Hochfester Edelstahl für Flugzeuganwendungen

Wir nennen normalerweise Zugfestigkeit höher als 800MPa, Streckgrenze höher als 500MPa Edelstahl ist hochfester Edelstahl, Streckgrenze höher als 1380MPa Edelstahl wird als ultrahochfester Edelstahl bezeichnet. Die Entwicklung der Luftfahrtindustrie hat bewiesen, dass die Verbesserung der Leistung von Flugzeugen und Triebwerken weitgehend von metallischen Werkstoffen abhängt. Aufgrund der hohen Festigkeit, der hohen Zähigkeit, der hohen Spannungsrisskorrosionsbeständigkeit und der guten Schlagzähigkeit von Stahl werden einige wichtige Strukturkomponenten von Flugzeugen wie Fahrwerk, Träger, hochbeanspruchte Gelenke, Befestigungselemente und andere hochfeste rostfreie Stähle immer noch verwendet.

Hochfester Edelstahl umfasst hauptsächlich martensitischen ausscheidungshärtenden Edelstahl und halbaustenitischen ausscheidungshärtenden Edelstahl. Die Festigkeit des martensitischen ausscheidungshärtenden Edelstahls wird durch Martensitumwandlung und Ausscheidungshärtungsbehandlung erreicht, der Vorteil ist eine hohe Festigkeit, gleichzeitig aufgrund von niedrigem Kohlenstoff, hohem Chrom, hohem Molybdän und / oder hohem Kupfergehalt ist seine Korrosionsbeständigkeit im Allgemeinen nicht weniger als 18Cr-8Ni austenitischer Edelstahl; Freischneiden, gute Schweißbarkeit, kein lokales Glühen nach dem Schweißen erforderlich, Wärmebehandlungsprozess ist relativ einfach. Der Hauptnachteil besteht darin, dass seine Struktur selbst im geglühten Zustand immer noch kohlenstoffarmer Martensit ist, so dass es schwierig ist, eine Kaltverformung mit tiefer Verformung durchzuführen. Die typische Stahlsorte ist 17-4PH und PH13-8Mo, verwendet für die Herstellung von hochfesten korrosionsbeständigen Lagerkomponenten wie Motorlagerteilen, Befestigungselementen usw., die bei 400 ° C arbeiten. PH13-8Mo wird häufig in korrosionsbeständigen Bauteilen für mittlere Temperaturen in der Luftfahrt verwendet.

Der halbaustenitische ausscheidungsgehärtete Edelstahl kann im austenitischen Zustand bearbeitet, kalt verformt und geschweißt werden, und dann können die Martensit-Umwandlung und die Ausscheidungshärtung durch Einstellen der Alterung gesteuert werden, um unterschiedliche Festigkeits- und Zähigkeitskoordinationen zu erhalten. Der Stahl hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und thermische Festigkeit, insbesondere Spannungskorrosionsbeständigkeit, und ist besonders geeignet für die Herstellung von Teilen, die unter 540 verwendet werden. Der Nachteil besteht darin, dass der Wärmebehandlungsprozess komplex ist, die Anforderungen an die Temperaturregelung der Wärmebehandlung sind sehr genau (±5℃); Die Kaltverfestigungstendenz von Stahl ist groß, und für die Tiefverformung der Kaltumformung werden oft viele Zwischenglühzeiten benötigt. Typische Noten sind 17-7PH, PH15-7Mo usw. Diese Art von Stahl wird hauptsächlich in der Luftfahrtindustrie verwendet, um bei 400 ° C unter der korrosionstragenden Struktur zu arbeiten, wie z. B. alle Arten von Rohren, Rohrverbindungen, Federn, Befestigungselementen usw.

 

Flugzeugfahrwerk

Die für den Bau von Flugzeugfahrwerken verwendeten Materialien sind 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 und andere Flugzeugfahrwerke und Verbindungselemente mit höheren Anforderungen bestehen meist aus ausscheidungsgehärtetem Edelstahl, wie z 17-4PH für DAS Fahrwerk von F-15 Flugzeugen, 15-5pH für das Fahrwerk von B-767 Flugzeugen. PH13-8mo-Stahl hat das Potenzial, 17-4PH zu ersetzen, 15-5PH, 17-7PH, PH15-7Mo und andere Stähle aufgrund seiner besseren Spannungskorrosionsbeständigkeit als ausscheidungsgehärteter Edelstahl gleicher Güte.

