304H va 321H: Yuqori haroratli{2}}bosimli idishlar uchun uglerod miqdori va oʻtish kuchi

Kirish

Yuqori{0}}haroratli xizmat ko'rsatish-bosimli idishlarni loyihalashda, neftni qayta ishlash zavodi isitgichlari, qozon o'ta qizdirgichlari, katalitik krakerlar va issiqlik almashtirgichlar-muhandislar qayta-qayta bitta savolga duch kelishadi: ular 304H yoki 321H ni belgilashlari kerakmi? Ikkalasi hamostenitik zanglamaydigan po'latlaremirilish samaradorligini oshirish uchun boshqariladigan ko'tarilgan uglerodni bildiruvchi "H" qo'shimchasini olib yuradi. Shunga qaramay, ular barqarorlashtirish strategiyasi, payvandlanuvchanligi va uzoq muddatli ishonchliligi-da farqlanadi. Bu taqqoslash uglerod tarkibi, emirilish kuchi va tanlash mezonlarini sodda tilda ajratadi, shuning uchun spetsifikatsiyachilar ishonchli, kodga{3}}mos qarorlar qabul qilishlari mumkin.

304H va 321H zanglamaydigan po'latlar nima?

304H va 321H ikkalasi ham 18Cr-8Ni oilasiga kiruvchi ostenitik, xrom{2}}nikelli zanglamaydigan po‘latdir; "H" qo'shimchasi yuqori haroratli xizmat ko'rsatish uchun optimallashtirilgan boshqariladigan uglerod diapazoni (0,04–0,10%) haqida signal beradi. 321H tarkibida karbid stabilizatsiyasi uchun qo'shimcha ravishda titan mavjud.

Ikkala sinf ham bir xil 17,0-19,0% xrom va 9,0-13,0% nikel asosli kimyoga ega. Farq, har birining yuqori haroratda uglerodni qanday ishlashida yotadi:

304H (UNS S30409) 304 standartining yuqori uglerodli variantidir. Uning boshqariladigan uglerod miqdori (0,04–0,10%) ostenit matritsasida erigan uglerodning kuchayish hissasini- oshirish orqali yuqori haroratda qotishmani mustahkamlaydi.

321H (UNS S32109) 321 ning yuqori{2}}uglerodli variantidir, bu asosan 304 kimyo va titandan iborat. Titan barqaror titan karbidlarini (TiC) hosil qilish uchun uglerod bilan afzal bog'lanib, don chegaralarida xrom karbidining cho'kishining oldini oladi.

Ikkala qotishma ham ASTM A240/A240M (plastinka, qatlam, tasma), ASTM A312 (choksiz va payvandlangan quvur) va ASME qozon va bosimli idish kodeksi (BPVC) II bo'limiga kiradi.

Ularning umumiy Cr va Ni diapazonlari ularni -payvandlanmagan, barqarorlashtirilgan yoki-eritmadan keyingi-tavlanmagan sharoitlarda korroziyaga chidamliligi bo‘yicha keng ko‘lamda almashish imkonini beradi.

Uglerod tarkibi 304H va 321H o'rtasida qanday farq qiladi?

Uglerod diapazonlari nominal jihatdan bir xil-0,04% dan 0,10% gacha, lekin 321H titanium uglerodni TiC sifatida "yopib qo'yadi", shuning uchun 321H da 304 H ga qaraganda pastroq bo'ladi.

ASTM A240 ga ko'ra, 304H va 321H ham 0,04% dan 0,10% gacha bo'lgan uglerodni talab qiladi. Pastki chegara minimal siljish-kuchlanish effektini ta'minlaydi; yuqori chegara matritsani mo'rtlashtiradigan ortiqcha karbid tarmog'ining shakllanishiga to'sqinlik qiladi. Biroq, bu uglerodning o'zini qanday tutishi farq qiladi:

304 soat ichida uglerodning koʻp qismi eritma tavlanishidan soʻng ostenitda erigan holda qoladi, bu esa toʻgʻridan-toʻgʻri qattiq{1}}eritmaning mustahkamlanishiga va xizmat paytida don chegaralarini mustahkamlovchi karbid yogʻinlarining paydo boʻlishiga yordam beradi.

