές λειτουργούν στους 650 °C και περιέχουν H2S και CO2, μόνο τα κράματα με βάση το νικέλιο μπορούν να παρέχουν αξιόπιστες επιδόσεις για περισσότερο από 20 χρόνια ζωής.

Συμπεράσματα

Σε εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, η επιλογή υλικών για φλάντζες πρέπει να λαμβάνει υπόψη όχι μόνο τα κατώτατα όρια θερμοκρασίας, αλλά και τη μακροχρόνια μηχανική απόδοση και την αντοχή στη διάβρωση.

• Χάλυβα άνθρακαείναι οικονομικό, αλλά περιορίζεται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και μη διαβρωτικά περιβάλλοντα.

• Άλλοι χάλυβεςπροσφέρουν βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες, αλλά είναι ευαίσθητες στην ευαισθητοποίηση και την σύρση.

• Ατσάλι ατσάλινο διπλούπαρέχουν υψηλή αντοχή σε μέτρια θερμοκρασίες αλλά αποσυντίθενται γρήγορα σε υψηλές θερμοκρασίες.

• Χάλυβες από κράμα Cr-Moέχουν βελτιστοποιηθεί για υψηλής πίεσης, υψηλής θερμοκρασίας λειτουργία με ισχυρή αντοχή σε σύρση.

• Άλλα είδη από χάλυβανα προσφέρουν απαράμιλλη απόδοση σε ακραίες συνθήκες, αν και με σημαντικά υψηλότερο κόστος.

Η προσεκτική αξιολόγηση της θερμοκρασίας λειτουργίας, της πίεσης και της σύνθεσης του μέσου είναι απαραίτητη για την επιλογή του κατάλληλου υλικού φλάντζας για να εξασφαλιστεί η ασφάλεια, η αντοχή και η οικονομική απόδοση.