الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة المستخدم في تطبيقات الطائرات

نحن عادة نسمي قوة الشد أعلى من 800MPa ، قوة الخضوع أعلى من 500MPa الفولاذ المقاوم للصدأ هو الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة ، قوة الخضوع أعلى من 1380MPa الفولاذ المقاوم للصدأ يسمى الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة. لقد أثبت تطور صناعة الطيران أن تحسين أداء الطائرات والمحركات الهوائية يعتمد إلى حد كبير على المواد المعدنية. نظرًا للقوة العالية والصلابة العالية ومقاومة التآكل عالية الضغط ومقاومة الصدمات الجيدة للصلب ، لا تزال تستخدم بعض المكونات الهيكلية الرئيسية للطائرة مثل معدات الهبوط والعارضة والمفاصل عالية الضغط والمثبتات وغيرها من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة.

يشمل الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة بشكل أساسي الفولاذ المقاوم للصدأ المصلب بالترسيب Martensite والفولاذ المقاوم للصدأ شبه الأوستنيتي المتصلب بالترسيب. يتم تحقيق قوة الفولاذ المقاوم للصدأ الذي يصلب المارتينسيت من خلال تحويل مارتينسيت ومعالجة تصلب الترسيب ، والميزة هي قوة عالية ، في نفس الوقت بسبب الكربون المنخفض ، والكروم العالي ، والموليبدينوم العالي و / أو النحاس العالي ، ومقاومته للتآكل ليست بشكل عام أقل من 18Cr-8Ni الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ؛ قطع مجاني ، قدرة لحام جيدة ، لا تحتاج إلى تلدين محلي بعد اللحام ، عملية المعالجة الحرارية بسيطة نسبيًا. العيب الرئيسي هو أنه حتى في الحالة الملدنة ، لا يزال هيكلها منخفض الكربون ، لذلك من الصعب إجراء تشوه عميق في العمل البارد. درجة الصلب النموذجية هي 17-4ph و PH13-8Mo ، تستخدم لتصنيع مكونات محمل مقاومة للتآكل عالية القوة ، مثل أجزاء محمل المحرك ، والمثبتات ، وما إلى ذلك التي تعمل عند 400. PH13-8Mo يستخدم على نطاق واسع في الأجزاء الهيكلية ذات درجة الحرارة المتوسطة المقاومة للتآكل.

يمكن تشكيل الفولاذ المقاوم للصدأ المقوى بالترسيب شبه الأوستينيت ، وتشويهه على البارد ولحامه في حالة الأوستينيت ، ومن ثم يمكن التحكم في تحويل مارتينسيت وتصلب الترسيب عن طريق ضبط الشيخوخة للحصول على قوى مختلفة وتنسيق المتانة. يتمتع الفولاذ بمقاومة جيدة للتآكل وقوة حرارية ، وخاصة مقاومة التآكل الإجهادي ، وهو مناسب بشكل خاص لتصنيع الأجزاء المستخدمة أقل من 540 ℃. العيب هو أن عملية المعالجة الحرارية معقدة ، ومتطلبات التحكم في درجة حرارة المعالجة الحرارية دقيقة للغاية (± 5 ℃) ؛ اتجاه تصلب العمل للصلب كبير ، وغالبًا ما تكون هناك حاجة إلى العديد من أوقات التلدين الوسيطة للتشوه العميق للعمل البارد. الدرجات النموذجية هي 17-7ph، PH15-7Mo ، إلخ. هذا النوع من الفولاذ يستخدم بشكل أساسي في صناعة الطيران للعمل عند 400 تحت هيكل محمل التآكل ، مثل جميع أنواع الأنابيب ، وصلات الأنابيب ، الزنبركات ، المثبتات ، إلخ.

 

معدات هبوط الطائرات

المواد المستخدمة في بناء معدات هبوط الطائرات هي 30CrMnSiNi2A ، 4340 ، 300M ، Aermet100 وغيرها من معدات هبوط الطائرات والمثبتات ذات المتطلبات الأعلى مصنوعة في الغالب من الفولاذ المقاوم للصدأ المقوى بالترسيب ، مثل 17-4ph لمعدات الهبوط للطائرة F-15 ، 15-5pH لمعدات الهبوط للطائرة B-767. يتمتع فولاذ PH13-8mo بإمكانية استبدال 17-4PH ، 15-5ph، 17-7PH ، PH15-7Mo وأنواع الفولاذ الأخرى نظرًا لمقاومتها للتآكل الإجهادي الأفضل من الفولاذ المقاوم للصدأ المقوى بالترسيب من نفس الدرجة.