321H da titan (minimum 5 × C, odatda 0,15-0,70%) barqaror TiC hosil qilish uchun uglerod bilan reaksiyaga kirishadi. Bu xrom karbidining (Cr₂₃C₆) cho'kishi uchun mavjud bo'lgan uglerodni kamaytiradi va to'g'ridan-to'g'ri matritsani mustahkamlash uchun mavjud bo'lgan uglerodni kamaytiradi.

Amaliy natija: 304H odatda biroz yuqoriroq qisqa{1}}vaqt koʻtarilgan-haroratning oqish quvvatini beradi, chunki qattiq eritmada koʻproq uglerod qoladi, 321H esa sezuvchanlikka qarshi immunitet evaziga bu mustahkamlanishning bir qismini qurbon qiladi.

Uglerod yuqori haroratlarda o'tish kuchiga qanday ta'sir qiladi?

Ostenitik zanglamaydigan po'latdagi uglerod ikki mexanizm yordamida emirilish kuchini oshiradi{0}}qattiq{1}}matritsani mustahkamlovchi eritma-chegarani karbidlar bilan mahkamlash-va uglerod 0,04% dan 0,10% gacha harakat qilganda ikkala ta'sir kuchayadi.

Oʻrmalanish bu metall yuqori haroratda kuchlanish ostida ushlab turilganda yuzaga keladigan sekin-vaqtga bogʻliq deformatsiyadir. Uglerod bilan kurash ikki jabhada davom etadi:

Qattiq{0}}yechimni mustahkamlash. Eritilgan uglerod ostenit panjarasini buzadi, dislokatsiyaning ko'tarilishi-bo'lgan dominant o'rmalash mexanizmi 0,5 Tₘ (Kelvindagi erish harorati) dan yuqori. 18Cr-8Ni ostenit uchun 600-800 daraja xizmat ko'rsatish harorati qotishmani bu rejimga to'g'ri joylashtiradi.

Don-chegara karbidini mahkamlash. M₂₃C₆ (asosan Cr₂₃C₆) xizmat paytida don chegaralarida cho'kadi. Boshqariladigan dispersiya don chegaralarini mahkamlaydi, siljishni sekinlashtiradi va yorilish muddatini uzaytiradi. Haddan tashqari ko'p karbid qotishmani mo'rtlashtiradigan va qo'shni xromni yo'q qiladigan-uzluksiz donli plyonka hosil qiladi.

Stress{0}}yorilish ma'lumotlari (ASME II bo'limi, 1A-jadval) to'lovni tasdiqlaydi. 700 daraja va 100 000 soatda, 304H plitasi (ASTM A240) uchun ruxsat etilgan kuchlanish qiymatlari odatda mahsulot shakli va aniq uglerod / titan balansiga qarab 321H plastinkasidan taxminan 5-15% ga oshadi. Bu 304H da yuqori erkin uglerodning bevosita, o'lchanadigan natijasidir.

Titan 321 soatda qanday rol o'ynaydi?

321H tarkibidagi titan uglerod tozalovchi vazifasini bajaradi va Cr₂₃C₆ yog'ingarchiliklarini oldini oladigan barqaror TiC hosil qiladi, shu bilan-xrom donini himoya qiladi va payvandlashdan keyin issiqlik ta'sirlangan zonada (HAZ) sezgirlikni yo'q qiladi.

Stabilizatsiya nisbati Ti 5 × C dan katta yoki unga teng (ASTM A240) sifatida aniqlanadi. Uglerod 0,06% (-oʻrta diapazonda) boʻlsa, minimal titan 0,30% talab qilinadi va barqarorlik zaxirasini taʼminlash uchun odatdagi spetsifikatsiyalar 0.30–0.60% ni tashkil qiladi.

TiC termodinamik jihatdan Cr₂₃C₆ga qaraganda barqarorroq. U eritmani yumshatish paytida (1050-1100 daraja) hosil bo'ladi va xizmat ko'rsatish jarayonida saqlanib qoladi, shuning uchun xrom karbid qotishma xizmat paytida yoki HAZda duch keladigan 450-850 daraja sezgirlik oynasida hosil bo'lolmaydi.