Das Planlager

Das deutsche FAG-Unternehmen hat den mit Stickstoff versetzten Martensit-Edelstahl Cronidur30 (0.31 % C-0.38 % N-15 % Cr-L % Mo) entwickelt, der im PESR-Verfahren des Elektroschlacke-Umschmelzens unter Hochdruck-Stickstoffatmosphäre hergestellt wird. Es ist ein Hochtemperatur-Edelstahl mit hohem Stickstoffgehalt, der vollständig gehärtet ist und korrosionsbeständiger ist als SUS440. Es ist nicht für hohe DN-Werte (D: Innendurchmesser des Lagers/mm, N: Wellenumdrehung/arin) geeignet, da das gleiche Cronidur30 aufgrund seiner Eigenschaften des Vollhärtetyps den Druckeigenspannungs- und Bruchzähigkeitswert von DN4 Millionen at erfüllt gleichzeitig durch Hochfrequenzlöschung. Aber die Anlasstemperatur ist niedriger als 15O℃, sie kann dem Anstieg der Lagertemperatur durch Thermoschock nach dem Abschalten des Motors nicht standhalten.

Flugzeug tragende Strukturbauteile

Hochfester Edelstahl in der Flugzeugtragstruktur ist hauptsächlich 15-5PH, 17-4PH, PH13-8Mo usw., einschließlich Lukendeckelverriegelung, hochfester Schraube, Feder und anderen Teilen. Zivilflugzeuge verwenden einen solchen hochfesten Edelstahl für Flügelholme, wie beispielsweise 15-5PH-Stahl für Boeing 737-600 Flügelholme; Typ A340-300 Flügel SPAR PH13-8Mo Stahl. Ph13-8Mo wird für Teile verwendet, die eine hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, insbesondere für die Querleistung, wie beispielsweise Rumpfspanten. In jüngerer Zeit wurde Custom465 aufgrund erhöhter Zähigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit getestet. Custom465 wurde von Carpenter auf Basis von Custom450 und Custom455 für die Herstellung von Flugzeugklappenführungen, Vorflügelführungen, Getrieben, Motorhalterungen usw. entwickelt. Der Stahl ist derzeit in den technischen Spezifikationen MMPDS-02, AMS5936 und ASTM A564 enthalten. Zur Herstellung der Flugzeugstruktur wird hochfester Edelstahl HSL180 (0.21C-12.5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo) verwendet, der die gleiche Festigkeit von 1800 MPa wie niedriglegierter Stahl wie 4340 und die gleiche Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit aufweist als ausscheidungsgehärteter Edelstahl wie SUS630.

 

Warum wird Duplex-Edelstahl in Kühlwassersystemen von Kernkraftwerken verwendet?

Als saubere Energiequelle trägt Kernkraft wesentlich zur Reduzierung der COXNUMX-Emissionen weltweit bei. Das Kühlwasser-Rohrleitungssystem ist der Schlüssel zum sicheren Betrieb eines Kernkraftwerks. Es besteht aus Tausenden von Metern Rohren mit verschiedenen Durchmessern und Größen. Es sorgt für eine zuverlässige Wasserversorgung zur Kühlung von Anlagenteilen. Das nicht sicherheitsrelevante Rohrleitungssystem muss ausreichend Kühlwasser zur Kühlung der Anlage bereitstellen, während das Sicherheitssystem ausreichend Kühlwasser bereitstellen muss, um den Reaktor unter Kontrolle zu bringen und im Notfall sicher abzuschalten.

Diese Rohrwerkstoffe müssen während der gesamten Lebensdauer der Ausrüstung beständig gegen Kühlwasserkorrosion sein. Je nach Standort der Anlage kann die Art des Kühlwassers von relativ sauberem Süßwasser bis hin zu kontaminiertem Meerwasser reichen. Erfahrungsgemäß können mit zunehmendem Alter der Anlagen verschiedene Korrosionsprobleme und Korrosionsgrade auftreten, die die Anlage beschädigen und die Bereitstellung des benötigten Kühlwassers verhindern.

