Faktörler sınırlı çalışma sıcaklıkları
Dubleks malzemelerin yüksek sıcaklık koşullarına maruz kalmasını gerektiren tipik uygulamalar, basınçlı kaplar, fan kanatları/pervaneleri veya egzoz gazı temizleyicileridir.Malzeme özelliklerine ilişkin gereksinimler, yüksek mekanik dayanımdan korozyon direncine kadar değişebilir. Bu makalede tartışılan kalitelerin kimyasal bileşimi Tablo 1'de listelenmiştir.
Spinodal ayrışma
Spinodal ayrışma (karışım giderme veya tarihsel olarak 475 °C-kırılganlaşma olarak da adlandırılır), yaklaşık 475 °C sıcaklıklarda meydana gelen ferritik fazda bir tür faz ayrılmasıdır.En belirgin etki, malzemenin kırılganlaşmasıyla sonuçlanan α' fazının oluşmasına neden olan mikro yapıdaki değişikliktir.Bu da nihai ürünün performansını sınırlandırır.
Şekil 1, 475 °C bölgesinde temsil edilen spinodal ayrışma ile incelenen dubleks malzemeler için sıcaklık zaman geçişi (TTT) diyagramını göstermektedir.Bu TTT diyagramının, Charpy-V numuneleri üzerinde darbe tokluğu testiyle ölçülen toklukta %50'lik bir azalmayı temsil ettiğine dikkat edilmelidir; bu genellikle gevrekleşmenin göstergesi olarak kabul edilir.Bazı uygulamalarda, TTT diyagramının şeklini değiştiren toklukta daha büyük bir azalma kabul edilebilir.Bu nedenle, belirli bir maksimum OT belirleme kararı, kabul edilebilir gevrekleşme seviyesinin yani nihai ürün için tokluğun azaltılması olarak kabul edilen seviyeye bağlıdır.Tarihsel olarak TTT grafiklerinin de 27J gibi belirlenmiş bir eşik kullanılarak üretildiğini belirtmek gerekir.
Daha yüksek alaşımlı kaliteler
Şekil 1, alaşım elementlerinin LDX 2101 kalitesinden SDX 2507 kalitesine doğru artmasının daha hızlı bir ayrışma oranına yol açtığını, halbuki yalın dubleks ayrışmanın gecikmeli bir başlangıcını gösterdiğini göstermektedir.Krom (Cr) ve nikel (Ni) gibi alaşım elementlerinin spinodal ayrışma ve gevrekleşme üzerindeki etkisi daha önceki araştırmalarda gösterilmiştir.5–8 Bu etki Şekil 2'de daha ayrıntılı olarak gösterilmektedir. Sıcaklık arttıkça spinodal ayrışmanın arttığını göstermektedir. sıcaklık 300'den 350 °C'ye çıkarılır ve daha yüksek alaşımlı kalite SDX 2507 için daha az alaşımlı DX 2205'e göre daha hızlıdır.
Bu anlayış, müşterilerin seçtikleri kaliteye ve uygulamaya uygun maksimum fazla kullanım süresine karar vermelerine yardımcı olma açısından çok önemli olabilir.
Maksimum sıcaklığın belirlenmesi
Daha önce de belirtildiği gibi çift yönlü malzeme için maksimum OT, darbe dayanıklılığındaki kabul edilebilir düşüşe göre ayarlanabilir.Tipik olarak %50 dayanıklılık azalması değerine karşılık gelen OT benimsenir.
