Rešitev za žarjenje cevi iz nerjavečega jekla: temperatura in hlajenje

Kakšne spremembe v kovini spremeni žarjenje v raztopini

Raztopinsko žarjenje je končna toplotna obdelava avstenitnih in dupleksnih cevi iz nerjavečega jekla po vročem valjanju, hladnem vlečenju, upogibanju ali varjenju. Njegov namen je bolj metalurški kot kozmetični: vrne jeklo v enofazno stanje, v katerem so legirni elementi v trdni raztopini. Vroča obdelava in varjenje pustita material v metastabilnem stanju. Kromovi karbidi se izločajo na mejah zrn v območju od približno 425 stopinj C do 815 stopinj C, intermetalne faze, kot sta sigma in chi, pa nastanejo v dupleksnih razredih, ko se jeklo zadržuje nad približno 600 stopinj C. V obeh primerih se pasivni film kromovega oksida ne more več zaceliti na osiromašenih območjih in korozija se začne natanko tam, kjer je struktura. nosi največji stres.

Med žarjenjem v raztopini se cev segreje nad temperaturo raztapljanja karbida, namaka dovolj dolgo, da se reakcija zaključi skozi celotno debelino stene, nato pa se dovolj hitro ohladi, da se padavine ne morejo znova začeti na poti navzdol. Pravilno obdelana cev ima ogljik, ki ostane v raztopini, vsebnost kroma na zrnatih mejah, ki je enaka skupni analizi, in v dupleksu 2205 približno uravnoteženo razmerje ferit-avstenit blizu 50/50 namesto neuravnotežene strukture, ki jo pusti počasno ohlajanje.

Za kupca je praktična posledica ta, da je žarjenje v raztopini postavka v specifikaciji nakupa in mora biti dokazano na certifikatu mlina s temperaturo peči, časom zadrževanja in metodo hlajenja. Cev, dobavljena v vroče valjanem, varjenem ali hladno vlečenem stanju, tudi če je kemija pravilna, ne bo opravila intergranularnih ali luknjičastih preskusov, ki jih prestane pravilno žarjena cev.

Temperature žarjenja raztopine po stopnjah

Temperatura žarjenja je odvisna od kakovosti in je določena z ravnotežjem med raztapljanjem karbida, rastjo zrn in faznim nadzorom. Nezadostno žarjenje pušča karbide in ostanke hladnega dela v strukturi; prekomerno žarjenje grobi zrnatost, zniža žilavost in pri dupleksnih kvalitetah povzroči feritno ali sigma neravnovesje. Spodnji razponi odražajo standardno prakso mlinarjev za običajne razrede cevi in ​​so skladni z navedenimi specifikacijami izdelka.

Vrednosti natezne trdnosti in tečenja so najmanjše, vzete iz specifikacij za cevne izdelke, ASTM A312/A312M za avstenitno varjene in brezšivne cevi, ASTM A789/A790 za dupleks in ASTM A213/A213M za cev toplotnega izmenjevalnika. Stopnji 321 in 347 sta stabilizirani s titanom oziroma niobijem, tako da dopuščata nekoliko širše okno, vendar še vedno zahtevata popolno raztapljanje titanovih ali niobijevih karbidov, ki bi sicer zapustili s kromom bogata matrična območja. Stopnja 321 ima tudi ločeno stabilizacijsko žarjenje pri približno 870 do 900 stopinjah C, ki se uporablja v nekaterih specifikacijah pred končnim žarjenjem.

Stopnja segrevanja, čas namakanja in atmosfera v peči

Stopnja segrevanja je najpomembnejša za hladno vlečene cevi, kjer lahko preostala vlečna napetost in hitra toplotna rampa popačijo tanke stene. Praktično pravilo v trgovini je, da se cev napolni v peč že pri temperaturi za avstenitne stopnje, saj ni fazne transformacije, ki bi jo bilo treba nadzorovati, medtem ko so dupleksni in debelostenski odseki nagnjeni, da se izognemo toplotnim gradientom, ki neuravnotežijo razmerje ferit-avstenit po steni.