Probleme mit Kühlwasserleitungen betreffen häufig Materialien und deren Wechselwirkungen mit Kühlwasser. Leckage durch Verschmutzung (Verstopfen) und Korrosion des Systems sind die häufigsten Probleme, einschließlich Sedimentansammlung, Meeresbiologie (Biofouling), Ansammlung von Korrosionsprodukten und Blockierung von Fremdstoffen. Leckagen werden normalerweise durch mikrobielle Korrosion (MIC) verursacht, bei der es sich um eine sehr korrosive Korrosion durch bestimmte Mikroorganismen im Wasser handelt. Diese Form der Korrosion tritt häufig bei Kohlenstoffstahl und niedriglegiertem Edelstahl auf.

Edelstahl gilt seit langem als praktikable Option für den Bau neuer Wasserleitungssysteme und für die Reparatur oder den Austausch bestehender Systeme aus Kohlenstoffstahl. Der Edelstahl, der üblicherweise in Rohraufrüstungslösungen verwendet wird, ist 304L, 316L oder 6%-Mo-Edelstahl. 316L und 6% Mo Edelstahl bieten große Leistungs- und Preisunterschiede. Wenn das Kühlmedium unbehandeltes Wasser ist, das stark korrosiv ist und die Gefahr einer mikrobiellen Korrosion birgt, sind 304L und 316L keine geeignete Wahl. Infolgedessen mussten Kernkraftwerke auf 6%-Mo-Edelstahl aufrüsten oder die hohen Wartungskosten von Kohlenstoffstahlsystemen in Kauf nehmen. Einige Kernkraftwerke verwenden aufgrund der geringeren Anschaffungskosten noch Auskleidungsrohre aus Kohlenstoffstahl. Gemäß ASTM A240 werden Rohrleitungssysteme für die industrielle Wasserversorgung häufig aus rostfreiem Stahl hergestellt:

Noten 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%Mo 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 /

Der 2205 Duplex-Edelstahl erwies sich als ausgezeichnete Wahl. Das Kernkraftwerk Catawba von Duke Power in South Carolina ist das erste Kernkraftwerk, das zweiphasigen Edelstahl 2205 (UNS S32205) in seinen Systemen verwendet. Diese Sorte enthält etwa 3.2 % Molybdän und hat eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine deutlich bessere mikrobielle Korrosionsbeständigkeit als Edelstahl 304L und 316L.

Die Auskleidungsrohre aus Kohlenstoffstahl im oberirdischen Teil des Rohrleitungssystems, das das Versorgungswasser zum Kühlturm des Hauptkondensators leitet, wurden durch 2205 Duplex-Edelstahlrohre ersetzt.

Der neue Ersatz 2205 Duplex-Edelstahlrohr wurde 2002 installiert. Das Rohr ist 60 Meter lang, 76.2 cm und 91.4 cm im Durchmesser und die Wandstärke des Rohres beträgt 0.95 cm. Das nach ASME B31.1 spezifizierte System Power Piping, das einer der Managementcodes für den sicheren Einsatz von Kraftwerks-Rohrleitungssystemen ist und weltweit weit verbreitet ist. Nach 500 Betriebstagen wurde das System gründlich inspiziert. Bei der Inspektion wurden keine Ablagerungen oder Korrosion festgestellt. 2205 Duplex-Edelstahl hat sich sehr gut entwickelt. 2205 Edelstahlrohre haben sich seit ihrer Installation mehr als ein Jahrzehnt lang bewährt. Basierend auf dieser Erfahrung hat Duke Power verwendet 2205 Duplex-Edelstahlrohre in anderen Teilen seines Systems.

Internes Rohr 2205 nach 500 Tagen Gebrauch.

 

Konstrukteure von Kernkraftwerkswassersystemen haben jetzt eine weitere Option, wenn es um die Auswahl von Rohrmaterialien für korrosionsbeständiges Kühlwasser geht. Der erfolgreiche Einsatz von 2205 Duplex Edelstahl kann Wartungskosten reduzieren, Ausfallzeiten reduzieren und die Betriebssicherheit von Kernkraftwerken gewährleisten.

Was ist DSS?

DSS, die Abkürzung für Duplex-Edelstahl, ist eine Klassifizierung von Edelstählen, die aus zwei Stählen bestehen, wobei der mittlere entweder austenitisieren oder aus Eisen besteht. Diese werden auch als Duplexstähle bezeichnet, da ihre chemische Struktur zwei verschiedene Phasen aufweist, die beide normalerweise durch Martensit repräsentiert werden. Diese Stähle sind sehr nützlich bei Anwendungen, die extreme Zähigkeit erfordern, da die beiden Phasen bei hohen Temperaturen und Drücken zusammen angewendet werden können. Der Duplex-Edelstahl kann aufgrund des Vorhandenseins erheblicher Mengen an Restaustenit sowohl in seiner austenitischen als auch in seiner martensitischen Phase eine ausreichende Härte erreichen. Die am häufigsten verwendeten DSS-Typen sind S31803, S32750 und SS32550.