OT sıcaklığa ve zamana bağlıdır
Şekil 1'deki TTT diyagramındaki eğrilerin kuyruklarındaki eğim, spinodal ayrışmanın yalnızca bir eşik sıcaklığında meydana gelmediğini ve bu seviyenin altında durmadığını göstermektedir.Aksine, dubleks malzemelerin 475 °C'nin altındaki çalışma sıcaklıklarına maruz kalması sürekli bir süreçtir.Bununla birlikte, daha düşük difüzyon hızları nedeniyle, daha düşük sıcaklıkların, ayrışmanın daha geç başlayacağı ve çok daha yavaş ilerleyeceği anlamına geldiği de açıktır.Bu nedenle dubleks malzemenin daha düşük sıcaklıklarda kullanılması yıllar hatta on yıllar boyunca sorun yaratmayabilir.Ancak şu anda maruz kalma süresini dikkate almadan maksimum bir uzatma süresi belirleme eğilimi var.Bu nedenle anahtar soru, bir malzemeyi kullanmanın güvenli olup olmadığına karar vermek için hangi sıcaklık-zaman kombinasyonunun kullanılması gerektiğidir?Herzman ve ark.10 bu ikilemi güzel bir şekilde özetlemektedir: “…Daha sonra kullanım, karıştırma kinetiğinin, ürünün tasarlanan teknik ömrü boyunca gerçekleşmeyecek kadar düşük olduğu sıcaklıklarla sınırlandırılacaktır…”.
Kaynağın etkisi
Çoğu uygulama, bileşenleri birleştirmek için kaynak kullanır.Kaynağın mikro yapısının ve kimyasının ana malzemeden 3 farklı olduğu iyi bilinmektedir.Dolgu malzemesine, kaynak tekniğine ve kaynak parametrelerine bağlı olarak kaynakların mikro yapısı çoğunlukla dökme malzemeden farklıdır.Mikro yapı normalde daha kabadır ve bu aynı zamanda kaynaklardaki spinodal ayrışmayı etkileyen yüksek sıcaklıktan ısıdan etkilenen bölgeyi (HTHAZ) de içerir.Yığın ve kaynaklı parçalar arasındaki mikro yapı değişimi burada gözden geçirilen bir konudur.
Sınırlayıcı faktörlerin özetlenmesi
Önceki bölümlerde aşağıdaki sonuçlara varılmaktadır:
- Tüm dubleks malzemeler tabidir
475 °C civarındaki sıcaklıklarda spinodal ayrışmaya kadar. - Alaşım içeriğine bağlı olarak daha hızlı veya daha yavaş bir ayrışma hızı beklenir.Daha yüksek Cr ve Ni içeriği daha hızlı karıştırmayı destekler.
- Maksimum çalışma sıcaklığını ayarlamak için:
– Çalışma süresi ve sıcaklığın birleşimi dikkate alınmalıdır.
– Toklukta kabul edilebilir bir azalma seviyesi, yani istenen bir nihai tokluk seviyesi ayarlanmalıdır - Kaynaklar gibi ek mikro yapısal bileşenler eklendiğinde maksimum OT en zayıf parçaya göre belirlenir.
Küresel standartlar
Bu proje için çeşitli Avrupa ve Amerika standartları gözden geçirildi.Basınçlı kaplar ve boru bileşenlerindeki uygulamalara odaklandılar.Genel olarak, gözden geçirilen standartlar arasında önerilen maksimum fazla uzatmaya ilişkin tutarsızlık, Avrupa ve Amerika bakış açılarına göre ayrılabilir.
Paslanmaz çeliklere yönelik Avrupa malzeme spesifikasyon standartları (örn. EN 10028-7, EN 10217-7), malzeme özelliklerinin yalnızca bu sıcaklığa kadar sağlanması nedeniyle maksimum 250 °C'lik bir OT'yi ima eder.Ayrıca, basınçlı kaplar ve borular için Avrupa tasarım standartları (sırasıyla EN 13445 ve EN 13480), malzeme standartlarında verilenlerden maksimum OT hakkında daha fazla bilgi vermemektedir.
Bunun aksine, Amerikan malzeme spesifikasyonu (örneğin ASME bölüm II-A'nın ASME SA-240'ı) herhangi bir yüksek sıcaklık verisi sunmamaktadır.Bu veriler bunun yerine, basınçlı kaplar için genel yapım kurallarını destekleyen ASME bölüm II-D, 'Özellikler'de, ASME bölüm VIII-1 ve VIII-2'de (ikincisi daha gelişmiş bir tasarım yolu sunar) sağlanmaktadır.ASME II-D'de çoğu dubleks alaşım için maksimum OT açıkça 316 °C olarak belirtilir.