تحمل الطائرة

طورت شركة FAG الألمانية الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيت المضاف إليه النيتروجين Cronidur30 (0.31٪ C-0.38٪ N-15٪ Cr-L٪ Mo) ، والذي يتم إنتاجه بواسطة عملية PESR لإعادة الصهر الكهربائي تحت ضغط عالي من النيتروجين. إنه فولاذ مقاوم للصدأ بدرجة حرارة عالية مع نسبة نيتروجين عالية تصلب تمامًا ، وهو أكثر مقاومة للتآكل من SUS440. إنه غير مناسب لقيمة DN العالية (D: القطر الداخلي للمحمل / مم ، N: دوران العمود / أرين) نظرًا لخصائصه من نوع التصلب الكامل ، يمكن أن يفي نفس Cronidur30 بضغط الضغط المتبقي وقيمة صلابة الكسر البالغة 4 مليون DN في في نفس الوقت من خلال التبريد عالي التردد. لكن درجة حرارة التهدئة أقل من 15 درجة مئوية ، ولا يمكنها تحمل ارتفاع درجة حرارة المحمل الناجم عن الصدمة الحرارية بعد إيقاف تشغيل المحرك.

مكونات هيكلية الطائرات

الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة في هيكل تحمل الطائرة بشكل أساسي 15-5ph، 17-4PH ، PH13-8Mo ، إلخ ، بما في ذلك قفل غطاء الفتحة ، الترباس عالي القوة ، الزنبرك وأجزاء أخرى. تستخدم الطائرات المدنية مثل الفولاذ المقاوم للصدأ عالي القوة لشراري الأجنحة ، مثل الفولاذ 15-5PH لقمار الجناح Boeing 737-600 ؛ اكتب A340-300 الجناح SPAR PH13-8Mo الصلب. يستخدم Ph13-8Mo للأجزاء التي تتطلب قوة وصلابة عالية ، خاصة للأداء المستعرض ، مثل إطارات جسم الطائرة. في الآونة الأخيرة ، تم اختبار Custom465 بسبب زيادة المتانة ومقاومة التآكل الإجهادي. تم تطوير Custom465 بواسطة Carpenter على أساس Custom450 و Custom455 لتصنيع أدلة رفرف الطائرات ، وموجهات الشرائح ، وناقلات الحركة ، وحوامل المحرك ، وما إلى ذلك ، ويتم تضمين الفولاذ حاليًا في المواصفات الفنية MMPDS-02 و AMS5936 و ASTM A564. HSL180 فولاذ مقاوم للصدأ عالي القوة (0.21C-12.5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo) يستخدم لتصنيع هيكل الطائرة ، الذي يتمتع بنفس قوة 1800 ميجا باسكال مثل الفولاذ منخفض السبائك مثل 4340 ونفس مقاومة التآكل والمتانة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ تصلب هطول الأمطار مثل SUS630.

 

لماذا يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين في أنظمة مياه تبريد محطات الطاقة النووية؟

كمصدر للطاقة النظيفة ، تعد الطاقة النووية مساهماً رئيسياً في تقليل انبعاثات الكربون في جميع أنحاء العالم. يعتبر نظام أنابيب مياه التبريد هو المفتاح للتشغيل الآمن لمحطة الطاقة النووية. يتكون من آلاف الأقدام من الأنابيب بأقطار وأحجام مختلفة. يوفر مصدرًا موثوقًا للمياه لتبريد معدات المصنع. يجب أن يوفر نظام الأنابيب غير الآمنة مياه تبريد كافية لتبريد المحطة ، بينما يجب أن يوفر نظام الأمان مياه تبريد كافية للتحكم في المفاعل وإغلاقه بأمان في حالة الطوارئ.

يجب أن تكون مواد الأنابيب هذه مقاومة لتآكل مياه التبريد طوال العمر التشغيلي للمعدات. اعتمادًا على موقع المحطة ، يمكن أن يتراوح نوع مياه التبريد من مياه عذبة نظيفة نسبيًا إلى مياه البحر الملوثة. أظهرت التجربة أنه مع تقدم الأنظمة في العمر ، يمكن أن تحدث مجموعة متنوعة من مشاكل التآكل ودرجات متفاوتة من التآكل ، مما يؤدي إلى إتلاف النظام ومنع توفير مياه التبريد المطلوبة.

غالبًا ما تتضمن مشكلات أنابيب مياه التبريد المواد وتفاعلها مع مياه التبريد. يعتبر التسرب من القاذورات (الانسداد) وتآكل النظام من أكثر المشاكل شيوعًا ، بما في ذلك تراكم الرواسب ، والتعلق البيولوجي البحري (الحشف الحيوي) ، وتراكم منتجات التآكل ، وانسداد المواد الغريبة. يحدث التسرب عادة بسبب التآكل الجرثومي (MIC) ، وهو تآكل شديد التآكل ناتج عن بعض الكائنات الحية الدقيقة في الماء. يحدث هذا النوع من التآكل بشكل متكرر في الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ منخفض السبائك.