Čas namakanja je nastavljen glede na debelino in ne glede na dolžino. Običajno uporabljena osnova je 1,2 do 2,5 minute na milimeter debeline stene, ko celoten odsek doseže temperaturo, pri čemer se težje stene držijo bližje zgornjemu koncu. Namakanje ni nadomestilo za temperaturo: podaljšanje zadrževanja na spodnjem koncu razpona ne bo raztopilo karbidov, ki zahtevajo polno temperaturo, predolgo zadrževanje na vrhu razpona pa poveča zrnatost in zmanjša žilavost brez izboljšanja odpornosti proti koroziji.

Atmosfera v peči nadzira kakovost površine in posredno korozijsko učinkovitost. Kontinuirane peči z valjčnim ognjiščem z nadzorovano oksidacijsko atmosfero so običajne za žarjene cevi, ker se lahek, enoten oksidni kamen odstrani v naslednjem koraku luženja. Ogljikove ali redukcijske atmosfere lahko naogljičijo površino 304L in 316L, s čimer se dvigne lokalni ogljik in ustvari občutljiva koža, ki ima luknjice, čeprav je analiza jedra pravilna. Gorivo, ki vsebuje žveplo, brez ustreznega nadzora zgorevanja lahko prav tako poveča nabiranje žvepla na površini tipov, ki vsebujejo nikelj.

Zakaj hitrost hlajenja odloča o rezultatu

Pri hlajenju pride do največ napak pri žarjenju. Po raztapljanju mora jeklo dovolj hitro preiti območje izločanja karbida, da se krom in ogljik nimata časa združiti na mejah zrn. Za avstenitne cevi do približno 6 mm stene se to doseže s kaljenjem v vodi ali prisilnim zrakom z visoko hitrostjo. Pri težjih stenah je zanesljiv način gašenja s polno vodo ali obročem za pršenje vode, ki mu sledi potopitev; počasno ohlajanje v mirnem zraku ali zlaganje vroče cevi pod izolacijo ni.

Duplex cev je še manj prizanesljiva. Ohlajanje s 1020 na 1100 stopinj C mora biti dovolj hitro, da prepreči nastanek sigme in sekundarnega avstenita, zato je super duplex 2507 pri debelini stene nad približno 20 mm običajno določen z obveznim kaljenjem vode celotnega odseka. Dvostranska cev, ki se počasi ohlaja, kaže vsebnost ferita zunaj 35 do 65 odstotkov z metalografskim štetjem, njena udarna žilavost pri minus 46 stopinjah C pa se lahko zruši, tudi če so natezni preskusi še opravljeni.

Ker hlajenje ni vidno na certifikatu, razen če je tam zapisano, mora naročilnica navajati metodo hlajenja, inšpekcija pa mora zahtevati zapis o kaljenju ali, za kritične storitve, prečni metalografski rez, ki prikazuje stanje meje zrn in fazno ravnovesje.

Preobčutljivost in stabilizirane stopnje

Senzibilizacija je tvorba mrež kromovega karbida na mejah zrn z območjem, osiromašenim s kromom ob njih, običajno pod 12 odstotki kroma, ki ni več pasivno. Klasičen vzrok je varjenje: toplotno prizadeto območje gre skozi 425 do 815 stopinj C in tam ostane dovolj dolgo, da nastane karbid. Metalurški odgovori so trije. Znižajte ogljik na največ 0,030 odstotka v 304L in 316L, tako da ni dovolj ogljika za tvorbo neprekinjenega karbida. Stabilizirajte kakovost s titanom v 321 ali niobijem v 347, tako da se element, ki tvori karbid, poveže z ogljikom pred kromom. Ali pa žarjenje po varjenju, kar je redko praktično za izdelavo na mestu in zato obstajajo nizkoogljične in stabilizirane stopnje.

V praksi sta 304L in 316L določena za varjene cevi in ​​izdelane tuljave, 321 in 347 za uporabo nad približno 500 stopinjami C, kjer nizkoogljični razredi izgubijo trdnost pri lezenju, standard 304 ali 316 pa samo za brezšivno, nevarjeno, brez termičnih ciklov. Specifikacije pri nakupu, ki zahtevajo cev 304 z varjeno konstrukcijo in brez žarjenja po varjenju, so pogosta in draga napaka.

