उच्च तापमान की स्थिति में फ्लैंज सामग्री का प्रदर्शन कई कारकों पर निर्भर करता है, जैसे शक्ति बनाए रखना, ऑक्सीकरण प्रतिरोध, क्रीप प्रतिरोध, तापीय स्थिरता, और रासायनिक संगतता प्रक्रिया माध्यम के साथ। नीचे विशिष्ट सामग्री श्रेणियों के आधार पर एक विस्तृत मूल्यांकन दिया गया है।
कार्बन स्टील आमतौर पर कम से मध्यम तापमान वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। उच्च तापमान के साथ इसकी शक्ति तेजी से घटती है। उदाहरण के लिए, 20# स्टील की उपज शक्ति कमरे के तापमान पर लगभग 245 MPa से घटकर 400°C पर लगभग 180 MPa हो जाती है, जो 30% से अधिक का नुकसान दर्शाता है। 450°C से ऊपर, सामग्री पर्लाइट स्फेरोइडाइजेशन के कारण अनाज के मोटा होने के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः क्रीप विफलता हो सकती है।
ऑक्सीकरण प्रतिरोध के संदर्भ में, कार्बन स्टील खराब प्रदर्शन करता है। 300°C से ऊपर ऑक्सीकरण शुरू हो जाता है, जिसमें एक ढीला Fe₃O₄ ऑक्साइड स्केल बनता है। 500°C पर, ऑक्सीकरण दर 300°C की तुलना में पांच गुना अधिक हो सकती है। यदि वातावरण में सल्फर यौगिक या भाप मौजूद हैं, तो ऑक्सीकरण संक्षारण और भी बढ़ जाता है, जिससे ऐसी स्थितियों में सामग्री की विश्वसनीयता सीमित हो जाती है।
ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील का उपयोग उच्च तापमान, संक्षारक वातावरण में व्यापक रूप से किया जाता है, क्योंकि इसमें बेहतर ऑक्सीकरण प्रतिरोध और तापीय स्थिरता होती है। टाइप 304 का उपयोग लगभग 870°C तक के तापमान पर किया जा सकता है, जबकि 316L, जिसमें मोलिब्डेनम होता है, 650°C तक अच्छी शक्ति (उपज शक्ति ≥120 MPa) बनाए रखता है। उनकी उच्च क्रोमियम सामग्री (18–20%) एक घने Cr₂O₃ निष्क्रिय परत के निर्माण को सक्षम करती है जो ऑक्सीकरण को काफी धीमा कर देती है। उदाहरण के लिए, 800°C पर, 304/316 की ऑक्सीकरण दर कार्बन स्टील की तुलना में 90% से अधिक कम है।
हालांकि, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की भी सीमाएँ हैं। 450–850°C के तापमान रेंज में लंबे समय तक संपर्क से संवेदीकरण हो सकता है, जहां अनाज की सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड जमा हो जाते हैं, जिससे अंतर-दानेदार संक्षारण होता है। इस समस्या को स्थिरीकरण उपचारों द्वारा कम किया जा सकता है, जैसे कि टाइटेनियम-स्थिर ग्रेड जैसे 321 स्टेनलेस स्टील का उपयोग करना।
एक अन्य चिंता क्रीप विरूपण है। 650°C से ऊपर, क्रीप दर काफी बढ़ जाती है, जिससे अनुमेय डिजाइन तनाव में कमी की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 700°C पर, 316L का अनुमेय तनाव परिवेश के तापमान पर इसके मूल्य का केवल लगभग 15% तक गिर सकता है।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील ताकत और संक्षारण प्रतिरोध के बीच संतुलन प्रदान करते हैं, जो उन्हें आक्रामक माध्यमों से जुड़े मध्यम उच्च तापमान वाले वातावरण में एक लागत प्रभावी समाधान बनाता है। टाइप 2205 का उपयोग आमतौर पर 300°C तक के तापमान पर किया जाता है, जबकि 2507 का उपयोग 350°C तक किया जा सकता है। 300°C पर, 2205 उपज शक्ति 400 MPa से अधिक बनाए रखता है, जो 304 स्टेनलेस स्टील की तुलना में लगभग दोगुना है।
अपनी ताकत के फायदों के बावजूद, डुप्लेक्स स्टील उच्च तापमान पर ऑस्टेनिटिक ग्रेड की तुलना में तापीय रूप से कम स्थिर होते हैं। 350°C से ऊपर, फेरिटिक चरण अनाज के विकास और कम क्रीप प्रतिरोध के प्रति प्रवण हो जाता है। यांत्रिक अखंडता का यह त्वरित नुकसान लंबी अवधि की उच्च तापमान सेवा के लिए उनकी उपयुक्तता को सीमित करता है।