Shuning uchun 321H donalararo korroziyaga chidamliligini tiklash uchun-payvand choki eritmasi bilan ishlov berishni talab qilmaydi-dalaga{3}}oʻrnatilgan idishlar va katta diametrli quvurlar uchun afzallik, bu erda oʻchoqda ishlov berish amaliy boʻlmaganda.

Savdo{0}}: titan uglerodni ham bog'laydi, aks holda siqilish kuchayishiga hissa qo'shadi va titanium nitridi/karbonitrid qo'shimchalari xona haroratida tirqishning mustahkamligini kamaytirishi mumkin.

Qaysi po'latning emirilish kuchi yaxshiroq: 304H yoki 321H?

304H asosiy metallda 600 daraja va undan yuqori haroratda 321 H ga qaraganda-oʻlchanadigan darajada yuqori oʻrmalanish kuchiga ega, chunki uning koʻproq uglerodi qattiq eritmani mustahkamlash va don-chegarani mahkamlash uchun mavjud boʻlib qoladi; ammo, 321H payvand chokida o'z kuchini yaxshiroq saqlaydi, bunda 304H sensibilizatsiya natijasida uglerod{8}} mustahkamlanishini yo'qotishi mumkin.

Taqqoslash ikki rejimga bo'linadi{0}}asosiy metall va payvand choki HAZ-va ular turli navlarni afzal ko'radi:

Asosiy{0}}metallning yorilishi-yorilishi. ASME Code Case va II bo'limning ruxsat etilgan stress jadvallari 538 darajadan (1000 daraja F) 816 daraja (1500 daraja F) gacha bo'lgan 321H dan 304H teng yoki undan yuqori ruxsat etilgan stressni doimiy ravishda beradi. 704 daraja (1300 daraja F) va 100 000 soatda, 304H plastinka ruxsat etilgan kuchlanish odatda 321H plitasidan 10-12% yuqori.

Payvandlash-HAZ harakati. 304H da HAZ payvandlash paytida karbidning erishi va sovutish paytida-qayta yog'ingarchilikni boshdan kechiradi. Sovutish sekin bo'lsa (qalin bo'laklar), sezgir zona hosil bo'lib, mahalliy darajada xromni yo'qotadi va emirilishda zaiflashadi. 321H da titan TiC ni-hosil qiladi, bu esa donning chegara yaxlitligini va HAZning oʻrmalanish kuchini saqlab qoladi.

Amaliy taassurot: Choksiz, yupqa{0}}devor qismlari (quvur, yupqa trubka) uchun odatda 304H ning yuqori taglik-metallning surish kuchi ustunlik qiladi. Qalin{4}}devor, payvandlangan yoki dala{5}}bosimli idishlar uchun 321H payvand choki-HAZ barqarorligi ko'pincha hayot aylanishi-argumentida g'alaba qozonadi.

Ular sezgirlik va granulalararo korroziyaga qarshilik bo'yicha qanday taqqoslanadi?

321H 304H ga qaraganda sensibilizatsiya va donalararo korroziyaga (IGC) nisbatan ancha chidamli, chunki titan stabilizatsiyasi 425–900 daraja oralig'ida 304H sensibilizatsiyani qo'zg'atuvchi xromning-yo'talish mexanizmini oldini oladi.

Sensibilizatsiya - don chegaralarida xrom karbidining cho'kishi natijasida korroziyaga chidamliligini yo'qotish. Ikki sinf buni juda boshqacha hal qiladi:

Sensibilizatsiya mexanizmi. 304H sekin{2}}425–900 darajagacha sovutilsa, don chegaralarida Cr₂₃C₆ cho'kadi. Qo'shni xrom 10,5% passivatsiya chegarasidan pastga tushadi va bu zonalarni kislotali yoki xloridli muhitda IGC-ta'siri ostida qoldiradi.

321H immunitet. TiC yuqori haroratda hosil bo'ladi va Cr₂₃C₆ ga qaraganda barqarorroqdir, shuning uchun xrom karbidlari hosil bo'lolmaydi va don chegaralari to'liq xrom tarkibini saqlaydi. Qotishma sezgirlashtiruvchi issiqlik bilan ishlov berishdan keyin ham ASTM A262 Practice A/E sinovlaridan o'tadi.

