Acciaio inossidabile ad alta resistenza utilizzato nelle applicazioni aeronautiche

Di solito chiamiamo resistenza alla trazione superiore a 800 MPa, la resistenza allo snervamento superiore a 500 MPa è acciaio inossidabile ad alta resistenza, la resistenza allo snervamento superiore a 1380 MPa è denominata acciaio inossidabile ad altissima resistenza. Lo sviluppo dell'industria aeronautica ha dimostrato che il miglioramento delle prestazioni degli aerei e dei motori aeronautici dipende in gran parte dai materiali metallici. A causa dell'elevata resistenza, dell'elevata tenacità, dell'elevata resistenza alla corrosione da stress e della buona resistenza agli urti dell'acciaio, vengono ancora utilizzati alcuni componenti strutturali chiave degli aeromobili come carrello di atterraggio, trave, giunti ad alta sollecitazione, elementi di fissaggio e altri acciai inossidabili ad alta resistenza.

L'acciaio inossidabile ad alta resistenza comprende principalmente acciaio inossidabile indurente per precipitazione martensite e acciaio inossidabile indurente per precipitazione semi-austenite. La resistenza dell'acciaio inossidabile indurente per precipitazione martensite si ottiene mediante la trasformazione della martensite e il trattamento di indurimento per precipitazione, il vantaggio è l'elevata resistenza, allo stesso tempo a causa del basso tenore di carbonio, dell'alto cromo, dell'alto molibdeno e/o dell'alto rame, la sua resistenza alla corrosione generalmente non è acciaio inossidabile austenitico inferiore a 18Cr-8Ni; Taglio libero, buona capacità di saldatura, non è necessaria la ricottura locale dopo la saldatura, il processo di trattamento termico è relativamente semplice. Lo svantaggio principale è che anche allo stato ricotto, la sua struttura è ancora martensite a basso tenore di carbonio, quindi è difficile condurre lavorazioni a freddo a deformazione profonda. Il tipico grado di acciaio è 17-4PH e PH13-8Mo, utilizzato per la produzione di componenti per cuscinetti resistenti alla corrosione ad alta resistenza, come parti di cuscinetti del motore, elementi di fissaggio, ecc. Lavorando a 400 . PH13-8Mo è ampiamente utilizzato nelle parti strutturali a media temperatura resistenti alla corrosione dei cuscinetti aeronautici.

L'acciaio inossidabile indurito per precipitazione semi-austenite può essere lavorato, deformato a freddo e saldato allo stato di austenite, quindi la trasformazione della martensite e l'indurimento per precipitazione possono essere controllati regolando l'invecchiamento per ottenere diversi punti di forza e coordinazione della tenacità. L'acciaio ha una buona resistenza alla corrosione e resistenza termica, in particolare resistenza alla corrosione da stress, ed è particolarmente adatto per la produzione di parti utilizzate al di sotto di 540 . Lo svantaggio è che il processo di trattamento termico è complesso, i requisiti di controllo della temperatura del trattamento termico sono molto precisi (±5℃); La tendenza all'incrudimento dell'acciaio è elevata e spesso sono necessari molti tempi di ricottura intermedi per la lavorazione a freddo per deformazione profonda. I gradi tipici sono 17-7PH, PH15-7Mo, ecc. Questo tipo di acciaio viene utilizzato principalmente nell'industria aeronautica per lavorare a 400 sotto la struttura portante della corrosione, come tutti i tipi di tubi, giunti per tubi, molle, elementi di fissaggio, ecc.

 

Carrello di atterraggio per aerei

I materiali utilizzati per la costruzione del carrello di atterraggio degli aerei sono 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 e altri carrelli di atterraggio e dispositivi di fissaggio con requisiti più elevati sono principalmente realizzati in acciaio inossidabile indurito per precipitazione, come 17-4PH per IL carrello di atterraggio dei velivoli F-15, 15-5pH per il carrello di atterraggio dei velivoli B-767. L'acciaio PH13-8mo ha il potenziale per sostituire il 17-4PH, 15-5PH, 17-7PH, PH15-7Mo e altri acciai grazie alla sua migliore resistenza alla corrosione sotto sforzo rispetto all'acciaio inossidabile indurito per precipitazione dello stesso grado.