Cr-Mo मिश्र धातु स्टील्स को विशेष रूप से उच्च तापमान, उच्च दबाव वाले वातावरण जैसे बिजली संयंत्रों और बॉयलर सिस्टम के लिए इंजीनियर किया गया है। ऐसी स्थितियों में उनका यांत्रिक प्रदर्शन कार्बन स्टील्स और मानक स्टेनलेस स्टील्स से कहीं अधिक है।
15CrMo स्टील, जिसमें 1–1.5% क्रोमियम और लगभग 0.5% मोलिब्डेनम होता है, 550°C तक के सेवा तापमान के लिए उपयुक्त है। 500°C पर, यह अभी भी 200 MPa से ऊपर उपज शक्ति बनाए रखता है। P91 स्टील, एक उच्च-प्रदर्शन 9%Cr–1%Mo मिश्र धातु, उत्कृष्ट क्रीप प्रतिरोध के साथ 650°C से नीचे लंबे समय तक संचालन करने में सक्षम है। उदाहरण के लिए, 600°C पर 100,000 घंटे से अधिक समय तक, P91 की क्रीप शक्ति लगभग 100 MPa बनी रहती है, जबकि 15CrMo के लिए यह केवल 40 MPa है।
ये सामग्रियां उच्च तापमान शक्ति को अच्छे ऑक्सीकरण प्रतिरोध के साथ जोड़ती हैं, जो उन्हें मांग वाले तापीय और दबाव की स्थिति के लिए उपयुक्त बनाती हैं।
निकल-आधारित मिश्र धातुएं अत्यधिक तापमान और अत्यधिक संक्षारक वातावरण दोनों में उच्चतम स्तर का प्रदर्शन दर्शाती हैं। इनकोनेल 625 1093°C पर भी 100 MPa से ऊपर तन्य शक्ति बनाए रखता है, जबकि हैस्टेलॉय C-276 1200°C तक उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदान करता है। ये मिश्र धातुएं उत्कृष्ट क्रीप प्रतिरोध भी प्रदान करती हैं। उदाहरण के लिए, 800°C पर, हैस्टेलॉय C-276 में 316L स्टेनलेस स्टील की क्रीप शक्ति लगभग पांच गुना होती है।
उनका असाधारण संक्षारण प्रतिरोध निकल (≥50%), क्रोमियम (20–30%), और मोलिब्डेनम (10–16%) की उच्च सामग्री से उत्पन्न होता है। यह संयोजन ऑक्सीकरण, तनाव संक्षारण क्रैकिंग, और अंतर-दानेदार संक्षारण सहित व्यापक श्रेणी के गिरावट तंत्रों के प्रतिरोध को सक्षम करता है—यहां तक कि सबसे आक्रामक रासायनिक वातावरण में भी। कोयला रासायनिक अनुप्रयोगों में, उदाहरण के लिए, जहां गैसीफायर 650°C पर संचालित होते हैं और उनमें H₂S और CO₂ होते हैं, केवल निकल-आधारित मिश्र धातुएं 20 वर्षों से अधिक के सेवा जीवन के लिए विश्वसनीय प्रदर्शन प्रदान कर सकती हैं।
उच्च तापमान अनुप्रयोगों में, फ्लैंज के लिए सामग्री चयन को न केवल तापमान सीमा पर विचार करना चाहिए, बल्कि दीर्घकालिक यांत्रिक प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध पर भी विचार करना चाहिए।
कार्बन स्टील किफायती है लेकिन कम तापमान और गैर-संक्षारक वातावरण तक सीमित है।
ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील बेहतर उच्च तापमान संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करते हैं लेकिन संवेदीकरण और क्रीप के प्रति संवेदनशील होते हैं।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील मध्यम तापमान पर उच्च शक्ति प्रदान करते हैं लेकिन उच्च तापमान पर तेजी से खराब हो जाते हैं।
Cr-Mo मिश्र धातु स्टील्स मजबूत क्रीप प्रतिरोध के साथ उच्च दबाव, उच्च तापमान सेवा के लिए अनुकूलित हैं।
निकल-आधारित मिश्र धातुएं चरम स्थितियों में बेजोड़ प्रदर्शन प्रदान करती हैं, हालांकि काफी अधिक लागत पर।
सुरक्षा, स्थायित्व और लागत-प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त फ्लैंज सामग्री का चयन करने के लिए ऑपरेटिंग तापमान, दबाव और माध्यम संरचना का सावधानीपूर्वक मूल्यांकन आवश्यक है।