لطالما اعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ خيارًا قابلاً للتطبيق لبناء أنظمة أنابيب جديدة لإمداد المياه ولإصلاح أو استبدال أنظمة الصلب الكربوني الحالية. الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم بشكل شائع في حلول ترقية الأنابيب هو 304L ، 316L ، أو 6٪ -Mo من الفولاذ المقاوم للصدأ. 316L و 6٪ مو من الفولاذ المقاوم للصدأ مع اختلافات كبيرة في الأداء والسعر. إذا كان وسط التبريد عبارة عن مياه غير معالجة ، وهي مادة شديدة التآكل وتنطوي على مخاطر التآكل الجرثومي ، فإن 304L و 316 L لا يعدان خيارين مناسبين. نتيجة لذلك ، كان على المحطات النووية الترقية إلى 6٪ من الفولاذ المقاوم للصدأ أو قبول تكاليف الصيانة المرتفعة لأنظمة الصلب الكربوني. لا تزال بعض محطات الطاقة النووية تستخدم أنابيب مبطنة بالفولاذ الكربوني بسبب التكلفة الأولية المنخفضة. وفقًا لـ ASTM A240 غالبًا ما تكون أنظمة أنابيب إمدادات المياه الصناعية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ أدناه:

درجات UNS C N Cr Ni Mo Cu
304L S30403 0.03 / 18.0-20.0 8.0-12.0 / /
316L S31603 0.03 / 16.0-18.0 10.0-14.0 2.0-3.0 /
6٪ مو N08367 0.03 0.18-0.25 20.0-22.0 23.0-25.0 6.0-7.0 0.75
2205 S32205 0.03 0.14-0.2 22.0-23.0 4.5-6.5 3.0-3.5 /

أثبت الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين 2205 أنه خيار ممتاز. محطة كاتاوبا للطاقة النووية التابعة لشركة ديوك باور في ساوث كارولينا هي أول محطة للطاقة النووية تستخدم 2205 (UNS S32205) من الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور في أنظمتها. تحتوي هذه الدرجة على حوالي 3.2٪ من الموليبدينوم وقد حسنت مقاومة التآكل ومقاومة للتآكل الميكروبي أفضل بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ 304L و 316L.

تم استبدال الأنابيب المبطنة بالفولاذ الكربوني على الجزء فوق الأرض من نظام الأنابيب الذي ينقل مياه الإمداد إلى برج التبريد للمكثف الرئيسي بأنابيب مزدوجة من الفولاذ المقاوم للصدأ 2205.

البديل الجديد 2205 تم تركيب أنبوب مزدوج من الفولاذ المقاوم للصدأ في عام 2002. يبلغ طول الأنبوب 60 مترًا وقطره 76.2 سم وقطره 91.4 سم ، ويبلغ سمك جدار الأنبوب 0.95 سم. النظام المحدد وفقًا لمعيار ASME B31.1 لأنابيب الطاقة ، وهو أحد رموز الإدارة للاستخدام الآمن لأنظمة أنابيب محطة الطاقة ويستخدم على نطاق واسع في العالم. بعد 500 يوم من الخدمة ، تم فحص النظام بدقة. لم يتم العثور على تحجيم أو تآكل أثناء الفحص. أداء 2205 مزدوج الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل جيد للغاية. تعمل أنابيب 2205 المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل جيد لأكثر من عقد منذ تركيبها. بناءً على هذه التجربة ، استخدمتها Duke Power 2205 أنابيب دوبلكس من الفولاذ المقاوم للصدأ في أجزاء أخرى من نظامها.

داخلي من أنبوب 2205 بعد 500 يوم من الاستخدام.

 

يتوفر الآن لمصممي أنظمة المياه في محطات الطاقة النووية خيار آخر عندما يتعلق الأمر باختيار مواد الأنابيب لمياه التبريد المقاومة للتآكل. يمكن للتطبيق الناجح للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 أن يقلل من تكاليف الصيانة ، ويقلل من وقت التوقف عن العمل ويضمن سلامة تشغيل محطات الطاقة النووية.

ما هو DSS؟

DSS ، اختصار للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين ، هو تصنيف للفولاذ المقاوم للصدأ يتكون من فولاذين مع مركز واحد يتكون إما من الأوستينيتيز أو الحديد. تُعرف هذه أيضًا باسم الفولاذ المزدوج نظرًا لأن تركيبتها الكيميائية تتميز بمرحلتين متميزتين ، يتم تمثيل كل منهما عادةً بواسطة مارتينسيت على التوالي. يعتبر هذا الفولاذ مفيدًا جدًا في التطبيقات التي تتطلب صلابة شديدة حيث يمكن تطبيق المرحلتين معًا في درجات حرارة وضغوط عالية. يمكن للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين الحصول على صلابة كافية في كل من مرحلتي الأوستنيتي والمارتنسيت نظرًا لوجود كميات كبيرة من الأوستينيت المتبقي. درجات DSS شائعة الاستخدام هي S31803 و S32750 و SS32550.