Il cuscinetto aereo

L'azienda tedesca FAG ha sviluppato l'acciaio inossidabile martensite additivato con azoto Cronidur30 (0.31% C-0.38% N-15% Cr-L% Mo), che è prodotto dal processo PESR di rifusione di elettroscorie in atmosfera di azoto ad alta pressione. È un acciaio inossidabile ad alta temperatura con alto contenuto di azoto completamente indurito, che è più resistente alla corrosione rispetto al SUS440. Non è adatto per valori DN elevati (D: diametro interno cuscinetto/mm, N: giro albero/arin) per le sue caratteristiche di tipo a tempra totale, lo stesso Cronidur30 può soddisfare il valore di tensione residua a compressione e tenacità a frattura di DN4 milioni a stesso tempo tramite tempra ad alta frequenza. Ma la temperatura di rinvenimento è inferiore a 15O℃, non può sopportare l'aumento della temperatura dei cuscinetti causato dallo shock termico dopo l'arresto del motore.

Componenti strutturali portanti per aeromobili

L'acciaio inossidabile ad alta resistenza nella struttura portante degli aerei è principalmente 15-5PH, 17-4PH, PH13-8Mo, ecc., inclusi scrocco del coperchio del portello, bullone ad alta resistenza, molla e altre parti. Gli aerei civili utilizzano tale acciaio inossidabile ad alta resistenza per i longheroni alari, come l'acciaio 15-5PH per i longheroni alari Boeing 737-600; Tipo A340-300 ala SPAR PH13-8Mo acciaio. Ph13-8Mo viene utilizzato per parti che richiedono elevata resistenza e tenacità, in particolare per le prestazioni trasversali, come i telai della fusoliera. Più recentemente, Custom465 è stato testato a causa della maggiore tenacità e resistenza alla corrosione da stress. Custom465 è stato sviluppato da Carpenter sulla base di Custom450 e Custom455 per la produzione di guide per flap, guide per lamelle, trasmissioni, supporti motore, ecc. L'acciaio è attualmente incluso nelle specifiche tecniche MMPDS-02, AMS5936 e ASTM A564. L'acciaio inossidabile ad alta resistenza HSL180 (0.21C-12.5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo) viene utilizzato per fabbricare la struttura dell'aeromobile, che ha la stessa resistenza di 1800MPa dell'acciaio bassolegato come il 4340 e la stessa resistenza alla corrosione e tenacità come acciaio inossidabile indurito per precipitazione come SUS630.

 

Perché l'acciaio inossidabile duplex viene utilizzato nei sistemi di raffreddamento dell'acqua delle centrali nucleari?

In quanto fonte di energia pulita, l'energia nucleare contribuisce in modo determinante alla riduzione delle emissioni di carbonio in tutto il mondo. Il sistema di tubazioni dell'acqua di raffreddamento è la chiave per il funzionamento sicuro di una centrale nucleare. Consiste di migliaia di piedi di tubi di vari diametri e dimensioni. Fornisce un approvvigionamento idrico affidabile per il raffreddamento delle apparecchiature dell'impianto. Il sistema di tubazioni non di sicurezza deve fornire acqua di raffreddamento sufficiente per raffreddare l'impianto, mentre il sistema di sicurezza deve fornire acqua di raffreddamento sufficiente per tenere sotto controllo il reattore e spegnerlo in sicurezza in caso di emergenza.

Questi materiali per tubi devono essere resistenti alla corrosione dell'acqua di raffreddamento per tutta la vita utile dell'apparecchiatura. A seconda della posizione dell'impianto, il tipo di acqua di raffreddamento può variare da acqua dolce relativamente pulita a acqua di mare contaminata. L'esperienza ha dimostrato che con l'invecchiamento dei sistemi, possono verificarsi una serie di problemi di corrosione e vari gradi di corrosione, danneggiando il sistema e impedendogli di fornire l'acqua di raffreddamento richiesta.

I problemi con le tubazioni dell'acqua di raffreddamento spesso riguardano i materiali e le loro interazioni con l'acqua di raffreddamento. Le perdite dovute a incrostazioni (ostruzione) e corrosione del sistema sono i problemi più comuni, tra cui l'accumulo di sedimenti, l'adesione biologica marina (biofouling), l'accumulo di prodotti di corrosione e il blocco di corpi estranei. La perdita è solitamente causata dalla corrosione microbica (MIC), che è una corrosione molto corrosiva causata da alcuni microrganismi nell'acqua. Questa forma di corrosione si verifica frequentemente nell'acciaio al carbonio e nell'acciaio inossidabile a bassa lega.