उच्च तापमान की स्थिति में फ्लैंज सामग्री का प्रदर्शन कई कारकों पर निर्भर करता है, जैसे शक्ति बनाए रखना, ऑक्सीकरण प्रतिरोध, क्रीप प्रतिरोध, तापीय स्थिरता, और रासायनिक संगतता प्रक्रिया माध्यम के साथ। नीचे विशिष्ट सामग्री श्रेणियों के आधार पर एक विस्तृत मूल्यांकन दिया गया है।
कार्बन स्टील आमतौर पर कम से मध्यम तापमान वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। उच्च तापमान के साथ इसकी शक्ति तेजी से घटती है। उदाहरण के लिए, 20# स्टील की उपज शक्ति कमरे के तापमान पर लगभग 245 MPa से घटकर 400°C पर लगभग 180 MPa हो जाती है, जो 30% से अधिक का नुकसान दर्शाता है। 450°C से ऊपर, सामग्री पर्लाइट स्फेरोइडाइजेशन के कारण अनाज के मोटा होने के प्रति अधिक संवेदनशील हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः क्रीप विफलता हो सकती है।
ऑक्सीकरण प्रतिरोध के संदर्भ में, कार्बन स्टील खराब प्रदर्शन करता है। 300°C से ऊपर ऑक्सीकरण शुरू हो जाता है, जिसमें एक ढीला Fe₃O₄ ऑक्साइड स्केल बनता है। 500°C पर, ऑक्सीकरण दर 300°C की तुलना में पांच गुना अधिक हो सकती है। यदि वातावरण में सल्फर यौगिक या भाप मौजूद हैं, तो ऑक्सीकरण संक्षारण और भी बढ़ जाता है, जिससे ऐसी स्थितियों में सामग्री की विश्वसनीयता सीमित हो जाती है।
ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील का उपयोग उच्च तापमान, संक्षारक वातावरण में व्यापक रूप से किया जाता है, क्योंकि इसमें बेहतर ऑक्सीकरण प्रतिरोध और तापीय स्थिरता होती है। टाइप 304 का उपयोग लगभग 870°C तक के तापमान पर किया जा सकता है, जबकि 316L, जिसमें मोलिब्डेनम होता है, 650°C तक अच्छी शक्ति (उपज शक्ति ≥120 MPa) बनाए रखता है। उनकी उच्च क्रोमियम सामग्री (18–20%) एक घने Cr₂O₃ निष्क्रिय परत के निर्माण को सक्षम करती है जो ऑक्सीकरण को काफी धीमा कर देती है। उदाहरण के लिए, 800°C पर, 304/316 की ऑक्सीकरण दर कार्बन स्टील की तुलना में 90% से अधिक कम है।
हालांकि, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की भी सीमाएँ हैं। 450–850°C के तापमान रेंज में लंबे समय तक संपर्क से संवेदीकरण हो सकता है, जहां अनाज की सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड जमा हो जाते हैं, जिससे अंतर-दानेदार संक्षारण होता है। इस समस्या को स्थिरीकरण उपचारों द्वारा कम किया जा सकता है, जैसे कि टाइटेनियम-स्थिर ग्रेड जैसे 321 स्टेनलेस स्टील का उपयोग करना।
एक अन्य चिंता क्रीप विरूपण है। 650°C से ऊपर, क्रीप दर काफी बढ़ जाती है, जिससे अनुमेय डिजाइन तनाव में कमी की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 700°C पर, 316L का अनुमेय तनाव परिवेश के तापमान पर इसके मूल्य का केवल लगभग 15% तक गिर सकता है।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील ताकत और संक्षारण प्रतिरोध के बीच संतुलन प्रदान करते हैं, जो उन्हें आक्रामक माध्यमों से जुड़े मध्यम उच्च तापमान वाले वातावरण में एक लागत प्रभावी समाधान बनाता है। टाइप 2205 का उपयोग आमतौर पर 300°C तक के तापमान पर किया जाता है, जबकि 2507 का उपयोग 350°C तक किया जा सकता है। 300°C पर, 2205 उपज शक्ति 400 MPa से अधिक बनाए रखता है, जो 304 स्टेनलेस स्टील की तुलना में लगभग दोगुना है।
अपनी ताकत के फायदों के बावजूद, डुप्लेक्स स्टील उच्च तापमान पर ऑस्टेनिटिक ग्रेड की तुलना में तापीय रूप से कम स्थिर होते हैं। 350°C से ऊपर, फेरिटिक चरण अनाज के विकास और कम क्रीप प्रतिरोध के प्रति प्रवण हो जाता है। यांत्रिक अखंडता का यह त्वरित नुकसान लंबी अवधि की उच्च तापमान सेवा के लिए उनकी उपयुक्तता को सीमित करता है।