الدرجات المزدوجة من الفولاذ المقاوم للصدأ

النوع UNS السويد الألمانيّة فرنسا اليابان
سبيكة منخفضة UN23 (SAF2304) SS232 (SAF2304) دبليو رقم 1.4362 UR35N DP11
سبيكة متوسطة UNS S31500

UNS S31803

SS2376 (3RE60)

SS2377 (SAF2205)

دبليو رقم 1.4417

دبليو رقم 1.4462

UR45N DP1

DP8

سبيكة عالية UNS S32900

UNS S31260

SS2324 (10RE51) دبليو رقم 1.4460

دبليو رقم 1.4501

  329J1

329J2L

دوبلكس سوبر UNS S32750

UNS S32550

SS2328 (SAF2507) دبليو رقم 1.4410

دبليو رقم 1.4507

UR47N +

UR52N +

 

 

بصرف النظر عن السبيكة نفسها ، هناك عامل مهم آخر يساهم في مقاومة التآكل وهو محتوى النيكل. يوجد النيكل بشكل شائع بنسب أعلى في معظم السبائك ، مما يجعله مكونًا مفيدًا للغاية. بالمقارنة مع النيكل ، والذي غالبًا ما يستخدم في السبائك عالية الأداء بسبب التوصيل الكهربائي والقدرة على تشكيل سبائك عالية الجودة ، فإن النيكل لا يستخدم بشكل متكرر في صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين عالي الجودة. أحد الجوانب الأكثر إثارة للاهتمام لسبائك النيكل هو قدرتها على مقاومة التآكل ، مما يجعلها أفضل بديل للمواد عالية الأداء. عند مزجه مع الفولاذ ، ينتج النيكل سبيكة أكثر ثباتًا ، والتي يمكن أن تزيد من قدرة السبيكة على التآكل والقوة الميكانيكية.

خاصية أخرى مهمة لهذه السبيكة هي مقاومتها العالية للتمدد الحراري. يتميز بمستوى عالٍ من مقاومة التمدد الحراري على الرغم من قدرة مقاومة التمدد للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ ، نظرًا لخصائصه الميكانيكية الفائقة. تمنحه هذه الخاصية قدرة ممتازة على الحماية من التآكل ، خاصة أثناء دورة التقسية / إزالة البقع. تتيح ميزة مقاومة التآكل الممتازة للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين الوقوف ضد مجموعة واسعة من المواد الكيميائية. كما أن لديها مستويات عالية من المقاومة تجاه الزيوت والشحوم والسوائل الأخرى ذات مستوى اللزوجة العالية.

بصرف النظر عن الميزات المذكورة أعلاه ، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين مشهور أيضًا بسبب قوته العالية ومتانته. إن تصنيف القوة العالية الذي يصل إلى 300 كجم أصبح ممكنًا من خلال قدرته على استخدام لفات مغزل ثنائية الاتجاه. وهي تتألف من ألياف كربونية صلبة ملفوفة في شرائط متشابكة على كلا الجانبين وتشكل على شكل قضيب مع مغزل. ميزة أخرى تجعلها سبيكة ممتازة هي أن سطحها أملس تمامًا بدون حواف.

أحد أهم العوامل التي تساهم في متانة الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين هو انخفاض معدل مقاومة التآكل. يُظهر هذا الفولاذ معدلًا منخفضًا لتكوين حبيبات بلورية داخل السبيكة الساخنة. يمكن استخدامها لبناء هياكل كبيرة وصغيرة في صناعات مختلفة. نظرًا لمقاومتها للحبوب البلورية ، فإنها تحظى بتقدير كبير في صناعة البناء.

توفر الخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين عددًا من الفوائد التي تجعلها خيارًا ممتازًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. تسمح هذه الخصائص باستخدام هذا الفولاذ في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك بناء المكونات الهندسية الدقيقة والمبادلات الحرارية وتصنيع الصفائح المعدنية. بعض الخصائص الهامة الأخرى لهذا النوع من السبائك تشمل التحمل العالي للحرارة والكثافة المنخفضة ومقاومة التآكل الممتازة. كما أنها توفر عددًا من الخصائص الميكانيكية التي تساهم في الخصائص الإجمالية للسبيكة. وتشمل هذه الصلابة الشديدة والمتانة والمقاومة الكيميائية ومقاومة الزحف.

درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي النيكل

من المعروف أن النيكل عنصر مكلف في صناعة السبائك وهو ضروري في بعض التطبيقات التي تتطلب مقاومة تآكل الإجهاد وهيكل الأوستينيت. على سبيل المثال ، مقاومة الزحف مهمة في بيئات درجات الحرارة المرتفعة ، حيث الأوستنيتي الفولاذ المقاوم للصدأ مطلوبين. على غرار الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ التقليدي ، يعتبر الحد المزدوج سمة مهمة للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الغني بالنيكل بسبب انخفاض طاقة خطأ التراص. الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ عرضة للتكسير الناتج عن التآكل الإجهادي (SCC). ومع ذلك ، فإن مقاومة تآكل الإجهاد تتحسن بشكل كبير عندما يتجاوز محتوى النيكل 20٪. تمت دراسة تأثير النيكل على شدة إجهاد عتبة تآكل الإجهاد (105 ℃ ، 22٪ محلول مائي كلوريد الصوديوم) في سبائك الحديد- Ni-Cr المحتوية على 16٪ ~ 21٪ كروم. يمكن اعتبار الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ الغني بالنيكل (NiASS) فئة منفصلة من الفولاذ المقاوم للصدأ. في الواقع ، مقاومة التآكل الإجهادي للفولاذ ثنائي الطور والفريت المقاوم للصدأ يمكن مقارنتها بمقاومة الفولاذ ثنائي الطور والفريت المقاوم للصدأ عندما يتجاوز محتوى النيكل 30٪. عدة درجات محدودة من الأوستنيتي الغني بالنيكل الفولاذ المقاوم للصدأ مدرجة في الجدول أدناه. تم تصميم الفولاذ الأوستنيتي الفائق المقاوم للصدأ 254SMO و 654SMO خصيصًا لصناعة النفط والغاز. التطبيقات النموذجية هي التبريد بمياه البحر ، وتبييض اللب ، والمعدات الهيدروليكية وأنابيب الأدوات.

 

درجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي النيكل

أشابة C Si Mn Cr Ni Mo W Co Cu Nb N
254SM 0.01 0.8 1.0 20 18 6.1 0.7 0.2
654SM 0.01 3.5 24 22 7.3 0.5 0.5
Sanicro 25 0.1 0.2 0.5 22.5 25 3.6 3.5 3.0 0.5 0.23
Sanicro 28 0.02 0.6 2.0 27 31 3.5 1.0
سبيكة 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
سبيكة 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
سبيكة 625 0.03 0.5 0.5 21 بال 8.5
سبيكة 690 0.02 0.5 0.5 30 60
سبيكة 600 0.05 0.4 0.8 16.5 بال 0.5

تم تصميم SANICRO 25 ، سبيكة 22Cr-25Ni ، للاستخدام في الغلايات حتى 700 درجة مئوية. إنها مادة مناسبة للمسخنات الفائقة وأجهزة إعادة التسخين نظرًا لقوة كسر الزحف الجيدة ومقاومة التآكل في درجات الحرارة العالية. في الواقع ، فإن مقاومة الكسر الزاحف لـ SANICRO 25 تفوق تلك الموجودة في معظم أنواع الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ في نطاق 600 ~ 750 ℃. في بيئة حمضية شديدة التآكل ، عادة ما يكون Sanicro 28 هو الخيار الأفضل. يتم استخدامه في آبار الحفر عالية الكثافة مع الأنابيب والغلاف وبطانة الغاز الحمضي ، وتشمل التطبيقات الأخرى السخانات وأنظمة المضخات والمضخات والحاويات في مصانع حامض الفوسفوريك الرطب ومصانع حمض الفوسفوريك الفائق.

غالبًا ما تستخدم سبيكة 800 في البيئة التي تتراوح من 550 إلى 1100 ℃ ، مما يتطلب مقاومة ممتازة للزحف ، ومقاومة جيدة للتآكل في درجات الحرارة العالية وقوة درجات الحرارة العالية للمواد. تستخدم هذه السبائك أيضًا في منافذ الدخول والمخرج لإنتاج الأمونيا والميثانول والغاز المدني ، وكذلك في أنابيب الفرن المستخدمة في إنتاج كلوريد الفينيل والإيثيلين. تشمل التطبيقات الأخرى أنابيب التبادل الحراري وأنابيب الإشعاع لأسرة الاحتراق المميعة وأجزاء من أفران المعالجة الحرارية ، مثل أنابيب كاتم الصوت والأكمام الواقية للمزدوجات الحرارية.