Die Duplex-Edelstahlsorten

Typ UNS Schweden Deutsch Frankreich Japan
Niedrig legierten UN23 (SAF2304) SS232(SAF2304 W.Nr.1.4362 UR35N DP11
Mittlere Legierung UNS S31500

UNS S31803

SS2376(3RE60)

SS2377 (SAF2205)

W.Nr.1.4417

W.Nr.1.4462

UR45N DP1

DP8

Hochlegierung UNS S32900

UNS S31260

SS2324(10RE51) W.Nr.1.4460

W.Nr.1.4501

  329J1

329J2L

Super Duplex UNS S32750

UNS S32550

SS2328 (SAF2507) W.Nr.1.4410

W.Nr.1.4507

UR47N+

UR52N+

 

 

Neben der Legierung selbst ist der Nickelgehalt ein weiterer wichtiger Faktor, der zur Korrosionsbeständigkeit beiträgt. Nickel ist in den meisten Legierungen üblicherweise in höheren Prozentsätzen enthalten, was es zu einem äußerst nützlichen Bestandteil macht. Im Vergleich zu Nickel, das wegen seiner elektrischen Leitfähigkeit und der Fähigkeit, hochwertige Legierungen zu bilden, häufig in Hochleistungslegierungen verwendet wird, wird Nickel nicht so häufig bei der Herstellung von hochwertigem Duplex-Edelstahl verwendet. Einer der interessantesten Aspekte von Nickellegierungen ist ihre Korrosionsbeständigkeit, die sie zur besten Alternative für Hochleistungswerkstoffe macht. Beim Mischen mit dem Stahl erzeugt Nickel eine stabilere Legierung, die die Verschleißfähigkeit und mechanische Festigkeit der Legierung erhöhen kann.

Eine weitere wesentliche Eigenschaft dieser Legierung ist ihre hohe Wärmeausdehnungsbeständigkeit. Aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften weist es trotz der Ausdehnungsbeständigkeit austenitischer Edelstähle eine hohe Wärmeausdehnungsbeständigkeit auf. Diese Eigenschaft verleiht ihm ein ausgezeichnetes Korrosionsschutzvermögen, insbesondere während des Temper-/Entfärbungszyklus. Die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit von Duplex-Edelstahl ermöglicht es, einer Vielzahl von Chemikalien standzuhalten. Es weist auch eine hohe Beständigkeit gegenüber Öl, Fett und anderen Flüssigkeiten mit hoher Viskosität auf.

Abgesehen von den oben genannten Eigenschaften ist Duplex-Edelstahl auch wegen seiner hohen Festigkeit und Haltbarkeit beliebt. Seine hohe Festigkeit von bis zu 300 kg wird durch die Verwendung von zweidirektionalen Dornrollen ermöglicht. Es besteht aus einer harten Kohlefaser, die zu Bändern gewalzt ist, die beidseitig verflochten und mit einem Dorn zu einem Stab geformt werden. Ein weiteres Merkmal, das es zu einer hervorragenden Legierung macht, ist die völlig glatte Oberfläche ohne Grate.

Einer der wichtigsten Faktoren, die zur Haltbarkeit von Duplex-Edelstählen beitragen, ist ihre geringe Lochfraßkorrosionsbeständigkeit. Diese Stähle weisen eine geringe Bildungsrate von kristallinen Körnern innerhalb der heißen Legierung auf. Mit ihnen können sowohl große als auch kleine Bauwerke in verschiedenen Branchen gebaut werden. Aufgrund ihrer Beständigkeit gegen kristalline Körner werden sie von der Bauindustrie sehr geschätzt.

Die mechanischen Eigenschaften von Duplex-Edelstahl bieten eine Reihe von Vorteilen, die sie zu einer ausgezeichneten Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen machen. Diese Eigenschaften ermöglichen die Verwendung dieser Stähle für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich des Präzisionsmaschinenbaus, der Wärmetauscher und der Blechherstellung. Einige andere wichtige Eigenschaften dieses Legierungstyps sind eine hohe Wärmetoleranz, eine geringe Dichte und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Sie bieten auch eine Reihe von mechanischen Eigenschaften, die zu den Gesamteigenschaften der Legierung beitragen. Dazu zählen extreme Härte, Zähigkeit, chemische Beständigkeit und Kriechfestigkeit.