Cr-Mo मिश्र धातु स्टील्स को विशेष रूप से उच्च तापमान, उच्च दबाव वाले वातावरण जैसे बिजली संयंत्रों और बॉयलर सिस्टम के लिए इंजीनियर किया गया है। ऐसी स्थितियों में उनका यांत्रिक प्रदर्शन कार्बन स्टील्स और मानक स्टेनलेस स्टील्स से कहीं अधिक है।
15CrMo स्टील, जिसमें 1–1.5% क्रोमियम और लगभग 0.5% मोलिब्डेनम होता है, 550°C तक के सेवा तापमान के लिए उपयुक्त है। 500°C पर, यह अभी भी 200 MPa से ऊपर उपज शक्ति बनाए रखता है। P91 स्टील, एक उच्च-प्रदर्शन 9%Cr–1%Mo मिश्र धातु, उत्कृष्ट क्रीप प्रतिरोध के साथ 650°C से नीचे लंबे समय तक संचालन करने में सक्षम है। उदाहरण के लिए, 600°C पर 100,000 घंटे से अधिक समय तक, P91 की क्रीप शक्ति लगभग 100 MPa बनी रहती है, जबकि 15CrMo के लिए यह केवल 40 MPa है।
ये सामग्रियां उच्च तापमान शक्ति को अच्छे ऑक्सीकरण प्रतिरोध के साथ जोड़ती हैं, जो उन्हें मांग वाले तापीय और दबाव की स्थिति के लिए उपयुक्त बनाती हैं।
निकल-आधारित मिश्र धातुएं अत्यधिक तापमान और अत्यधिक संक्षारक वातावरण दोनों में उच्चतम स्तर का प्रदर्शन दर्शाती हैं। इनकोनेल 625 1093°C पर भी 100 MPa से ऊपर तन्य शक्ति बनाए रखता है, जबकि हैस्टेलॉय C-276 1200°C तक उत्कृष्ट ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदान करता है। ये मिश्र धातुएं उत्कृष्ट क्रीप प्रतिरोध भी प्रदान करती हैं। उदाहरण के लिए, 800°C पर, हैस्टेलॉय C-276 में 316L स्टेनलेस स्टील की क्रीप शक्ति लगभग पांच गुना होती है।
उनका असाधारण संक्षारण प्रतिरोध निकल (≥50%), क्रोमियम (20–30%), और मोलिब्डेनम (10–16%) की उच्च सामग्री से उत्पन्न होता है। यह संयोजन ऑक्सीकरण, तनाव संक्षारण क्रैकिंग, और अंतर-दानेदार संक्षारण सहित व्यापक श्रेणी के गिरावट तंत्रों के प्रतिरोध को सक्षम करता है—यहां तक कि सबसे आक्रामक रासायनिक वातावरण में भी। कोयला रासायनिक अनुप्रयोगों में, उदाहरण के लिए, जहां गैसीफायर 650°C पर संचालित होते हैं और उनमें H₂S और CO₂ होते हैं, केवल निकल-आधारित मिश्र धातुएं 20 वर्षों से अधिक के सेवा जीवन के लिए विश्वसनीय प्रदर्शन प्रदान कर सकती हैं।
उच्च तापमान अनुप्रयोगों में, फ्लैंज के लिए सामग्री चयन को न केवल तापमान सीमा पर विचार करना चाहिए, बल्कि दीर्घकालिक यांत्रिक प्रदर्शन और संक्षारण प्रतिरोध पर भी विचार करना चाहिए।
कार्बन स्टील किफायती है लेकिन कम तापमान और गैर-संक्षारक वातावरण तक सीमित है।
ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील बेहतर उच्च तापमान संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करते हैं लेकिन संवेदीकरण और क्रीप के प्रति संवेदनशील होते हैं।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील मध्यम तापमान पर उच्च शक्ति प्रदान करते हैं लेकिन उच्च तापमान पर तेजी से खराब हो जाते हैं।
Cr-Mo मिश्र धातु स्टील्स मजबूत क्रीप प्रतिरोध के साथ उच्च दबाव, उच्च तापमान सेवा के लिए अनुकूलित हैं।
निकल-आधारित मिश्र धातुएं चरम स्थितियों में बेजोड़ प्रदर्शन प्रदान करती हैं, हालांकि काफी अधिक लागत पर।
सुरक्षा, स्थायित्व और लागत-प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए उपयुक्त फ्लैंज सामग्री का चयन करने के लिए ऑपरेटिंग तापमान, दबाव और माध्यम संरचना का सावधानीपूर्वक मूल्यांकन आवश्यक है।