تم تصميم سبيكة 25Ma 35Cr-353Ni للاستخدام في أفران التكسير وأنابيب إعادة التشكيل حيث يتم معالجة الغازات الاصطناعية في البيئات التي قد تكون فيها الكربنة وامتصاص النيتروجين مشكلة محتملة. على الرغم من وجود بدائل أخرى تحتوي على المزيد من الكروم ، إلا أن 353 MA هو الخيار الأفضل. أحد الأسباب هو أنه يحتوي على العنصر Ce ، والذي يساعد في تكوين طبقة أكسيد سطحية مستقرة جدًا.

تحتوي السبيكة 690 على 60 في المائة من النيكل وتستخدم بشكل أساسي في أنابيب المولدات البخارية في محطات الطاقة النووية. درجة حرارة التشغيل هي 365 ℃ ، حيث يمثل صدع التآكل الإجهادي بين الحبوب مشكلة محتملة. في ظل ظروف خدمة معينة ، تكون سبيكة 690 خالية تقريبًا من التآكل ، مما يجعلها السبيكة المفضلة.

من المثير للاهتمام ملاحظة أن الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ 254SMO الغني بالنيكل يستخدم أيضًا في الفن. تم تركيب تمثال "الله فوق قوس قزح" لكارل ميلز في عام 1995 على الساحل الجنوبي لنك ستراند في ستوكهولم. يبلغ ارتفاع التمثال حوالي 23 مترًا ، وهو موقع ذو مناظر خلابة شهيرة حيث يمر به عدد كبير من البحارة كل يوم. تحتوي مياه البحر المحيطة على الملح ، ومن السهل جدًا أن يتسبب الكلوريد في تآكل السطح ، كما أن الفولاذ الأوستنيتي الفائق المقاوم للصدأ 254SMO مناسب جدًا لهذه البيئة.

عندما تستخدم منفاخ الفولاذ المقاوم للصدأ في مبادل حراري شل

المبادل الحراري للأنبوب المنفاخ هو ترقية تعتمد على مبادل حراري أنبوب مستقيم (لامع). يرث تصميم القمة وحوض الموجة مزايا المبادل الحراري الأنبوبي مثل المتانة والسلامة ، وفي نفس الوقت يتغلب على العيوب مثل ضعف قدرة نقل الحرارة وسهولة القياس. المبدأ هو تحسين معامل نقل الحرارة الكلي لتقليل منطقة نقل الحرارة المطلوبة ، والتي يمكن أن توفر المواد وتقليل الوزن تحت نفس تأثير نقل الحرارة.

لأن الجسم منفاخ تتم معالجته بالضغط على البارد أنبوب مشرق البليت ، يُعتقد عمومًا أنه يمكن تقوية جسم المنفاخ بعد التشكيل. تُظهر تجربة ثبات الضغط الخارجي أن عدم استقرار أنبوب التبادل الحراري المموج تحت الضغط الخارجي يحدث أولاً في قسم الأنبوب المستقيم ، وأن الأنبوب المموج لن يكون مستقرًا إلا إذا استمر الضغط الخارجي في الارتفاع. يشير هذا إلى أن ثبات المقطع المموج أفضل من ثبات المقطع المستقيم وأن الضغط الحرج للقسم المموج أعلى من ضغط المقطع المستقيم.

تظهر التجارب أن تموج تشوه الالتواء حدث في قاع الموجة ، وخاصة حوض الموجة المفردة المحلي ، وعمومًا لا يزيد عن عدم استقرار قاعين في نفس الوقت ، فإنه يوضح أن استقرار قمة الموجة أفضل من القاع ولكن في بعض الأحيان يمكن أن يظهر أيضًا على العكس من ذلك ، في عملية وضع العلامات على البارد ، يكون سمك الحوض وجدار المقطع المستقيم ثابتًا ، ويكون باردًا بعد الأنبوب أقصر في الواقع.

يزيد وجود قمم الموجات وأحواضها في المنفاخ من تأثير الحمل الحراري للتبادل الحراري الشعاعي في الأنابيب ، كما هو موضح في الشكل أدناه:

الحمل الحراري الشعاعي له تأثير كبير على معامل نقل الحرارة الكلي ، وهو السبب الأساسي لانخفاض السعر وخفة الوزن للمبادل الحراري ذي الأنابيب المزدوجة. منطقة التبادل الحراري أنبوب سطح جسم المنفاخ والأنبوب المستقيم كبير بنفس الطول ، لكن هذا التغيير أقل بكثير من مساهمة تغيير قيمة المعامل. يمكن ملاحظة أن سرعة تدفق الأنبوب المستقيم (الضوء) تقل بشكل كبير عندما يكون قريبًا من جدار الأنبوب.

