Dupleks S32205 va 316L zanglamaydigan po'latdan: Strukturaviy dizayndagi quvvatni taqqoslash va vaznni tejash

Kuch:S32205 ning minimal oqish quvvati (450 MPa) 316L (170 MPa) dan taxminan 2,6 baravar yuqori.

Og'irlikni tejash:316L dan S32205 ga oʻtish kuch bilan boshqariladigan dizaynlarda struktura ogʻirligini 30-50% ga kamaytirishi mumkin.

Korroziya:S32205 ning PREN ~35 ko'rsatkichi 316L ning ~25 dan oshib, yuqori xlorid chuqurchaga chidamliligini ta'minlaydi.

SCC:S32205 ~ 150-200 S gacha bo'lgan xlorid stressli korroziyaga qarshi turadi; 316L 60 C dan yuqori haroratda yorilishi mumkin.

Narxi:S32205 har bir kg uchun ~20-30% qimmat turadi, lekin ko'pincha vaznni kamaytirish orqali loyihaning umumiy qiymatini kamaytiradi.

Ishlab chiqarish:316L S32205 ga qaraganda yaxshiroq payvandlanish, shakllanuvchanlik va kriyojenik mustahkamlikni taklif etadi.

S32205 dupleks zanglamaydigan po'lat nima?

S32205 azotli{1}}taxminan 50% ostenit va 50% ferritdan iborat aralash mikro tuzilmaga ega boʻlgan dupleks zanglamaydigan poʻlat boʻlib, anʼanaviy ostenitik navlarga qaraganda qariyb ikki baravar koʻproq oquvchanlikni taʼminlaydi va yuqori xlorid korroziyaga chidamliligini taʼminlaydi.

“Dupleks” atamasi materialning ikki fazali-mikro tuzilishiga ishora qiladi. Xromni (22-23%), nikelni (4,5-6,5%), molibdenni (3,0-3,5%) va azotni (0,14-0,20%) ehtiyotkorlik bilan muvozanatlash orqali metallurglar ferritning yuqori kuch va korroziyaga chidamliligini ta'minlaydigan tuzilishga erishadilar, ostenit esa ostenit va o'tkazuvchanlikka hissa qo'shadi. Azot qo'shilishi ikkala fazani yanada mustahkamlaydi va chuqurlikka chidamliligini oshiradi.

S32205 (UNS S32205) oldingi S31803 sinfining takomillashtirilgan versiyasi sifatida ishlab chiqilgan bo'lib, fazalar muvozanati va ishlash izchilligini optimallashtirish uchun azot tarkibini (0,14-0,20% va . 0.08-0.20%) qattiqroq nazorat qiladi. Natijada, ferritli zanglamaydigan po'latlarning mustahkamligi ostenitik navlarga yaqinlashadigan mustahkamlik va payvandlanish qobiliyatini birlashtirgan materialdir.

1-jadval. S32205 (ASTM A240) ning kimyoviy tarkibi

316L ostenitik zanglamaydigan po'lat nima?

316L kam{1}}uglerodli, toʻliq ostenitik zanglamaydigan poʻlatdir, uning korroziyaga chidamliligi, yuqori payvandlanishi va yaxshi shakllanuvchanligi bilan keng tan olingan, biroq u dupleks muqobillarga qaraganda nisbatan pastroq mexanik kuchga ega.

316L dagi "L" past uglerod miqdorini bildiradi (<=0.03%), which minimizes carbide precipitation (sensitization) during welding and thereby preserves corrosion resistance in the heat-affected zone. With chromium (16-18%), nickel (10-14%), and molybdenum (2.0-3.0%), 316L provides good general corrosion resistance and moderate resistance to pitting and crevice corrosion in chloride environments.

Uning to'liq ostenitik mikro tuzilishi hatto kriyojenik haroratlarda ham mukammal mustahkamlik va chuqur chizish va murakkab shakllantirish operatsiyalari uchun ajoyib shakllanish imkonini beradi. Biroq, bir fazali ostenitik tuzilma ikki fazali muqobillarga nisbatan pastroq oqish quvvatini taʼminlaydi -- odatda dupleks navlarning yarmidan kam.

2-jadval. 316L ning kimyoviy tarkibi (ASTM A240)

S32205 ning rentabellik kuchi 316L bilan qanday taqqoslanadi?