L'acciaio inossidabile è stato a lungo considerato un'opzione praticabile per la costruzione di nuovi sistemi di tubazioni di approvvigionamento idrico e per la riparazione o la sostituzione di sistemi esistenti in acciaio al carbonio. L'acciaio inossidabile comunemente utilizzato nelle soluzioni di aggiornamento delle tubazioni è l'acciaio inossidabile 304L, 316L o 6%-Mo. Acciaio inossidabile 316L e 6% Mo con grandi differenze in termini di prestazioni e prezzo. Se il mezzo di raffreddamento è acqua non trattata, che è altamente corrosiva e comporta un rischio di corrosione microbica, 304L e 316L non sono scelte adatte. Di conseguenza, le centrali nucleari hanno dovuto passare all'acciaio inossidabile al 6% di Mo o accettare gli elevati costi di manutenzione dei sistemi in acciaio al carbonio. Alcune centrali nucleari utilizzano ancora tubi di rivestimento in acciaio al carbonio a causa del costo iniziale inferiore. Secondo ASTM A240, i sistemi di tubazioni di approvvigionamento idrico industriale sono spesso realizzati in acciaio inossidabile di seguito:

classi 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 /

L'acciaio inossidabile duplex 2205 si è rivelato una scelta eccellente. La centrale nucleare Catawba di Duke Power nella Carolina del Sud è la prima centrale nucleare ad utilizzare acciaio inossidabile bifase 2205 (UNS S32205) nei suoi sistemi. Questo grado contiene circa il 3.2% di molibdeno e presenta una migliore resistenza alla corrosione e una resistenza alla corrosione microbica significativamente migliore rispetto agli acciai inossidabili 304L e 316L.

La tubazione di rivestimento in acciaio al carbonio sulla porzione fuori terra del sistema di tubazioni che convoglia l'acqua di alimentazione alla torre di raffreddamento del condensatore principale è stata sostituita con tubazioni in acciaio inossidabile duplex 2205.

Il nuovo sostituto 2205 il tubo duplex in acciaio inossidabile è stato installato nel 2002. Il tubo è lungo 60 metri, 76.2 cm e 91.4 cm di diametro e lo spessore della parete del tubo è 0.95 cm. Il sistema è specificato in conformità con ASME B31.1 Power piping, che è uno dei codici di gestione per l'uso sicuro dei sistemi di tubazioni delle centrali elettriche ed è ampiamente utilizzato nel mondo. Dopo 500 giorni di servizio, il sistema è stato accuratamente ispezionato. Durante l'ispezione non sono state riscontrate incrostazioni o corrosione. L'acciaio inossidabile duplex 2205 si è comportato molto bene. Le tubazioni in acciaio inossidabile 2205 hanno funzionato bene per più di un decennio dalla sua installazione. Sulla base di questa esperienza, Duke Power ha utilizzato 2205 tubi duplex in acciaio inossidabile in altre parti del suo sistema.

Interno del tubo 2205 dopo 500 giorni di utilizzo.

 

I progettisti di sistemi idrici di centrali nucleari ora hanno un'opzione in più quando si tratta di scegliere i materiali delle tubazioni per l'acqua di raffreddamento resistente alla corrosione. L'applicazione di successo dell'acciaio inossidabile duplex 2205 può ridurre i costi di manutenzione, ridurre i tempi di fermo e garantire la sicurezza operativa delle centrali nucleari.

Cos'è il DSS?

DSS, l'abbreviazione di acciaio inossidabile duplex, è una classificazione degli acciai inossidabili composta da due acciai con quello centrale composto da austenitizzare o ferrico. Questi sono anche conosciuti come acciai duplex poiché la loro struttura chimica presenta due fasi distinte, entrambe solitamente rappresentate rispettivamente dalla martensite. Questi acciai sono molto utili nelle applicazioni che richiedono estrema tenacità poiché le due fasi possono essere applicate insieme ad alte temperature e pressioni. L'acciaio inossidabile duplex è in grado di ottenere una durezza sufficiente sia nella sua fase austenitica che in quella martensite grazie alla presenza di quantità significative di austenite residua. I gradi DSS comunemente usati sono S31803, S32750 e SS32550.