يمكن للمبادل الحراري للقذيفة مع منفاخ أن يجعل سرعة السائل واتجاه التغيير المستمر لتشكيل الاضطراب مقارنة بمبادل الأنبوب المستقيم ، مما يجعل تبادل الحرارة مع الجدار ، ولن يكون التأثير الحدودي الذي يؤثر على نقل الحرارة موجودًا بعد الآن. يمكن زيادة إجمالي معامل نقل الحرارة بمقدار 2 ~ 3 مرات ، ويمكن أن تصل العملية الفعلية إلى 5 مرات ، والوزن خفيف ، وهذا هو السبب في أن سعر المبادل الحراري منفاخ أقل من سعر أنبوب التسخين المستقيم مبادل. وفقًا للحسابات والخبرة العملية ، فإن معامل نقل الحرارة الإجمالي للمنفاخ بسمك 1 مم أقل بنسبة 10٪ من المنفاخ بسمك 0.5 مم. تُظهر بيانات تشغيل مئات المبادلات الحرارية منفاخ أن سمك الجدار (تقريبًا 0.5 مم) هو السبب الرئيسي لتشغيل 10 ~ 14 عامًا دون إصلاح أو تلف كبير.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمبادل الحراري المنفاخ أن يقاوم بشكل فعال تأثير المطرقة المائية. يتم توصيل غلاف المبادل الحراري للوحة الأنبوب المزدوج بمفصل التمدد. إذا كان يعاني من تأثير المطرقة المائية ، فسيكون مفصل التمدد في غير مكانه. يحدث هذا لكل من المنفاخ والمبادلات الحرارية للأنبوب المستقيم ، وقد يتسبب تشوه الغلاف في التواء الأنبوب. ذلك لأن المنفاخ به هامش تمدد أكبر ، فإن الهامش المرن للإجهاد يكون كبيرًا عند الخضوع للتشوه ، أي أن القدرة على مقاومة عدم الاستقرار قوية في هذه الحالة. ولكن في أي حال ، في عملية التثبيت لتجنب حدوث المطرقة المائية ، يمكن اتخاذها من خلال استخدام صمام جلوس الزاوية ومفتاح التأخير وغيرها من التدابير.

مزايا مبادل حراري من الفولاذ المقاوم للصدأ

  • كفاءة نقل الحرارة العالية

يجعل التصميم الخاص للقمة والحوض الخاص بالمنفاخ تدفق السوائل بسبب الطفرة المستمرة في الجزء الداخلي والخارجي من الأنبوب لتشكيل اضطراب قوي. حتى في حالة معدل التدفق الصغير جدًا ، يمكن أن يشكل السائل اضطرابًا قويًا داخل وخارج الأنبوب ، مما يحسن بشكل كبير معامل نقل الحرارة لأنبوب التبادل الحراري. معامل نقل الحرارة أعلى بمقدار 2 ~ 3 مرات من معامل المبادل الحراري للأنبوب التقليدي.

  • لا تحجيم وحظر

يكون الوسط داخل وخارج المنفاخ دائمًا في حالة شديدة الاضطراب ، مما يجعل الجسيمات الصلبة في مقياس متوسط ​​يصعب ترسيبها ؛ من ناحية أخرى ، سيتأثر اختلاف درجة حرارة الوسط بإحداث أثر لتشوه التمدد المحوري ، وسيتغير الانحناء بشكل متكرر ، وسينتج عن أنبوب التبادل الحراري والأوساخ قوة سحب كبيرة ، حتى إذا كان هناك هدوء على نطاق واسع سوف ينكسر إيقاف التشغيل تلقائيًا ، بحيث يحافظ المبادل الحراري دائمًا على أداء أفضل لنقل الحرارة.

  • تعويض تلقائي

يمكن للهيكل الخاص وشكل المنفاخ أن يقلل بشكل فعال من الإجهاد الحراري في حالة التسخين دون إضافة وصلات تمدد ، وبالتالي تبسيط هيكل المنتجات وتحسين موثوقية المنتجات.

  • الخدمة الطويلة في الحياة

تم تحسين قدرة التمدد المحوري ، مما يقلل بشكل فعال من إجهاد فرق درجة الحرارة ويمكن أن يتكيف مع الاختلاف الكبير في درجة الحرارة وتغير الضغط ، لذلك لن يكون هناك تسرب ناتج عن تمزق أنبوب الأنبوب. يعمل الاتصال بين لوحة الحاجز والمنافخ على إطالة عمر خدمة المبادل الحراري.