Dupleks in super dupleks: fazno ravnovesje in sigma

Dupleksni razredi se ne žarijo za mehčanje, temveč za popravljanje faznega razmerja. Cilj je vsebnost ferita od približno 35 do 65 volumskih odstotkov v 2205 in finejše, tesnejše okno v 2507. Pod spodnjo mejo razred izgubi odpornost proti kloridni napetostni koroziji; nad zgornjo mejo izgubi žilavost in duktilnost. Temperatura žarjenja v raztopini je zato izbrana tako, da spremeni ravnovesje: višja temperatura daje prednost feritu, nižja temperatura daje prednost avstenitu in majhne spremembe za 20 stopinj C lahko premaknejo število za več odstotkov.

Sigma faza najhitreje nastane v območju od 700 do 955 stopinj C za 2205 in se močno pospeši s počasnim ohlajanjem skozi to območje. Sigma je trda, krhka in bogata s kromom in molibdenom, zato njena prisotnost hkrati krhki cev in odstrani legirne elemente, ki zagotavljajo odpornost proti koroziji. Cev z 2 do 3 odstotki sigme lahko izgubi več kot polovico svoje udarne energije in pokaže opazen padec odpornosti proti luknjicam, čeprav natezna trdnost ostaja v specifikaciji. Hladno preoblikovanje po žarjenju uvaja martenzit, ki ga povzroči deformacija, v dupleksu in zahteva nadaljnje žarjenje; oblikovanega upogiba brez žarjenja po upogibu ne bi smeli sprejeti za uporabo z mokrim kloridom.

Preverjanje: testiranje trdote, korozije in dokumentacija

Kakovost žarjenja se preveri s kombinacijo mehanskih, metalografskih in korozijskih testov in ne s katero koli posamezno številko. Trdota je najcenejši zaslon. Avstenitna cev po ASTM A312/A312M je običajno omejena na 90 HRB za razrede 304L/316L, visok odčitek na domnevno žarjeni cevi pa je zanesljiv pokazatelj nezadostnega hlajenja ali nepopolnega raztapljanja. Dvostranska cev se preveri glede števila feritov z metalografijo, preskus udarca pri nizki temperaturi pa je potreben za številne kisle in nizkotemperaturne naloge.

Testiranje korozije določi servis. Za avstenitne stopnje ASTM A262 zajema več praks, vključno s presejalnim testom jedkanja z oksalno kislino in prakso 65-odstotne dušikove kisline za intergranularni napad. Za dupleks in super dupleks ASTM A923 zagotavlja razvrstitev intermetalne faze in preskus udarca, medtem ko ASTM G48 Practice A meri odpornost proti luknjičastemu železovemu kloridu, pri čemer so merila sprejemljivosti določena glede na kakovost in temperaturo. Za varjene cevi je treba preskusni kupon vzeti čez zvar in območje toplotnega vpliva, ker sam rezultat navadne kovine ne pove ničesar o spoju.

Dokumentacija mora vključevati certifikat mlina s toplotnim številom in kemijsko analizo, stanje toplotne obdelave, rezultate nateznosti in trdote, poročilo o preskusu korozije, če je določeno, in zapis pozitivne identifikacije materiala za dobavljene kose. Certifikat, ki navaja le kemijo in splošno izjavo o stanju, ne dokazuje, da je žarjenje raztopine potekalo pri navedeni temperaturi.

Po žarjenju: odstranjevanje vodnega kamna, dekapiranje in pasiviranje

Pri žarjenju nastane oksidni kamen, ki ga je treba v celoti odstraniti, preden cev sprejmemo. Mehansko odstranjevanje vodnega kamna s peskanjem je običajen prvi korak, ki mu sledi dekapiranje v mešani kislini, da se raztopi plast, ki je osiromašena s kromom pod vodnim kamnom, in nato pasivacija, da se ponovno vzpostavi enakomeren film kromovega oksida. Samo fizični vidiki in vidiki skladnosti sodijo v specifikacijo nakupa: površina ne sme vsebovati vdelanega vodnega kamna, toplotnega odtenka in prostega železa, pasivna obdelava pa mora slediti priznani praksi, kot sta ASTM A380 za čiščenje in ASTM A967 za kemično pasivacijo, s preskusom prostega železa z metodo feroksila ali bakrovega sulfata ali preskusom vlaženja z vodo na končni površini.

Dekapirane in pasivirane cevi je treba med skladiščenjem ravnati s čistimi rokavicami in jih ločiti od ogljikovega jekla, ker je kontaminacija z železom, pobrana z dvižnega orodja ali umazanega stojala, klasičen vir madežev rje, ki se nato napačno pripišejo navadni kovini. Končni pokrovi in ​​prepletena embalaža ščitijo izvrtino med prevozom.