I gradi di acciaio inossidabile duplex

Tipologia UNS Svezia Tedesco Francia JP
Bassa lega UN23 (SAF2304) SS232 (SAF2304) W.Nr.1.4362 UR35N DP11
Lega media UNS S31500

UNS S31803

SS2376(3RE60)

SS2377 (SAF2205)

W.Nr.1.4417

W.Nr.1.4462

UR45N DP1

DP8

Alta lega 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+

 

 

Oltre alla lega stessa, un altro fattore importante che contribuisce alla sua resistenza alla corrosione è il contenuto di nichel. Il nichel si trova comunemente in percentuali più elevate nella maggior parte delle leghe, il che lo rende un componente estremamente utile. Rispetto al nichel, che viene spesso utilizzato nelle leghe ad alte prestazioni per la sua conduttività elettrica e la capacità di formare leghe di buona qualità, il nichel non è utilizzato così frequentemente nella produzione di acciaio inossidabile duplex di alta qualità. Uno degli aspetti più interessanti delle leghe di nichel è la sua capacità di resistenza alla corrosione, che le rende la migliore alternativa per i materiali ad alte prestazioni. Quando miscelato con l'acciaio, il nichel produce una lega più stabile, che può aumentare la resistenza all'usura e la resistenza meccanica della lega.

Un'altra proprietà significativa di questa lega è la sua elevata resistenza all'espansione termica. Presenta un alto livello di resistenza alla dilatazione termica nonostante la capacità di resistenza alla dilatazione degli acciai inossidabili austenitici, grazie alle sue proprietà meccaniche superiori. Questa proprietà gli conferisce un'eccellente capacità di protezione dalla corrosione, specialmente durante il ciclo di tempra/smacchiatura. L'eccellente resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile duplex gli consente di resistere a un'ampia gamma di sostanze chimiche. Possiede inoltre un'elevata resistenza all'olio, grasso e altri liquidi ad alta viscosità.

Oltre alle caratteristiche di cui sopra, l'acciaio inossidabile duplex è anche popolare per la sua elevata resistenza e durata. La sua elevata resistenza fino a 300Kg è resa possibile dalla sua capacità di utilizzare rulli mandrino bidirezionali. È costituito da una fibra di carbonio dura arrotolata in strisce intrecciate su entrambi i lati e formate in una barra con un mandrino. Un'ulteriore caratteristica che la rende un'ottima lega è che la sua superficie è completamente liscia e senza creste.

Uno dei fattori più importanti che contribuiscono alla durata degli acciai inossidabili duplex è il loro basso tasso di resistenza alla corrosione per vaiolatura. Questi acciai presentano un basso tasso di formazione di grani cristallini all'interno della lega calda. Possono essere utilizzati per costruire strutture sia grandi che piccole in diversi settori. Grazie alla loro resistenza ai grani cristallini, sono molto apprezzati dall'industria delle costruzioni.

Le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile duplex offrono una serie di vantaggi che lo rendono una scelta eccellente per un'ampia gamma di applicazioni. Queste proprietà consentono di utilizzare questi acciai per una varietà di applicazioni, tra cui la costruzione di componenti di ingegneria di precisione, scambiatori di calore e fabbricazione di lamiere. Alcune altre proprietà importanti di questo tipo di lega includono un'elevata tolleranza al calore, una bassa densità e un'eccellente resistenza alla corrosione. Offrono anche una serie di proprietà meccaniche che contribuiscono alle proprietà complessive della lega. Questi includono estrema durezza, tenacità, resistenza chimica e resistenza allo scorrimento.

Gradi di acciaio inossidabile austenitico al nichel

Il nichel è noto per essere un elemento di lega costoso ed è essenziale in alcune applicazioni in cui sono richieste sia la resistenza alla corrosione da stress che la struttura dell'austenite. Ad esempio, la resistenza al creep è importante in ambienti ad alta temperatura, dove austenitico acciai inossidabili sono necessari. Simile ai tradizionali acciai inossidabili austenitici, il doppio confine è una caratteristica significativa degli acciai inossidabili austenitici ricchi di nichel a causa della minore energia di guasto di impilamento. Gli acciai inossidabili austenitici sono soggetti a tensocorrosione (SCC). Tuttavia, la resistenza alla corrosione sotto sforzo è notevolmente migliorata quando il contenuto di nichel supera il 20%. Viene studiato l'effetto del nichel sull'intensità dello stress della soglia di corrosione sotto sforzo (105℃, soluzione acquosa di NaCl al 22%) nelle leghe Fe-Ni-Cr contenenti 16%~21% di cromo. L'acciaio inossidabile austenitico ricco di nichel (NiASS) può essere considerato una classe separata di acciaio inossidabile. Infatti, la resistenza alla tensocorrosione degli acciai inossidabili bifasici e ferritici è paragonabile a quella degli acciai inossidabili bifasici e ferriti quando il contenuto di nichel supera il 30%. Diversi gradi limitati di austenitici ricchi di nichel acciai inossidabili sono elencati nella tabella sottostante. Gli acciai inossidabili super austenitici 254SMO e 654SMO sono progettati specificamente per l'industria petrolifera e del gas. Le applicazioni tipiche sono il raffreddamento ad acqua di mare, lo sbiancamento della pasta di legno e le apparecchiature per tubazioni idrauliche e strumentali.