 

كيف يؤثر النيتروجين على الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN؟

316LN هو إصدار إضافة النيتروجين على أساس الصلب شمومكسل (0.06٪ ~ 0.08٪) ، بحيث يكون لها نفس خصائص 316L ، وقد تم استخدامها في تصنيع المكونات الهيكلية عالية الحرارة في مفاعل التوليد السريع (FBRS). يقلل تقليل محتوى الكربون بشكل كبير من التعرض للتشقق الناتج عن التآكل الناتج عن اللحام في البيئات المسببة للتآكل اللاحقة. يعتبر الزحف ، والتعب المنخفض للدورة ، والتفاعل الزحف والتعب من أهم الاعتبارات لمكونات FBRS. قوة درجات الحرارة العالية 316L الفولاذ المقاوم للصدأ يمكن تحسينه إلى 316 من الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق خلط 0.06٪ ~ 0.08٪ N. سيتم مناقشة تأثير محتوى النيتروجين أعلى من 0.08٪ على الخواص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ 316L عند درجة حرارة عالية في هذا البحث

 

التركيب الكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ 316LN

فرن N C Mn Cr Mo Ni Si S P Fe
المعايير 0.06-0.22 0.02-0.03 1.6-2.0 17-18 2.3-2.5 12.0-12.5 ≤ 0.5 ≤ 0.01 ≤ 0.03 -
1 0.07 0.027 1,7 17.53 2.49 12.2 0.22 0.0055 0.013 -
2 0.11 0.033 1.78 17.63 2.51 12.27 0.21 0.0055 0.015 -
3 0.14 0.025 1.74 17.57 2.53 12.15 0.20 0.0041 0.017 -
4 0.22 0.028 1.70 17.57 2.54 12.36 0.20 0.0055 0.018 -

تم اختبار أربع دفعات من الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN مع محتوى نيتروجين 0.07٪ ، 0.11٪ ، 0.14٪ و 0.22٪ ، ومحتوى كربوني بنسبة 0.03٪ ، لدراسة تأثير النيتروجين على الشد ، الزحف ، إجهاد الدورة المنخفضة والزحف - خصائص التعب من الفولاذ المقاوم للصدأ 316LN. الهدف من هذه التجربة هو إيجاد محتوى النيتروجين الأمثل للحصول على أفضل مزيج من خصائص إجهاد الشد والزحف والدورة المنخفضة. أظهرت النتائج التجريبية أن النيتروجين يمكن أن يحسن قوة الشد والزحف وقوة التعب للفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ. تشمل أسباب الزيادة في القوة تحسين المحلول ، وتقليل طاقة خطأ التراص (SFE) ، وتصلب الترسيب ، وتشكيل المركبات (المذابات الخلالية) ، والفصل الذري ، والتصلب المطلوب. نظرًا لخصائص التبادل الإلكتروني المختلفة ، فإن النيتروجين المذاب في الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ له حجم تمدد أكبر من الكربون.

بالإضافة إلى التفاعل المرن بين النيتروجين والخلع ، يؤثر تفاعل الخلع الخلالي الكهروستاتيكي أيضًا على القوة. تتميز نوى الخلع بنقص الإلكترونات الحرة ، مما يعني أن لها شحنة موجبة. ذرات النيتروجين في الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ مشحونة سلبًا بسبب موضع الإلكترونات الحرة بالقرب من ذرات النيتروجين والتفاعل الكهروستاتيكي بين الاضطرابات وذرات النيتروجين.

تزداد طاقة الارتباط الفعالة بين ذرة النيتروجين والخلع مع زيادة محتوى النيتروجين في الفولاذ الأوستنيتي ، لكن الارتباط ليس واضحًا بالنسبة للكربون. في الفولاذ الأوستنيتي ، يتفاعل النيتروجين الخلالي مع العناصر البديلة ويميل إلى تكوين تركيبات ذرية بديلة بينية. يرتبط المركب بسهولة بالعناصر الموجودة على يسار الحديد في الجدول الدوري ، مثل Mn و Cr و Ti و V. هناك ارتباط قوي بين خصائص الترابط بين الذرات (أي ، الاتجاه مقابل عدم التوجيه) والقرب من المجاور ذرات في نظام سبيكة متعدد المكونات. يسهل الترابط بين ذرات المعدن الترتيب قصير المدى ، وهو ارتباط ذرات العناصر المختلفة. يسهل الاستقطاب بين الذرات تبادل الإلكترونات التساهمية ، والترابط بين ذرات نفس العنصر. يعزز الكربون تجميع ذرات الاستبدال في المحلول الصلب القائم على الحديد ، بينما يسهل النيتروجين الترتيب قصير المدى.

بشكل عام ، مقاومة الخضوع (YS) وقوة الشد القصوى (UTS) من 316L تم تحسين الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل كبير عن طريق صناعة السبائك بنسبة 0.07٪ ~ 0.22٪ من النيتروجين. لوحظت الزيادة في القوة في جميع الاختبارات في نطاق درجة حرارة 300 ~ 1123 كلفن. لوحظ شيخوخة الإجهاد الديناميكي ضمن نطاق درجة حرارة محدودة. نطاق درجة حرارة شيخوخة الإجهاد الديناميكي (DSA) يتناقص مع زيادة محتوى النيتروجين.