Xizmatning ahamiyati. Qayta ishlash zavodining nordon xizmatida, o'chirish paytida politiyon kislotasi (PTA) yorilishi sezgirlashtirilgan 304H uchun tan olingan nosozlik rejimidir. NACE SP0170 PTA yorilishiga duchor bo'lgan uskunalar uchun 304H dan ortiq barqarorlashtirilgan navlarni (321H, 347H) aniq tavsiya qiladi.

Huey testi (ASTM A262 Practice C). 304H, odatda, payvandlashdan keyin o'tish uchun eritmani tavlashni talab qiladi; 321H payvandlangan holda-o'tadi.

304H va 321H uchun ASME va ASTM standartlari nima?

Ikkala qotishma ham ASTM materiallarining bir xil spetsifikatsiyalari va ASME BPVC II boʻlimining ruxsat etilgan-stress jadvallari bilan tartibga solinadi, lekin maxsus UNS belgilash, barqarorlashtirish talabi va mahsulot shakli-koʻlami farq qiladi.

Quyidagi jadvalda har bir sinf uchun boshqaruv standartlari va asosiy talablari jamlangan:

Ikkala sinf uchun ham ASME ruxsat etilgan kuchlanish asosi (II bo'lim, 1-ilova) quyidagilardan pastroqdir: (1) haroratda 0,2% rentabellikning uchdan ikki qismi, (2) 100 000 soat ichida 1% siqilish hosil qilish uchun o'rtacha stressning 100% yoki (3) o'rtacha 600 soat ichida stress10,10. Taxminan 538 darajadan yuqori haroratlarda oʻrmalanish-yorilish mezoni- ustunlik qiladi, shuning uchun 304H ning yuqori surish kuchi bevosita asosiy metallda ruxsat etilgan yuqori kuchlanishga aylanadi.

Payvandlash masalalari qanday farqlanadi?

321H qalin qismlar va dalada ishlab chiqarish uchun payvand qilish osonroq, chunki u payvanddan keyingi issiqlik bilan ishlov berishsiz (PWHT) sezgirlikka qarshilik ko'rsatadi, 304H esa korroziyaga chidamliligini tiklash uchun payvandlashdan keyin eritmani tozalashni talab qilishi mumkin; 321H shuningdek, maxsus plomba moddasini talab qiladi.

Yuqori-karbonli ostenitik zanglamaydigan po'latni payvandlash ikki navning eng keskin farq qiladigan joyidir:

Toʻldiruvchi metall. 304H odatda asosiy metallning uglerod diapazoniga mos keladigan ER308H plomba bilan payvandlanadi. 321H ER321 emas, balki ER347 (niobiy{4}}barqarorlashtirilgan) plomba bilan payvandlanadi, chunki titan kamon boʻylab yaxshi oʻtmaydi; niobiy payvandlangan metallda ekvivalent barqarorlikni ta'minlaydi.

Payvandlashdan keyin sezuvchanlik. 304H HAZ 425–900 gradusgacha sovutish sekin bo'lsa (qalin devor, yuqori issiqlik kiritish) sezgir bo'ladi. Yumshatish: eritmani 1050–1100 daraja haroratda yumshatish, so‘ngra tez so‘ndirish-katta bosimli idishlar uchun amaliy bo‘lmagan o‘choq operatsiyasi. 321H HAZ sezgir bo‘lmaydi, chunki TiC qayta-yaxshiroq shakllanadi.

PWHT talabi. ASME VIII bo'limi PWHTni ikkala daraja uchun ham talab qilmaydi, lekin xizmat ko'rsatish muhiti (nordon, PTA, kaustik) ko'pincha buni talab qiladi. 304H uchun zarur bo'lgan PWHT to'liq eritma tavlidir; 321H uchun 850–900 daraja kuchlanish-bartarilishi ko'pincha etarli bo'ladi va to'liq tavlanishning buzilish xavfini oldini oladi.