 

Gradi di acciai inossidabili Ni-Austenitici

Lega 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
lega 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
lega 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
lega 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
lega 690 0.02 0.5 0.5 30 60
lega 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

SANICRO 25, una lega 22Cr-25Ni, è progettato per l'uso in caldaie fino a 700 °C. È un materiale adatto per surriscaldatori e riscaldatori grazie alla sua buona resistenza alla frattura da scorrimento e alla resistenza alla corrosione ad alta temperatura. Infatti, la resistenza alla frattura per creep di SANICRO 25 è superiore a quella della maggior parte degli acciai inossidabili austenitici nell'intervallo 600~750℃. In un ambiente acido altamente corrosivo, il Sanicro 28 è solitamente la scelta migliore. Viene utilizzato in pozzi di perforazione ad alta intensità con tubi, rivestimento e rivestimento di gas acido e altre applicazioni includono riscaldatori, sistemi di pompaggio e pompe e contenitori in impianti di acido fosforico umido e impianti di acido superfosforico.

La lega 800 viene spesso utilizzata nell'intervallo ambientale da 550 a 1100 , che richiede un'eccellente resistenza al creep, una buona resistenza alla corrosione ad alta temperatura e resistenza dei materiali alle alte temperature. Queste leghe sono utilizzate anche nelle porte di ingresso e uscita della produzione di ammoniaca, metanolo e gas civile, nonché nei tubi dei forni utilizzati nella produzione di cloruro di vinile ed etilene. Altre applicazioni includono tubi di scambio termico e tubi di radiazione per letti di combustione fluidificati e parti di forni di trattamento termico, come tubi silenziatori e manicotti protettivi per termocoppie.

La lega 25Ma 35Cr-353Ni è progettata per l'uso in forni di cracking e tubi di reforming in cui i gas sintetici vengono trattati in ambienti in cui la cementazione e l'assorbimento di azoto sono potenzialmente problematici. Sebbene ci siano altre alternative che contengono più cromo, 353 MA è la scelta migliore. Uno dei motivi è che contiene l'elemento Ce, che aiuta a formare uno strato di ossido superficiale molto stabile.

La lega 690 contiene il 60% di nichel ed è utilizzata principalmente nelle tubazioni dei generatori di vapore nelle centrali nucleari. La temperatura di esercizio è di 365 , alla quale la crepa per corrosione sotto sforzo tra i grani è un potenziale problema. In determinate condizioni di servizio, la lega 690 è quasi esente da corrosione, il che la rende la lega preferita.

È interessante notare che l'acciaio inossidabile austenitico ricco di nichel 254SMO è utilizzato anche per l'art. La scultura "God, Over the Rainbow" di Carl Milles è stata installata nel 1995 sulla costa meridionale del Nak Strand a Stoccolma. La scultura è alta circa 23 metri ed è un famoso punto panoramico dove ogni giorno passa un gran numero di marinai. L'acqua di mare circostante contiene sale, il cloruro è molto facile da causare corrosione superficiale, l'acciaio inossidabile super austenitico ad alta resistenza 254SMO è molto adatto per questo ambiente.

Quando soffietti in acciaio inossidabile utilizzati nello scambiatore di calore a guscio

Lo scambiatore di calore a tubi a soffietto è un aggiornamento basato su uno scambiatore di calore a tubi diritti (luminosi). Il design della cresta e della depressione dell'onda eredita i vantaggi dello scambiatore di calore tubolare come durata e sicurezza, e allo stesso tempo supera i difetti come la scarsa capacità di trasferimento del calore e il facile ridimensionamento. Il principio è quello di migliorare il coefficiente di trasferimento di calore totale in modo da ridurre l'area di trasferimento di calore richiesta, che può risparmiare materiali e ridurre il peso a parità di effetto di trasferimento di calore.