Nickel austenitische Edelstahlsorten

Nickel ist bekanntlich ein teures Legierungselement und ist in einigen Anwendungen unerlässlich, bei denen sowohl Spannungskorrosionsbeständigkeit als auch Austenitstruktur erforderlich sind. Kriechfestigkeit ist beispielsweise in Hochtemperaturumgebungen wichtig, in denen austenitische rostfreier Stahl wird gebraucht. Ähnlich wie bei den traditionellen austenitischen rostfreien Stählen ist die Zwillingsgrenze aufgrund der geringeren Stapelfehlerenergie ein wesentliches Merkmal der nickelreichen austenitischen rostfreien Stähle. Austenitische Edelstähle sind anfällig für Spannungsrisskorrosion (SCC). Die Spannungskorrosionsbeständigkeit wird jedoch stark verbessert, wenn der Nickelgehalt 20 % überschreitet. Der Einfluss von Nickel auf die Spannungsintensität der Spannungskorrosionsschwelle (105℃, 22%ige wässrige NaCl-Lösung) in Fe-Ni-Cr-Legierungen mit 16%~21% Chrom wird untersucht. Nickelreicher austenitischer Edelstahl (NiASS) kann als separate Klasse von Edelstahl betrachtet werden. Tatsächlich ist die Spannungskorrosionsbeständigkeit von zweiphasigen und ferritischen Edelstählen mit der von zweiphasigen und ferritischen Edelstählen vergleichbar, wenn der Nickelgehalt 30 % überschreitet. Mehrere begrenzte Qualitäten von nickelreichen austenitischen rostfreier Stahl sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Die superaustenitischen Edelstähle 254SMO und 654SMO wurden speziell für die Öl- und Gasindustrie entwickelt. Typische Anwendungen sind Meerwasserkühlung, Zellstoffbleiche und Ausrüstung für Hydraulik- und Instrumentenleitungen.

 

Ni-Austenitische Edelstähle

Legierung C Si Mn Cr Ni Mo W Co Cu Nb N
254SMo 0.01 0.8 1.0 20 18 6.1 0.7 0.2
654SMo 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
Legierung 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
Legierung 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
Legierung 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
Legierung 690 0.02 0.5 0.5 30 60
Legierung 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

SANICRO 25, eine 22Cr-25Ni-Legierung, ist für den Einsatz in Kesseln bis 700 °C ausgelegt. Aufgrund seiner guten Kriechbruchfestigkeit und Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit ist es ein geeigneter Werkstoff für Überhitzer und Zwischenüberhitzer. Tatsächlich ist die Kriechbruchfestigkeit von SANICRO 25 der der meisten austenitischen rostfreien Stähle im Bereich von 600~750℃ überlegen. In einer stark korrosiven sauren Umgebung ist Sanicro 28 normalerweise die beste Wahl. Es wird in hochintensiven Bohrlöchern mit Rohren, Verrohrungen und Sauergasauskleidung verwendet, und andere Anwendungen umfassen Heizungen, Pumpensysteme sowie Pumpen und Behälter in Nassphosphorsäureanlagen und Superphosphorsäureanlagen.

Alloy 800 wird häufig im Umgebungsbereich von 550 bis 1100 ℃ verwendet, was eine hervorragende Kriechbeständigkeit, gute Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit der Materialien erfordert. Diese Legierungen werden auch in den Einlass- und Auslassöffnungen der Produktion von Ammoniak, Methanol und zivilem Gas sowie in den Ofenrohren verwendet, die bei der Produktion von Vinylchlorid und Ethylen verwendet werden. Weitere Anwendungen sind Wärmetauscherrohre und Strahlungsrohre für Wirbelbetten und Teile von Wärmebehandlungsöfen, wie Schalldämpferrohre und Schutzhülsen für Thermoelemente.

Die 25Cr-35Ni-Legierung 353Ma wurde für den Einsatz in Cracköfen und Reformierrohren entwickelt, in denen synthetische Gase in Umgebungen behandelt werden, in denen Aufkohlung und Stickstoffabsorption potenziell problematisch sind. Obwohl es andere Alternativen gibt, die mehr Chrom enthalten, ist 353 MA die beste Wahl. Ein Grund dafür ist, dass es das Element Ce enthält, das zur Bildung einer sehr stabilen Oberflächenoxidschicht beiträgt.