S32205 450 MPa (65 ksi) minimal 0,2% oqish quvvatini taklif qiladi, bu ASTM A240 uchun kamida 170 MPa (25 ksi) dan taxminan 2,6 baravar ko'p, bu uni yuk ko'taruvchi{9}}konstruktiv ilovalar uchun sezilarli darajada mustahkamlaydi.

Chidamlilik kuchi -- materialning plastik deformatsiyalana boshlagan kuchlanishi - ko'pgina strukturaviy ilovalar uchun asosiy dizayn parametridir. Dramatik farq mikrostrukturadan kelib chiqadi: S32205 ning ferrit fazasi yuqori dislokatsiya zichligiga va stacking nosozlik energiyasiga ega, bu esa plastik deformatsiyaga nisbatan katta qarshilikka olib keladi.

Amaliy ma'noda, 316L yordamida ma'lum bir yukni ko'tarish uchun mo'ljallangan konstruksiya elementi, agar S32205 --da bir xil geometriya bilan ishlab chiqilgan bo'lsa, kesma maydonidan taxminan 2,6 baravar ko'proq talab qilinadi.

3-jadval. Hosildorlikni taqqoslash (ASTM A240 minimal)

S32205 ning kuchlanish kuchi 316L bilan qanday taqqoslanadi?

S32205 620 MPa (90 ksi) minimal kuchlanish kuchiga ega, bu ASTM A240 uchun minimal 316L 485 MPa (70 ksi) dan taxminan 28% yuqori, ekstremal yuklash sharoitida yorilishlarga nisbatan ko'proq qarshilik ko'rsatadi.

Yakuniy kuchlanish kuchi (UTS) materialning sinishdan oldin bardosh bera oladigan maksimal kuchlanishini ifodalaydi. UTS farqi (28%) oqish quvvati farqidan (165%) kamroq dramatik bo'lsa-da, haddan tashqari yuklanish holatlari yuzaga kelishi mumkin bo'lgan ilovalar uchun ahamiyatli bo'lib qoladi. S32205 ning yuqori UTS darajasi, shuningdek, qo'shimcha strukturaviy ortiqchalikni ta'minlab, unumdorlik va sinish o'rtasida kattaroq xavfsizlik chegarasini saqlab qolishini anglatadi.

Shunisi e'tiborga loyiqki, 316L ning yuqori cho'zilishi (40% ga nisbatan. 25%), uning ishlamay qolishidan oldin ko'proq deformatsiyalanishini bildiradi va yuqori egiluvchanlikni taqdim etadi - - buzilish haqida ogohlantirish mexanizmi sifatida sezilarli plastik deformatsiyani talab qiladigan ilovalarda hisobga olinadi. Kuchlilik va egiluvchanlik o'rtasidagi bu o'zaro bog'liqlik asosiy metallurgiya tamoyilidir: dupleks navlar sezilarli darajada yuqori kuch uchun bir oz egiluvchanlikni almashtiradi.

Jadval 4. Cho'zilish xususiyatlarini taqqoslash (ASTM A240)

316L dan S32205 ga o'tish orqali qancha vaznni tejash mumkin?

Strukturaviy dizayndagi 316L dan S32205 ga o'tish boshqaruvchi dizayn kodiga, yuklash shartlariga, minimal qalinlik talablariga va geometrik cheklovlarga qarab 30-50% vaznni tejashga erishish mumkin.

Og'irlikni tejash hisob-kitoblari dizaynni qaysi nosozlik rejimi boshqarishiga bog'liq:

Hosildorlik-Boshqariladigan dizayn (masalan, ASME BPVC uchun bosimli idishlar):

Bosimli idishlarni loyihalashda talab qilinadigan devor qalinligi t=(P x R) / (S x E - 0.6P) sifatida hisoblanadi, bu erda P=dizayn bosimi, R=radius, S=ruxsat etilgan kuchlanish va E=birikma samaradorligi. S32205 ning ruxsat etilgan kuchlanishi 316L dan taxminan 2,6 baravar yuqori bo'lsa, hisoblangan devor qalinligini nazariy jihatdan taxminan 62% ga kamaytirish mumkin. Biroq, amaliy mulohazalar, jumladan, ishlab chiqarish qalinligining minimal talablari, korroziyaga qarshi to'lovlar va payvandlash birikmalarining samaradorligi odatda haqiqiy tejashni 40-50% gacha kamaytiradi.