Pogoste napake pri nakupu

Najpogostejša napaka je navedba kakovosti brez navedbe pogojev toplotne obdelave, zaradi česar obrat lahko dobavi varjene ali zgolj razbremenjene cevi. Drugi je sprejeti certifikat, ki navaja standard, kot je ASTM A312, ne da bi navedel dejansko temperaturo žarjenja in metodo hlajenja. Tretji je naročiti 304 ali 316 za varjeno konstrukcijo, kjer je 304L ali 316L potreben za preživetje termičnega cikla zvara. Četrti je domneva, da je dupleksna cev, ki prestane natezne preskuse, pravilno žarjena, ko sta sigma in fazno neravnovesje vidna le pri metalografiji in udarnem testiranju. Peti je omogočiti ponovno uporabo materiala, ki je bil dvakrat žarjen brez zapisa, saj ponavljajoča se odstopanja blizu vrha razpona zgrobijo zrnatost in zmanjšajo žilavost pri nizkih temperaturah.

Kontrolni seznam za nakup, ki zapolni te vrzeli, je kratek: razred in številka UNS, specifikacija in izdaja izdelka, izrecno navedeni pogoji toplotne obdelave s temperaturnim območjem žarjenja in metodo hlajenja, zahteve za preskus trdote in korozije, lokacija preskusa zvara in nabor dokumentacije, zahtevan ob dobavi.

pogosta vprašanja

V: Kakšna je razlika med žarjenjem v raztopini in razbremenitvijo napetosti za nerjavne cevi?
Žarjenje v raztopini segreje cev v območju od 1040 do 1150 stopinj C, da raztopi karbide in obnovi pasivni film, nato pa se hitro ohladi. Lajšanje napetosti ostane pod območjem izločanja karbida, običajno okoli 400 do 600 stopinj C, in le sprosti preostalo napetost brez spreminjanja mikrostrukture.

V: Ali je mogoče cev 304L uporabiti brez žarjenja po varjenju?
Za številne blage naloge, da, ker nizka vsebnost ogljika največ 0,030 odstotka omejuje tvorbo karbida v območju, ki ga prizadene toplota. Za storitve z mokrim kloridom, kemične linije visoke čistosti ali sanitarne namene je še vedno potrebno čiščenje po varjenju z dekapiranjem in pasiviranjem, da se odstrani toplotni odtenek in obnovi površinski film.

V: Zakaj se na nerjavni cevi po žarjenju odčita visoka trdota?
Običajni vzroki so nezadostna hitrost ohlajanja v območju od 425 do 815 stopinj C, temperatura namakanja pod območjem raztapljanja ali zadržano hladno delo zaradi vlečenja, ko je bilo žarjenje nepopolno. Trdota nad mejo specifikacije izdelka je razlog za zavrnitev ali ponovno žarjenje.

V: Kakšna temperatura žarjenja se uporablja za cevi duplex 2205?
Običajno območje je od 1020 do 1100 stopinj C s kaljenjem z vodo ali zrakom z visoko hitrostjo za tanke stene. Temperatura je nastavljena tako, da doseže vsebnost ferita od približno 35 do 65 volumskih odstotkov, zato se je treba izogibati počasnemu ohlajanju na 700 do 955 stopinj C, da preprečimo sigma fazo.

V: Kako dolgo je treba cev držati pri temperaturi žarjenja?
Praktična osnova je 1,2 do 2,5 minute na milimeter debeline stene po tem, ko je rez dosegel temperaturo. Natančna številka je odvisna od vrste peči in teže polnjenja, čas zadrževanja pa je treba zabeležiti v zapisnik o toplotni obdelavi in ​​ne domnevati.

V: Kateri testi dokazujejo, da je bilo žarjenje v raztopini pravilno izvedeno?
Zasloni za preskušanje trdote za neustrezno hlajenje, postopki ASTM A262 za avstenitne razrede zaznajo preobčutljivost, ASTM A923 za dupleks zazna intermetalno fazo in izgubo žilavosti, testiranje železovega klorida ASTM G48 pa meri odpornost proti luknjicam. Metalografska preiskava mejnega stanja zrn in števila feritov dopolnjuje sliko.