Alloy 690 enthält 60 Prozent Nickel und wird hauptsächlich in der Verrohrung von Dampferzeugern in Kernkraftwerken verwendet. Die Betriebstemperatur beträgt 365 ° C, bei der Spannungsrisskorrosion zwischen den Körnern ein potenzielles Problem darstellt. Unter bestimmten Einsatzbedingungen ist Alloy 690 nahezu korrosionsfrei und damit die bevorzugte Legierung.

Interessant ist, dass der nickelreiche austenitische Edelstahl 254SMO auch für die Kunst verwendet wird. Die Skulptur „God, Over the Rainbow“ von Carl Milles wurde 1995 an der Südküste des Nak Strands in Stockholm installiert. Die Skulptur ist etwa 23 m hoch und ein berühmter Aussichtspunkt, an dem täglich viele Seefahrer vorbeikommen. Das umgebende Meerwasser enthält Salz, Chlorid verursacht sehr leicht Oberflächenkorrosion, hochfester superaustenitischer Edelstahl 254SMO ist für diese Umgebung sehr geeignet.

Beim Einsatz von Edelstahlbälgen im Rohrwärmetauscher

Der Balgrohrwärmetauscher ist ein Upgrade, das auf einem geraden (hellen) Rohrwärmetauscher basiert. Das Design des Wellenkamms und der Wellenwanne übernimmt die Vorteile des rohrförmigen Wärmetauschers wie Haltbarkeit und Sicherheit und überwindet gleichzeitig die Mängel wie schlechte Wärmeübertragungskapazität und einfache Skalierung. Das Prinzip besteht darin, den Gesamtwärmeübertragungskoeffizienten zu verbessern, um die erforderliche Wärmeübertragungsfläche zu verringern, wodurch bei gleichem Wärmeübertragungseffekt Material eingespart und Gewicht reduziert werden kann.

Denn der Balgkörper wird durch Kaltpressen von bearbeitet helle Pfeife Es wird allgemein angenommen, dass der Balgkörper nach dem Formen gestärkt werden kann. Das Außendruckstabilitätsexperiment zeigt, dass die Instabilität des Wellwärmeaustauschrohrs unter Außendruck zuerst im geraden Rohrabschnitt auftritt und das Wellrohr nur dann instabil ist, wenn der Außendruck weiter ansteigt. Dies zeigt an, dass die Stabilität des Wellprofils besser ist als die des geraden Abschnitts und dass der kritische Druck des Wellprofils höher ist als der des geraden Abschnitts.

Experimente zeigen, dass die Welligkeit der Knickverformung im Wellentrog, insbesondere im lokalen Einzelwellentrog, auftrat und im Allgemeinen nicht mehr als zwei Mulden gleichzeitig instabil war. Dies zeigt, dass die Stabilität des Wellenkamms besser ist als der Trog, aber manchmal auch auftreten kann Im Gegensatz dazu sind beim Kaltpressmarkierungsprozess sowohl die Mulde als auch die Wandstärke des geraden Abschnitts konstant, kalt, nachdem das Rohr tatsächlich kürzer ist.

Das Vorhandensein von Wellenspitzen und -tälern im Balg erhöht den Effekt der radialen Wärmeaustauschkonvektion in den Rohren, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:

Die radiale Konvektion hat einen großen Einfluss auf den gesamten Wärmeübergangskoeffizienten. Dies ist der Hauptgrund für den niedrigen Preis und das geringe Gewicht des Doppelrohrplatten-Balgwärmetauschers. Der Wärmeaustauschbereich der Tube Die Körperoberfläche des Balgs und des geraden Rohrs ist bei gleicher Länge groß, aber diese Änderung ist weitaus geringer als der Beitrag der Änderung des Koeffizientenwerts. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des geraden (leichten) Rohrs in der Nähe der Rohrwand erheblich verringert ist.