Qattiqlik-Boshqariladigan dizayn (masalan, nurning burilishi):

Burilish chegaralari boshqarilsa, kesim moduli (oqim kuchi emas) kerakli o'lchamlarni aniqlaydi. Ikkala material ham o'xshash elastik modullarga ega bo'lganligi sababli (taxminan 200 GPa), agar og'ish nazorat qilish mezoni bo'lsa, faqat S32205 ga o'tish og'irlikni kamaytirmaydi. Biroq, ko'pgina konstruktiv dizaynlarda kuch va qattiqlikning kombinatsiyasi boshqariladi, bu qisman vaznni kamaytirishga imkon beradi.

Buklanish-boshqariladigan dizayn (masalan, ustunlar va plitalar):

Bukilishga duchor bo'lgan ustunlar va plitalar uchun materialning mustahkamligi va geometrik xususiyatlari muhim ahamiyatga ega. S32205 ning yuqori oqish quvvati plastik burilish boshlanishini kechiktiradi, bu ko'plab konfiguratsiyalarda ingichka qismlarga imkon beradi. Odatda vaznni tejash: 30-40%.

Jadval 5. Dizayn stsenariysi bo'yicha vaznni tejash

Qaysi material yaxshiroq chuqurchalar va yoriqlar korroziyaga chidamliligini taklif qiladi?

S32205 316L ning PREN ko'rsatkichi taxminan 25 bilan solishtirganda taxminan 35 ga teng chuqurchalar va yoriqlar korroziyaga chidamliligini ta'minlaydi, bu esa uni xlorid-bo'lgan muhitda mahalliy korroziyaga nisbatan ancha chidamli qiladi.

PREN zanglamaydigan po'latlarning korroziyaga chidamliligini baholash uchun keng qabul qilingan empirik ko'rsatkichdir. U quyidagicha hisoblanadi: PREN=%Cr + 3.3 x %Mo + 16 x %N

S32205 uchun: PREN=22 + (3,3 x 3) + (16 x 0,17)=22 + 9.9 + 2.72=taxminan 34,6

316L uchun: PREN=17 + (3,3 x 2,5) + (16 x 0)=17 + 8.25 + 0=taxminan 25,3

32 dan yuqori bo'lgan PREN odatda ishonchli dengiz suvi xizmati uchun zarur hisoblanadi. S32205 bu chegaradan qulay tarzda oshib ketadi, 316L esa kam tushadi. Amalda, bu S32205 dan dengiz muhitida, sho'r suvda va xlorid{6}}o'tuvchi texnologik oqimlarda foydalanish mumkin, bunda 316L tez chuqurchalar hujumiga uchraydi.

Jadval 6. Korroziyaga chidamliligini taqqoslash

S32205 va 316L stress korroziyaga qarshi yorilish qarshiligida qanday taqqoslanadi?

S32205 316L ning to'liq ostenitik tuzilishiga qaraganda SCC ga nisbatan ancha chidamli bo'lgan ferrit fazasi tufayli 316L ga qaraganda xlorid stressli korroziya yorilishiga (SCC) sezilarli darajada yaxshi qarshilik ko'rsatadi.

Xlorid kuchlanishli korroziya yorilishi - bu buzilish mexanizmi bo'lib, unda xlorid ta'siri bilan birlashtirilgan kuchlanish stressi ostenitik zanglamaydigan po'latlarda mo'rt yorilishga olib keladi. Standart ostenitik navlar (shu jumladan 316L) xlorid-o'z ichiga olgan muhitda 60 C dan yuqori haroratlarda SCCga sezgir.

Dupleks zanglamaydigan po'latlardagi ferrit fazasi uchta asosiy sababga ko'ra yoriqlar tarqalishiga to'siq bo'lib xizmat qiladi: (1) ferrit sovuq ishdan kamroq ichki stressga ega; (2) yoriq yo'llari faza chegaralarini kesib o'tishi kerak, bu esa ko'proq energiya talab qiladi; va (3) ikki{3}}fazali tuzilma yoriqlar o'sishini osonlashtiradigan uzluksiz sirpanish bantlarining oldini oladi.