Perché il corpo a soffietto viene lavorato mediante pressatura a freddo di tubo luminoso billetta, si ritiene generalmente che il corpo del soffietto possa essere rinforzato dopo la formatura. L'esperimento di stabilità della pressione esterna mostra che l'instabilità del tubo corrugato di scambio termico sotto pressione esterna si verifica prima nella sezione del tubo rettilineo e il tubo corrugato sarà instabile solo se la pressione esterna continua a salire. Ciò indica che la stabilità del tratto ondulato è migliore di quella del tratto rettilineo e che la pressione critica del tratto ondulato è maggiore di quella del tratto rettilineo.

Gli esperimenti mostrano che l'ondulazione della deformazione di instabilità si è verificata nella depressione dell'onda, in particolare nella depressione locale a onda singola, generalmente non più di due depressioni contemporaneamente, mostra che la stabilità della cresta dell'onda è migliore della depressione ma a volte può anche apparire al contrario, nel processo di stampaggio a freddo, sia la depressione che lo spessore della parete del tratto rettilineo sono costanti, freddi dopo che il tubo è effettivamente più corto.

L'esistenza di picchi e avvallamenti d'onda nel soffietto aumenta l'effetto della convezione di scambio termico radiale nei tubi, come mostrato nella Fig seguente:

La convezione radiale ha una grande influenza sul coefficiente di scambio termico totale, motivo fondamentale del basso prezzo e della leggerezza dello scambiatore di calore a doppia piastra tubiera a soffietto. L'area di scambio termico del tubo la superficie del corpo del soffietto e del tubo diritto è grande alla stessa lunghezza, ma questa variazione è di gran lunga inferiore al contributo della variazione del valore del coefficiente. Si può vedere chiaramente che la velocità del flusso del tubo diritto (leggero) è notevolmente ridotta quando è vicino alla parete del tubo.

Lo scambiatore di calore a fascio tubiero con soffietto può rendere la velocità del fluido e la direzione di cambiamento costante per formare turbolenze rispetto a uno scambiatore a tubi diritti, facendo scambio di calore con la parete, l'effetto limite che influisce sul trasferimento di calore non sarà più presente. Il coefficiente di trasferimento del calore totale può essere aumentato di 2 ~ 3 volte e l'operazione effettiva può anche raggiungere 5 volte e il peso è leggero, motivo per cui il prezzo dello scambiatore di calore a soffietto è inferiore a quello del calore a tubo dritto scambiatore. In base al calcolo e all'esperienza pratica, il coefficiente di scambio termico totale di un soffietto di 1 mm di spessore è del 10% inferiore a quello di un soffietto di 0.5 mm di spessore. I dati di funzionamento di centinaia di scambiatori di calore a soffietto mostrano che lo spessore della parete (quasi tutti 0.5 mm) è il motivo principale per il funzionamento di 10 ~ 14 anni senza grandi riparazioni o danni.

Inoltre, lo scambiatore di calore a soffietto può resistere efficacemente all'impatto di un colpo d'ariete. Il mantello dello scambiatore di calore a doppia piastra tubiera è collegato con un giunto di dilatazione. Se subisce l'impatto del colpo d'ariete, il giunto di dilatazione sarà fuori posto. Ciò accade sia ai soffietti che agli scambiatori di calore a tubo diritto e la deformazione del mantello può causare la torsione del tubo. È perché i soffietti hanno più margine di espansione, il margine elastico di deformazione è grande quando subisce la deformazione, vale a dire, la capacità di resistere all'instabilità è forte in questo caso. Ma in ogni caso, nel processo di installazione per evitare il verificarsi di colpi d'ariete, può essere preso attraverso l'uso di valvola di seduta angolare, interruttore di ritardo e altre misure.

Vantaggi dello scambiatore di calore a soffietto in acciaio inossidabile

  • Elevata efficienza di trasferimento del calore

Lo speciale design della cresta e della depressione del soffietto fa fluire il fluido a causa della continua mutazione della sezione interna ed esterna del tubo per formare una forte turbolenza. Anche nel caso di una portata molto piccola, il fluido può formare un forte disturbo all'interno e all'esterno del tubo, che migliora notevolmente il coefficiente di scambio termico del tubo di scambio termico. Il coefficiente di scambio termico è 2 ~ ​​3 volte superiore a quello del tradizionale scambiatore di calore a tubi.