Basınçlı boru uygulamaları için hem tasarım kuralları hem de malzeme özellikleri ASME B31.3'te verilmiştir.Bu kodda, maksimum OT'ye ilişkin açık bir ifade olmaksızın 316 °C'ye kadar dubleks alaşımlar için mekanik veriler sağlanmaktadır.Bununla birlikte, bilgileri ASME II-D'de yazılanlara uyacak şekilde yorumlayabilirsiniz ve dolayısıyla Amerikan standartları için maksimum OT çoğu durumda 316 °C'dir.
Maksimum OT bilgisine ek olarak, hem Amerika hem de Avrupa standartları, daha uzun maruz kalma sürelerinde yüksek sıcaklıklarda (>250 °C) kırılganlıkla karşılaşma riskinin bulunduğunu ve bunun hem tasarım hem de servis aşamasında dikkate alınması gerektiğini belirtir.
Kaynaklar için çoğu standart, spinodal ayrışmanın etkisi hakkında kesin açıklamalarda bulunmaz.Ancak bazı standartlar (örn. ASME VIII-1, Tablo UHA 32-4) kaynak sonrası spesifik ısıl işlemlerin gerçekleştirilme olasılığını göstermektedir.Bunlar ne zorunlu ne de yasaklıdır ancak bunları gerçekleştirirken standartta önceden belirlenmiş parametrelere göre gerçekleştirilmelidir.
Sektör ne diyor
Diğer birkaç dubleks paslanmaz çelik üreticisinin ürettiği bilgiler, kalitelerinin sıcaklık aralıklarıyla ilgili olarak ne bildirdiklerini görmek için gözden geçirildi.2205, ATI tarafından 315 °C'de sınırlandırılmıştır, ancak Acerinox aynı kalite için OT'yi yalnızca 250 °C'ye ayarlar.Bunlar 2205 kalitesi için üst ve alt OT limitleridir; bunların arasında Aperam (300 °C), Sandvik (280°C) ve ArcelorMittal (280 °C) tarafından diğer OT'ler iletilir.Bu, üreticiden üreticiye çok karşılaştırılabilir özelliklere sahip olacak, yalnızca bir kalite için önerilen maksimum OT'lerin yaygınlığını göstermektedir.
Bir üreticinin neden belirli bir uzatma süresi belirlediğinin arka plandaki mantığı her zaman açıklanmaz.Çoğu durumda bu belirli bir standarda dayanmaktadır.Farklı standartlar farklı OT'leri iletir, dolayısıyla değerlerde dağılım olur.Mantıksal sonuç, Amerikan şirketlerinin ASME standardındaki ifadeler nedeniyle daha yüksek bir değer belirlerken, Avrupa şirketlerinin EN standardı nedeniyle daha düşük bir değer belirlemesidir.
Müşterilerin neye ihtiyacı var?
Nihai uygulamaya bağlı olarak malzemelerin çeşitli yüklere ve maruziyetlere maruz kalması beklenmektedir.Bu projede, basınçlı kaplara çok uygulanabilir olduğundan, spinodal ayrışmadan kaynaklanan gevrekleşme en çok ilgi çeken konu olmuştur.
Bununla birlikte, çift yönlü sınıfları yalnızca orta dereceli mekanik yüklere maruz bırakan yıkayıcılar11-15 gibi çeşitli uygulamalar vardır.Bir diğer talep ise yorulma yüklerine maruz kalan fan kanatları ve pervaneleriyle ilgiliydi.Literatür, bir yorulma yükü uygulandığında spinodal ayrışmanın farklı davrandığını göstermektedir15.Bu aşamada, bu uygulamaların maksimum OT'sinin basınçlı kaplarla aynı şekilde ayarlanamayacağı açıkça ortaya çıkıyor.
Başka bir talep sınıfı, deniz egzoz gazı temizleyicileri gibi yalnızca korozyonla ilgili uygulamalara yöneliktir.Bu durumlarda, mekanik yük altında korozyon direnci OT sınırlamasından daha önemlidir.Ancak her iki faktör de nihai ürünün çalışmasını etkiler ve maksimum OT belirlenirken bunun da dikkate alınması gerekir.Yine bu davanın önceki iki davadan farklı olduğunu belirtmek isteriz.
Genel olarak, bir müşteriye dubleks sınıfı için uygun maksimum OT tavsiyesinde bulunurken, değerin belirlenmesinde uygulama türü hayati önem taşır.Bu ayrıca, malzemenin dağıtıldığı ortamın gevrekleşme süreci üzerinde önemli bir etkisi olduğundan, bir kalite için tek bir OT belirlemenin karmaşıklığını da ortaya koymaktadır.
Dubleks için maksimum çalışma sıcaklığı nedir?
Belirtildiği gibi maksimum çalışma sıcaklığı, spinodal ayrışmanın çok düşük kinetiği tarafından belirlenir.Peki bu sıcaklığı nasıl ölçeceğiz ve "düşük kinetik" tam olarak nedir?İlk sorunun cevabı kolaydır.Dayanıklılık ölçümlerinin genellikle ayrışmanın hızını ve ilerleyişini tahmin etmek için yapıldığını daha önce belirtmiştik.Bu, çoğu üreticinin takip ettiği standartlarda belirlenmiştir.
Düşük kinetik ile ne kastedildiğine ve sıcaklık sınırını belirlediğimiz değere ilişkin ikinci soru daha karmaşıktır.Bunun nedeni kısmen maksimum sıcaklığın sınır koşullarının hem maksimum sıcaklığın (T) kendisinden hem de bu sıcaklığın sürdürüldüğü çalışma süresinden (t) derlenmesidir.Bu Tt kombinasyonunu doğrulamak için "en düşük" tokluğun çeşitli yorumları kullanılabilir:
• Tarihsel olarak belirlenmiş ve kaynaklara uygulanabilecek alt sınır 27 Joule'dur (J)
• Standartlarda çoğunlukla 40J limit olarak belirlenmiştir.
• Alt sınırı ayarlamak için başlangıç tokluğunda %50'lik azalma da sıklıkla uygulanır.
Bu, maksimum uzatmaya ilişkin bir beyanın üzerinde anlaşmaya varılan en az üç varsayıma dayanması gerektiği anlamına gelir:
• Nihai ürünün sıcaklık-süre maruziyeti
• Kabul edilebilir minimum dayanıklılık değeri
• Nihai uygulama alanı (yalnızca kimya, mekanik yük evet/hayır vb.)
Birleştirilmiş deneysel bilgi
Deneysel veriler ve standartlarla ilgili kapsamlı bir incelemenin ardından, incelenmekte olan dört dubleks sınıfı için tavsiyelerin derlenmesi mümkün olmuştur, bkz. Tablo 3. Verilerin çoğunun, 25 °C'lik sıcaklık adımlarıyla gerçekleştirilen laboratuvar deneylerinden oluşturulduğu dikkate alınmalıdır. .
Ayrıca bu tavsiyelerin oda sıcaklığında kalan dayanıklılığın en az %50'sine atıfta bulunduğunu da belirtmek gerekir.Tabloda “daha uzun süre” belirtildiğinde RT'de anlamlı bir azalma belgelenmemiştir.Ayrıca kaynak yalnızca -40 °C'de test edilmiştir.Son olarak, 3.000 saatlik testin ardından yüksek tokluğa sahip olduğu göz önüne alındığında, DX 2304 için daha uzun maruz kalma süresinin beklendiğini belirtmek gerekir.Ancak maruziyetin ne dereceye kadar artırılabileceği daha ileri testlerle doğrulanmalıdır.
Dikkat edilmesi gereken üç önemli nokta vardır:
• Mevcut bulgular, kaynakların mevcut olması durumunda OT'nin yaklaşık 25 °C azaldığını göstermektedir.
• Kısa süreli ani yükselişler (T=375 °C'de onlarca saat) DX 2205 için kabul edilebilir. DX 2304 ve LDX 2101 daha düşük alaşımlı kaliteler olduğundan, karşılaştırılabilir kısa süreli sıcaklık ani yükselişleri de kabul edilebilir olmalıdır.
• Malzeme ayrışma nedeniyle kırılganlaştığında, DX 2205 için 550 – 600 °C'de ve SDX 2507 için 500 °C'de 1 saat süreyle uygulanan hafifletici ısıl işlem, tokluğun %70 oranında geri kazanılmasına yardımcı olur.
Gönderim zamanı: Şubat-04-2023