S32205 odatda xlorid eritmalarida taxminan 150{6}}200 C gacha SCCga qarshilik ko'rsatadi, 316L esa 60 C gacha past haroratlarda yorilishi mumkin. Bu S32205 ni issiqlik almashtirgichlar, erituvchilar va yuqori haroratlarda ishlaydigan dengiz komponentlari kabi issiq xloridli ilovalar uchun afzal qiladi.

Payvandlash va ishlab chiqarishda qanday farqlar bor?

316L ni minimal jarayon cheklovlari bilan payvandlash va ishlab chiqarish osonroq, S32205 esa boshqariladigan issiqlik kiritishni (odatda 0,5{6}}2,5 kJ/mm), to‘ldiruvchi metallni to‘g‘ri tanlashni (masalan, ER2209) va optimal ostenit-ferrit fazasi4-ferrit fazasi4-ferrit% muvozanatini saqlash uchun-payvandlashdan keyingi tekshiruvni talab qiladi.

Payvandlash qobiliyatidagi farq dupleks zanglamaydigan po'latlarning faza balansi talabidan kelib chiqadi:

316L payvandlash:

• Barcha keng tarqalgan jarayonlar (GTAW, GMAW, SMAW, FCAW, SAW) bo'yicha mukammal payvandlash qobiliyati
• Issiqlik kiritish uchun maxsus cheklovlar yo'q
• Kam miqdordagi uglerod miqdori issiqlikdan ta'sirlangan hududda-sensibilizatsiyani oldini oladi
• Faza balansiga taalluqli emas -- bitta ostenitik faza
• To'ldiruvchi metallar osongina mavjud va standartlashtirilgan (ER316L)

S32205 Payvandlash:

• Standart jarayonlar bilan payvandlash mumkin, ammo malakali payvandlash protseduralarini talab qiladi
• Fazaning to'g'ri o'zgarishini ta'minlash uchun issiqlik kiritish nazorat qilinishi kerak (odatda 0,5-2,5 kJ/mm).
• Juda kam issiqlik kiritish haddan tashqari ferritga olib keladi (mo'rtlashish xavfi)
• Juda yuqori issiqlik kiritish donning haddan tashqari o'sishiga va intermetalik yog'inlarga olib keladi
• Nikel miqdori yuqori bo'lgan plomba metallari (masalan, ER2209) payvandlash metallida ostenit hosil bo'lishiga yordam beradi.
• Muhim ilovalar uchun-payvand choki eritmasidan keyingi tavlanish talab qilinishi mumkin
• O'tish joylari harorati cheklangan bo'lishi kerak (odatda<150 C) to avoid intermetallic phase precipitation

S32205 va 316L ning termal xususiyatlari qanday farq qiladi?

S32205 316L ning 16,0 x 10^-6 /C (20-100 C) ga nisbatan taxminan 13,0 x 10 ^ - 6 /C issiqlik kengayish koeffitsienti (CTE) pastroq bo'lib, termal buzilishlarni, termal charchoq xavfini kamaytiradi va uni avtomobil po'latdan yasalgan tuzilmalar bilan ko'proq o'lchovli aralashtiriladi.

CTE farqi uchta muhim amaliy ta'sirga ega:

1. Termik buzilish:

Harorat aylanishiga ega ilovalarda 316L ning yuqori CTE ko'rsatkichi kattaroq o'lchov o'zgarishini anglatadi, bu esa qattiq ulanishlarda stress va termal charchoqqa olib kelishi mumkin. S32205 ning pastki CTE bu ta'sirlarni taxminan 20% ga kamaytiradi.

2. Aralash tuzilmalar:

Zanglamaydigan po'latdan yasalgan komponentlar uglerodli po'lat konstruktsiyalarga (neft va gaz, kimyoviy ishlov berishda keng tarqalgan) birlashtirilganda, S32205 ning CTE uglerod po'latiga (taxminan 12 x 10 ^ -6 / C) yaqinroq bo'lib, payvand choklari va murvatli birikmalardagi differentsial kengayish kuchlanishlarini kamaytiradi.