  • Nessun ridimensionamento e blocco

Il mezzo all'interno e all'esterno del soffietto è sempre in uno stato altamente turbolento, il che rende le particelle solide nel mezzo difficili da depositare incrostazioni; D'altra parte, influenzato dalla differenza di temperatura del mezzo produrrà una traccia di deformazione di espansione assiale, la curvatura cambierà frequentemente, lo sporco e il tubo di scambio termico produrranno una grande forza di trazione, anche se c'è la calma di scala si interromperà quindi si spegne automaticamente, in modo che lo scambiatore di calore abbia sempre mantenuto una migliore e duratura prestazione di scambio termico.

  • Compensazione automatica

La particolare struttura e forma dei soffietti possono ridurre efficacemente lo stress termico a condizione di essere riscaldati senza l'aggiunta di giunti di dilatazione, semplificando così la struttura dei prodotti e migliorando l'affidabilità dei prodotti.

  • Lunga durata

La capacità di espansione assiale è migliorata, il che riduce efficacemente lo stress della differenza di temperatura e può adattarsi alla grande differenza di temperatura e al cambiamento di pressione, quindi non ci saranno perdite causate dalla rottura della bocca del tubo. Il collegamento tra il deflettore e il soffietto prolunga la durata dello scambiatore di calore.

 

In che modo l'azoto influisce sull'acciaio inossidabile 316LN?

316LN è la versione con aggiunta di azoto basata su Acciaio 316L (0.06% ~ 0.08%), in modo che abbia le stesse caratteristiche del 316L, è stato utilizzato nella produzione di componenti strutturali ad alta temperatura nel reattore autofertilizzante veloce (FBRS). La riduzione del contenuto di carbonio riduce notevolmente la suscettibilità alla tensocorrosione dovuta alla saldatura in ambienti corrosivi successivi. L'interazione creep, fatica a basso ciclo e creep-fatica sono le considerazioni più importanti per i componenti FBRS. La resistenza alle alte temperature di Acciaio inox 316L può essere migliorato all'acciaio inossidabile 316 legando 0.06% ~ 0.08% N. L'influenza del contenuto di azoto superiore allo 0.08% sulle proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile 316L ad alta temperatura sarà discussa in questo documento.

 

Composizione chimica dell'acciaio inossidabile 316LN

Forno N C Mn Cr Mo Ni Si S P Fe
Internazionali 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 -

Questi quattro lotti di acciaio inossidabile 316LN con un contenuto di azoto dello 0.07%, 0.11%, 0.14% e 0.22% e un contenuto di carbonio dello 0.03%, sono stati testati per studiare gli effetti dell'azoto su trazione, scorrimento, fatica a basso ciclo e scorrimento - proprietà di fatica dell'acciaio inossidabile 316LN. Lo scopo di questo esperimento è trovare il contenuto ottimale di azoto per ottenere la migliore combinazione di proprietà di trazione, scorrimento e fatica a basso ciclo. I risultati sperimentali mostrano che l'azoto può migliorare la resistenza alla trazione, allo scorrimento e alla fatica degli acciai inossidabili austenitici. Le ragioni dell'aumento della resistenza includono il miglioramento della soluzione, la riduzione dell'energia di faglia di impilamento (SFE), l'indurimento per precipitazione, la formazione di compositi (soluti interstiziali), la segregazione atomica e l'indurimento ordinato. A causa delle loro diverse proprietà di scambio di elettroni, l'azoto disciolto nell'acciaio inossidabile austenitico ha un volume di espansione maggiore del carbonio.

Oltre all'interazione elastica tra azoto e dislocazione, anche l'interazione elettrostatica della dislocazione interstiziale influenza la forza. I nuclei di dislocazione sono caratterizzati dalla mancanza di elettroni liberi, il che significa che hanno una carica positiva. Gli atomi di azoto negli acciai inossidabili austenitici sono caricati negativamente a causa della posizione degli elettroni liberi vicino agli atomi di azoto e dell'interazione elettrostatica tra le dislocazioni e gli atomi di azoto.

L'energia di legame effettiva tra l'atomo di azoto e la dislocazione aumenta con l'aumento del contenuto di azoto nell'acciaio austenitico, ma la correlazione non è ovvia per il carbonio. