تفاوت عملکرد فلنج های ساخته شده از مواد مختلف در محیط های با دمای بالا

عملکرد مواد فلنج در شرایط دمای بالا به طور قابل توجهی بر اساس عوامل مانندحفظ قدرت، مقاومت در برابر اکسید، مقاومت در برابر خزیدن، ثبات حرارتیوسازگاری شیمیاییدر زیر یک ارزیابی دقیق بر اساس دسته بندی های مواد معمولی است.

1فلج های فولاد کربن (به عنوان مثال، Q235، 20# فولاد)

فولاد کربن به طور کلی برای کاربردهای دمای پایین و متوسط مناسب است. قدرت آن با افزایش دمای سریع کاهش می یابد. به عنوان مثال،مقاومت تولید 20# فولاد از حدود 245 MPa در دمای اتاق به حدود 180 MPa در 400 °C کاهش می یابد، که نشان دهنده از دست دادن بیش از 30٪ است. بالاتر از 450 ° C، این ماده به دلیل sferoidization pearlite، که در نهایت ممکن است منجر به شکست خزیدن شود، به طور فزاینده ای حساس به خشکی دانه می شود.

از نظر مقاومت در برابر اکسیداسیون، فولاد کربن عملکرد بدی دارد. اکسیداسیون در بالای ۳۰۰ درجه سانتیگراد با تشکیل یک مقیاس اکسید Fe3O4 شل شروع می شود. در ۵۰۰ درجه سانتیگراد،سرعت اکسیداسیون می تواند پنج برابر بیشتر از 300 درجه سانتیگراد باشد.اگر ترکیبات گوگرد یا بخار در محیط وجود داشته باشد، خوردگی اکسیداسیون بیشتر تشدید می شود و قابلیت اطمینان مواد را در چنین شرایطی محدود می کند.

2فلنج های استنتیک فولاد ضد زنگ (به عنوان مثال، 304، 316)

فولاد های ضد زنگ آستنیتیک به دلیل مقاومت اکسیداسیون و ثبات حرارتی بالاتری خود در محیط های خوردنی با دمای بالا به طور گسترده ای استفاده می شوند.نوع 304 می تواند در دما تا حدود 870°C استفاده شود، در حالی که 316L، که حاوی مولیبدن است، مقاومت خوبی (قوه تولید ≥ 120 MPa) را تا 650 °C حفظ می کند.محتوای بالای کروم آنها (18 ٪ 20٪) تشکیل یک لایه غیرفعال Cr2O3 متراکم را که اکسیداسیون را به طور قابل توجهی کند می کند ، امکان پذیر می کندبه عنوان مثال، در 800 °C، میزان اکسیداسیون 304/316 بیش از 90٪ کمتر از فولاد کربن است.

با این حال، فولاد های ضد زنگ آستنیتیک بدون محدودیت نیستند. قرار گرفتن در معرض مدت طولانی در محدوده دمای 450 ~ 850 ° C ممکن است منجر به حساسیت شود.که کربیدهای کروم در مرزهای دانه ها سقوط می کننداین مشکل را می توان با درمان های تثبیت کننده مانند استفاده از درجه های تیتانیوم تثبیت شده مانند فولاد ضد زنگ 321 کاهش داد.

نگرانی دیگر تغییر شکل کششی است. بالاتر از ۶۵۰ درجه سانتیگراد، سرعت کششی به طور قابل توجهی افزایش می یابد، که نیاز به کاهش استرس طراحی مجاز دارد. به عنوان مثال در ۷۰۰ درجه سانتیگراد،فشار مجاز 316L ممکن است فقط حدود 15 درصد از ارزش خود را در دمای محیط کاهش دهد.

3فلج های دوگانه فولاد ضد زنگ (به عنوان مثال 2205، 2507)

فولاد های ضد زنگ دو فلز تعادل بین قدرت و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهند و آنها را به یک راه حل مقرون به صرفه در محیط های با دمای متوسط بالا با استفاده از رسانه های تهاجمی تبدیل می کنند.نوع 2205 به طور معمول در دمای تا 300°C استفاده می شود، در حالی که 2507 می تواند تا 350 ° C استفاده شود. در 300 ° C، 2205 مقاومت کششی بیش از 400 MPa را حفظ می کند، که تقریبا دو برابر از فولاد ضد زنگ 304 است.

علیرغم مزایای قدرت خود، فولاد دوپلکس در درجه حرارت بالا نسبت به فولاد های آستنیتی کم ثبات ترمی هستند.فاز فریتک مستعد رشد دانه و مقاومت کم در خزیدن می شوداین از دست دادن سریع یکپارچگی مکانیکی مناسب بودن آنها را برای خدمات بلند مدت در دمای بالا محدود می کند.

4فلج های فولادی آلیاژ کرومیوم مولیبدن (به عنوان مثال، 15CrMo، P91)

فولاد های آلیاژ Cr-Mo به طور خاص برای محیط های با دمای بالا و فشار بالا مانند نیروگاه ها و سیستم های دیگ طراحی شده اند.عملکرد مکانیکی آنها در چنین شرایطی بسیار بیشتر از فولاد کربن و فولاد های ضد زنگ استاندارد است.

فولاد 15CrMo که حاوی 1 ٪ 1.5 کروم و حدود 0.5٪ مولیبدن است، برای دمای کار تا 550 ° C مناسب است. در 500 ° C هنوز هم مقاومت کششی بیش از 200 MPa را حفظ می کند.یک آلیاژ 9٪Cr1٪Mo با عملکرد بالا، قادر به کار طولانی مدت در زیر 650 درجه سانتیگراد با مقاومت بسیار عالی در برابر خزیدن است. به عنوان مثال، در 600 درجه سانتیگراد بیش از 100،000 ساعت، مقاومت خزیدن P91 در حدود 100 MPa باقی می ماند،در مقایسه با تنها 40 MPa برای 15CrMo.

این مواد با ترکیب مقاومت در دمای بالا و مقاومت خوب در برابر اکسیداسیون، آنها را برای شرایط گرمایی و فشار سخت مناسب می کند.

5فلنج های آلیاژ مبتنی بر نیکل (به عنوان مثال، اینکونل 625، هستلوئی C-276)

آلیاژ های مبتنی بر نیکل بالاترین سطح عملکرد را در هر دو درجه حرارت شدید و محیط های بسیار خوردنی نشان می دهند.در حالی که Hastelloy C-276 مقاومت اکسیداسیون فوق العاده ای را تا ۱۲۰۰ درجه سانتیگراد فراهم می کنداین آلیاژها همچنین مقاومت قابل توجهی در برابر خزیدن دارند. به عنوان مثال، در 800 ° C، Hastelloy C-276 دارای قدرت خزیدن تقریبا پنج برابر از فولاد ضد زنگ 316L است.

مقاومت خارق العاده آنها در برابر خوردگی ناشی از محتوای بالای نیکل (≥ 50٪) ، کروم (20 ٪ 30٪) و مولیبدن (10 ٪ 16٪) است.این ترکیب مقاومت را در برابر طیف گسترده ای از مکانیسم های تخریب امکان پذیر می کند، از جمله اکسیداسیون، ترک خوردگی تحت فشار و خوردگی بین دانه ها حتی در محیط های شیمیایی پرخاشگرانه.که گازسازها در ۶۵۰ درجه سانتیگراد کار می کنند و حاوی H2S و CO2 هستند.، تنها آلیاژ های نیکل می توانند عملکرد قابل اطمینان را برای بیش از 20 سال عمر ارائه دهند.

نتیجه گیری

در کاربردهای دمای بالا، انتخاب مواد برای فلنج ها باید نه تنها آستانه های دمایی بلکه عملکرد مکانیکی طولانی مدت و مقاومت در برابر خوردگی را نیز در نظر بگیرد.

• فولاد کربناقتصادی است اما محدود به دمای پایین تر و محیط های غیر خوردنی است.

• فولاد های آستنیتیمقاومت بهتر در برابر خوردگی در دمای بالا را ارائه می دهند اما به حساسیت و خزیدن حساس هستند.

• فولاد های ضد زنگ دوگانهدر دمای متوسط قدرت بالایی دارند اما در دمای بالا به سرعت تخریب می شوند.

• فولاد های آلیاژ Cr-Moبرای کار با فشار بالا و دمای بالا با مقاومت قوی در برابر خزیدن بهینه شده اند.

• آلیاژ های نیکلعملکرد بی نظیر را در شرایط شدید ارائه می دهند، هرچند با هزینه قابل توجهی بالاتر.

ارزیابی دقیق دمای کار، فشار و ترکیب محیط برای انتخاب مواد مناسب فلنج برای اطمینان از ایمنی، دوام و هزینه موثر ضروری است.