Issiq yorilish xavfi. Ikkala nav ham ostenitik bo‘lib, chok metalida 5–10% ferrit bor, shuning uchun issiq yorilish juda kam. 321H titanium nitridi qo‘shimchalari nazorat ostida issiqlik kiritishi va o‘tish oralig‘idagi haroratni talab qiluvchi-bo‘g‘imlarning yuqori chegaralangan joylarida yorilish qo‘zg‘atuvchisi sifatida xizmat qilishi mumkin.

Bosimli idishlarni qo'llash uchun qaysi biri yaxshiroq?

Universal g'olib yo'q; 304H yupqa{1}}devor, yuqori{2}}temperaturali komponentlar uchun afzallik beriladi, bunda asosiy{3}}metallning siqilish kuchi konstruksiyani boshqaradi (oʻta qizdiruvchi quvurlar, oʻchoq bobinlari), 321H esa qalin devor, payvandlangan yoki nordon bosim va havo harorati yuqori boʻlgan joylarda-qoʻllaniladi. korroziyaga chidamlilik (qayta ishlash zavodi barabanlari, reaktor ichki qismlari, katalitik kraker regenerator qobiqlari).

To'g'ri tanlov dizaynni aslida qaysi nosozlik rejimini boshqarishiga bog'liq. Quyidagi qaror qabul qilish bo'yicha qo'llanmadan foydalaning:

Quyidagi hollarda 304H ni tanlang:

Dizayn yorilish kuchlanishi- bilan boshqariladi va komponent choksiz yoki bir nechta choklarga ega (quvur, quvur, lasan).

Payvand chokidan keyingi-eritmalarni tavlash mumkin (do'konda, kichik idishlarda).

Xizmat oksidlovchi, kam-oltingugurt va polition kislotasi taʼsiridan xoli.

Minimal devor qalinligi va og'irligi yuqori dizayn maqsadlari (yuqori ruxsat etilgan stress yupqaroq devor hosil qiladi).

Quyidagi hollarda 321H ni tanlang:

Idish qalin-devor, dala-payvandlangan yoki o‘choqqa-tozalash uchun juda katta.

Xizmat politiyon kislotasiga ta'sir qilishni to'xtatishni o'z ichiga oladi (qayta ishlash zavodi FCC, koks, gidrotozalash).

Dizayn tsiklik harorat xizmatidan-sensibilizatsiyadan boshqariladigan yorilishsiz omon qolishi kerak.

Kod yoki oxirgi foydalanuvchi spetsifikatsiyasi (masalan, NACE SP0170, API RP 939-A) barqarorlashtirilgan bahoni talab qiladi.

Asosiy qoida: Taxminan 538 darajadan past bo'lsa, ikkala baho ham{1}}belgilangan{2}}standart 304/321 yoki 316L dan oshib ketadi. 538 daraja va taxminan 750 daraja oralig'ida 304H odatda o'rmalanish-samarali tanlovdir. 750 darajadan yuqori, 800H/HT, 310S yoki nikel qotishmalarini (600/601) ko'rib chiqing.

Narxlardagi farqlar qanday?

321H odatda titan qo'shilishi, tegirmon ishlab chiqarish hajmining pastligi va barqarorlashtirish nisbati uchun qattiqroq sifat-nazorat talablari tufayli birlik vazniga 304H dan 15-30% qimmat turadi; ammo, PWHT, tekshirish va uzilish xavfi kiritilganda,-hayot tsikli xarajati tahlili ko'pincha 321Hni qo'llab-quvvatlaydi.

Materialning narxi mulkning umumiy qiymatining faqat bitta tarkibiy qismidir. Buzilish:

Xom ashyo-premium. Titanli{2}}ferroqotishmalar va torroq issiqlik kimyosi oynasi (Ti 5×C dan katta yoki unga teng boʻlishi kerak, lekin TiN qoʻshilishiga olib keladigan darajada yuqori boʻlmasligi kerak) eritish narxini oshiradi.

Tegirmon mavjudligi. 304H global miqyosda ancha yuqori tonnajlarda ishlab chiqariladi, shuning uchun yetkazib berish muddati va narxi ancha raqobatbardoshdir. 321H - kam malakali ishlab chiqaruvchilarga ega bo'lgan maxsus nav.