Der Mantelwärmetauscher mit Faltenbalg kann die Flüssigkeitsgeschwindigkeit und -richtung ständig ändern, um Turbulenzen zu bilden, verglichen mit einem geraden Rohraustauscher, wodurch der Wärmeaustausch mit der Wand erfolgt und der Randeffekt, der die Wärmeübertragung beeinflusst, nicht mehr besteht. Der Gesamtwärmeübergangskoeffizient kann um das 2- bis 3-fache erhöht werden, und der tatsächliche Betrieb kann sogar das 5-fache erreichen, und das Gewicht ist gering, weshalb der Preis für einen Balgwärmetauscher niedriger ist als der für die Wärme des geraden Rohrs Wärmetauscher. Nach Berechnung und praktischer Erfahrung ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient eines 1 mm dicken Balgs 10% niedriger als der eines 0.5 mm dicken Balgs. Die Betriebsdaten von Hunderten von Balgwärmetauschern zeigen, dass die Wandstärke (fast alle 0.5 mm) der Hauptgrund für den Betrieb von 10 bis 14 Jahren ohne größere Reparaturen oder Schäden ist.

Darüber hinaus kann der Balgwärmetauscher dem Aufprall eines Wasserschlags wirksam widerstehen. Der Mantel des Doppelrohrplatten-Wärmetauschers ist mit einer Dehnungsfuge verbunden. Wenn es unter dem Aufprall eines Wasserschlags leidet, wird die Dehnungsfuge verlegt. Dies geschieht sowohl bei Balg- als auch bei geraden Rohrwärmetauschern, und die Verformung des Mantels kann dazu führen, dass sich das Rohr verdreht. Da der Balg einen größeren Ausdehnungsspielraum hat, ist der elastische Dehnungsspielraum bei Verformung groß, dh die Fähigkeit, einer Instabilität zu widerstehen, ist in diesem Fall stark. In jedem Fall kann bei der Installation, um das Auftreten von Wasserschlägen zu vermeiden, die Verwendung eines Winkelsitzventils, eines Verzögerungsschalters und anderer Maßnahmen erfolgen.

Vorteile des Balgwärmetauschers aus Edelstahl

  • Hohe Wärmeübertragungseffizienz

Das spezielle Kamm- und Trogdesign des Balgs lässt die Flüssigkeit aufgrund der kontinuierlichen Mutation des Innen- und Außenabschnitts des Rohrs fließen, um starke Turbulenzen zu bilden. Selbst bei einer sehr kleinen Durchflussrate kann das Fluid innerhalb und außerhalb des Rohrs eine starke Störung bilden, die den Wärmeübergangskoeffizienten des Wärmeaustauschrohrs erheblich verbessert. Der Wärmeübergangskoeffizient ist 2 bis 3 Mal höher als der des herkömmlichen Rohrwärmetauschers.

  • Keine Skalierung und Blockierung

Das Medium innerhalb und außerhalb des Balgs befindet sich immer in einem sehr turbulenten Zustand, was es schwierig macht, die festen Partikel im Medium abzuscheiden. Andererseits wird durch die Temperaturdifferenz des Mediums eine Spur einer axialen Ausdehnungsverformung erzeugt, die Krümmung ändert sich häufig, das Schmutz- und Wärmeaustauschrohr erzeugt eine große Zugkraft, selbst wenn Ablagerungsruhe vorliegt, wird daher die Ruhe brechen automatisch ausschalten, so dass der Wärmetauscher immer eine dauerhafte, bessere Wärmeübertragungsleistung beibehält.

  • Automatische Kompensation

Die spezielle Struktur und Form des Balgs kann die thermische Belastung unter der Bedingung des Erhitzens ohne Hinzufügen von Dehnungsfugen wirksam reduzieren, wodurch die Struktur der Produkte vereinfacht und die Zuverlässigkeit der Produkte verbessert wird.

  • Lange Lebensdauer

Die axiale Expansionsfähigkeit wird verbessert, wodurch die Temperaturdifferenzspannung effektiv reduziert wird und sich an die große Temperaturdifferenz und Druckänderung anpassen kann, so dass keine Leckage durch Rohrmündungsbruch verursacht wird. Die Verbindung zwischen der Prallplatte und dem Balg verlängert die Lebensdauer des Wärmetauschers.

 

Wie wirkt sich der Stickstoff auf Edelstahl 316LN aus?