3. Issiqlik o'tkazuvchanligi:

S32205 biroz pastroq issiqlik o'tkazuvchanligiga ega (316L uchun taxminan 15 Vt/mK va . 16 Vt/mK), bu issiqlik almashinuvchi ilovalarida issiqlik o'tkazuvchanligiga ozgina ta'sir qiladi, lekin odatda material tanlashda hal qiluvchi omil emas.

Jadval 7. Issiqlik xususiyatlarini taqqoslash

316L dan ortiq S32205 ni tanlashning xarajat oqibatlari qanday?

S32205 odatda 316L ga qaraganda kilogramm boshiga 20-30% ga qimmat turadi, lekin yuqori quvvatdan tejalgan vazn hisobga olinsa, tayyor konstruktiv komponent uchun umumiy moddiy xarajatlar ko'pincha 316L ga teng yoki undan past bo'ladi, bu esa transport, o'rnatish va poydevor xarajatlarini qo'shimcha tejash imkonini beradi.

Xarajatlarni tahlil qilishda birlik narxini ham, umumiy material sarfini ham hisobga olish kerak:

Kilogramm uchun material narxi:

316L: Asosiy narx (100% mos yozuvlar)

S32205: 316L narxining taxminan 120-130%

Ekvivalent konstruktiv ishlash uchun umumiy material narxi:

Agar S32205 konstruktiv elementi bir xil yukni ko'targanda 40-50% engilroq bo'lishi mumkin bo'lsa (yuqori rentabellik tufayli), hisoblash quyidagicha bo'ladi: S32205 og'irligi (0,55) x narx mukofoti (1,25)=0.69 yoki 316L qiymatining 69%. Bu moddiy xarajatlarni taxminan 30% ga tejash imkonini beradi.

Og'irlikni kamaytirishning qo'shimcha xarajat afzalliklari:

Yuk tashish va tashish xarajatlarini kamaytirish

Engilroq qo'llab-quvvatlovchi tuzilmalar va poydevorlar

O'rnatish uskunalariga nisbatan past talablar

Yuqori korroziyaga chidamliligi tufayli uzoq{0}}muddatli texnik xizmat ko'rsatish qisqartirildi

316L uchun xarajat omillari:

Oddiyroq payvandlash jarayonlari ishlab chiqarish uchun mehnat xarajatlarini kamaytiradi

Zaxiralardan kengroq foydalanish mumkin

Pastroq plomba metall narxi

Kamroq qattiq tekshirish va sifat nazorati talablari

Har bir material uchun qaysi ilovalar eng mos keladi?

S32205 bosimli idishlar, dengiz platformalari, issiqlik almashtirgichlar va kimyoviy saqlash tanklari kabi yuqori{1}}kuchli, korroziyaga- muhim ilovalar uchun maqbuldir, 316L esa keng qamrovli payvandlash, murakkab shakllantirish, kriyojenik mustahkamlikni talab qiladigan yoki materialning dastlabki narxini minimallashtirish zarur bo'lgan ilovalarda ustundir.

Tanlash mexanik, korroziya, ishlab chiqarish va iqtisodiy talablarning o'ziga xos kombinatsiyasiga bog'liq. Quyidagi jadvalda dasturning yaroqlilik reytinglari jamlangan:

8-jadval. Ilovaning muvofiqligini taqqoslash

Strukturaviy dizayningiz uchun qaysi zanglamaydigan po'latni tanlashingiz kerak?

Chidamlilik, vaznni kamaytirish va xlorid korroziyaga chidamliligi asosiy dizayn drayverlari bo'lsa, S32205 ni tanlang; Payvandlash qobiliyati, shakllanuvchanligi, kriyojenik mustahkamligi yoki boshlang'ich materialning arzonligi ustuvor bo'lsa, 316L ni tanlang. S32205 quvvati bilan boshqariladigan koʻpgina tuzilmaviy ilovalar uchun eng yuqori unumdorlik-vaznga-nisbatini va hayot aylanishining arzonligini taʼminlaydi.

Quyidagi qaror matritsasi konstruktiv dizayn uchun ushbu ikkita materialni tanlashda e'tiborga olish kerak bo'lgan asosiy omillarni umumlashtiradi:

Jadval 9. Materialni tanlash bo'yicha qaror matritsasi

Xulosa