Ishlab chiqarish xarajati. 304H payvandlashdan keyin eritmaning toʻliq tavlanishini talab qilishi mumkin-qoʻshimcha oʻchoq sikli, transport va potentsial buzilishlarni qayta ishlash. 321H, odatda,-payvandlangan yoki stressdan-kesilgan holda ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi.

Hayot-tsikl narxi. 304H PTA yorilishi natijasida yuzaga kelgan neftni qayta ishlash zavodining rejadan tashqari uzilishi kuniga millionlab dollarga tushishi mumkin. 321H uchun oddiy material mukofoti ko'pincha uzilishlarning oldini olishda ko'p marta tiklanadi.

304H va 321H o'rtasida qanday tanlash mumkin: Qarorni tekshirish ro'yxati

To'rtta tartibli bosqichda tanlovni amalga oshiring-(1) boshqaruvdagi nosozlik rejimini aniqlang, (2) harorat oynasini tekshiring, (3) payvandlanish imkoniyati va PWHT imkoniyatini baholang, (4) kodni tasdiqlang va -foydalanuvchi mandatlarini yakunlang-so'ngra UNS, mahsulot shakli va stabilizatsiya yoki uglerod sinovi talablarini belgilang.

Strukturaviy yondashuv eng keng tarqalgan spetsifikatsiya xatolarining oldini oladi:

1 --qadam Boshqaruvchi nosozlik rejimini aniqlang. Agar o'rmalanish{2}}yorilishi (nozik-devor, yuqori-harorat) hukmron bo'lsa, 304H. Agar IGC/PTA yorilishi (qalin devor, oʻchirish taʼsiri) boshqaruvchi boʻlsa, 321H ni kamaytiring.

2 --qadam Harorat oynasini tekshiring. 538 darajadan past boʻlganda ham H-bahosi shart emas. 538 darajadan 750 darajagacha, ikkalasi ham mos keladi; 750 darajadan yuqori, qotishma oilasini yangilang.

3 --qadam Payvandlash qobiliyatini/PWHTni baholang. Agar payvand chokidan keyingi eritma{2}}tavlanish amaliy bo'lmasa (katta dala-fabrikali idish), 321H ni tanlang. Agar do'kon{6}}yupqa{7}}devordan yasalgan bo'lsa, 304H ni tanlang.

4 --qadam Kodni tasdiqlang va{1}}foydalanuvchi mandatlarini tugating. NACE SP0170 (PTA yorilishi), API RP 939-A (tozalash zavodi isitish quvurlari) va ko'plab operator xususiyatlari tanlovga majbur qiladi.

Keyin chizma va sotib olish buyurtmasida ko'rsating: UNS raqami, ASTM mahsulot spetsifikatsiyasi, H-sinfdagi uglerod diapazoni, stabilizatsiya nisbati (321H uchun) va zarur korroziya sinovi (ASTM A262).

Xulosa

304H va 321H metallurgiyaning yaqin qarindoshlaridir: ikkalasi ham yuqori haroratga chidamliligi uchun boshqariladigan ko'tarilgan uglerodli 18Cr-8Ni ostenitik zanglamaydigan po'latdir. Ularning o'rtasidagi qaror bitta savdoga{7}}yuqoriroq taglik-metall tortilish kuchi (304H) va yuqori payvand chokiga-HAZ barqarorligi va korroziyaga chidamliligi (321H) o'rtasida o'zgaradi. Yupqa{14}}devorli, choksiz, yuqori haroratli quvurlar uchun 304H odatda to'g'ri bo'ladi.

Qalin{0}}devor, dala{1}}payvandlangan yoki yopilgan-bosimli idishlar uchun 321H odatda ishonchlilik va xizmat muddatini-to‘laydi. Bu tanlovni ataylab-ASME ruxsat etilgan-stress jadvallari, NACE va API yoʻriqnomalari hamda xizmat koʻrsatish{8}}atrof-muhit profili-dan foydalangan holda qilgan muhandislar birinchi marta toʻgʻri qotishmani aniqlaydilar va -xizmatdan tashqari-xizmatsiz kutilmagan hodisalarning oldini oladilar.