316LN ist die auf Stickstoff basierende Version 316L Stahl (0.06% ~ 0.08%), so dass es die gleichen Eigenschaften wie 316L aufweist, wurde bei der Herstellung von Hochtemperatur-Strukturkomponenten in einem schnellen Brutreaktor (FBRS) verwendet. Durch die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts wird die Anfälligkeit für Spannungsrisskorrosion aufgrund des Schweißens in nachfolgenden korrosiven Umgebungen erheblich verringert. Das Kriechen, die Ermüdung bei geringem Zyklus und die Wechselwirkung zwischen Kriechen und Ermüdung sind die wichtigsten Überlegungen für FBRS-Komponenten. Die Hochtemperaturfestigkeit von 316L Edelstahl kann durch Legieren von 316% ~ 0.06% N auf Edelstahl 0.08 verbessert werden. Der Einfluss eines Stickstoffgehalts von mehr als 0.08% auf die mechanischen Eigenschaften von Edelstahl 316L bei hoher Temperatur wird in diesem Artikel diskutiert.

 

Chemische Zusammensetzung von Edelstahl 316LN

Ofen N C Mn Cr Mo Ni Si S P Fe
Standards 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 -

Diese vier Chargen aus rostfreiem Stahl 316LN mit einem Stickstoffgehalt von 0.07%, 0.11%, 0.14% und 0.22% und einem Kohlenstoffgehalt von 0.03% wurden getestet, um die Auswirkungen von Stickstoff auf Zugfestigkeit, Kriechen, Ermüdung und Kriechen bei niedrigen Zyklen zu untersuchen Ermüdungseigenschaften von Edelstahl 316LN. Das Ziel dieses Experiments ist es, den optimalen Stickstoffgehalt zu finden, um die beste Kombination von Zug-, Kriech- und Ermüdungseigenschaften mit geringem Zyklus zu erhalten. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass Stickstoff die Zugfestigkeit, Kriech- und Dauerfestigkeit von austenitischen rostfreien Stählen verbessern kann. Die Gründe für die Erhöhung der Festigkeit umfassen Lösungsverbesserung, verringerte Stapelfehlerenergie (SFE), Ausscheidungshärten, Bildung von Verbundwerkstoffen (interstitielle gelöste Stoffe), atomare Entmischung und geordnetes Härten. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Elektronenaustauscheigenschaften hat der in austenitischem Edelstahl gelöste Stickstoff ein größeres Expansionsvolumen als Kohlenstoff.

Neben der elastischen Wechselwirkung zwischen Stickstoff und Versetzung beeinflusst die elektrostatische interstitielle Versetzungswechselwirkung auch die Festigkeit. Versetzungskerne sind durch den Mangel an freien Elektronen gekennzeichnet, was bedeutet, dass sie eine positive Ladung haben. Die Stickstoffatome in austenitischen rostfreien Stählen sind aufgrund der Position freier Elektronen in der Nähe der Stickstoffatome und der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen den Versetzungen und den Stickstoffatomen negativ geladen.

Die effektive Bindungsenergie zwischen dem Stickstoffatom und der Versetzung nimmt mit zunehmendem Stickstoffgehalt in austenitischem Stahl zu, aber die Korrelation ist für Kohlenstoff nicht offensichtlich. In austenitischen Stählen interagiert interstitieller Stickstoff mit Substituentenelementen und neigt dazu, interstitielle Substituentenatomzusammensetzungen zu bilden. Die Verbindung bindet leicht an Elemente links von Fe im Periodensystem wie Mn, Cr, Ti und V. Es besteht eine starke Korrelation zwischen den Eigenschaften der interatomaren Bindung (dh Orientierung gegenüber Unorientierung) und der Nähe benachbarter Verbindungen Atome in einem Mehrkomponentenlegierungssystem. Die Bindung zwischen Metallatomen erleichtert die Nahordnung, dh die Bindung von Atomen verschiedener Elemente. Die interatomare Polarisation erleichtert den Austausch kovalenter Elektronen, die Bindung zwischen Atomen desselben Elements. Kohlenstoff fördert die Aggregation von Substitutionsatomen in der festen Lösung auf Eisenbasis, während Stickstoff die Nahordnung erleichtert.

Im Allgemeinen sind die Streckgrenze (YS) und die Zugfestigkeit (UTS) von 316L Edelstahl wird durch das Legieren von 0.07% ~ 0.22% Stickstoff signifikant verbessert. Die Zunahme der Festigkeit wurde in allen Tests im Temperaturbereich von 300 bis 1123 K beobachtet. Innerhalb eines begrenzten Temperaturbereichs wurde eine dynamische Alterung der Dehnung beobachtet. Der Temperaturbereich der dynamischen Dehnungsalterung (DSA) nimmt mit zunehmendem Stickstoffgehalt ab.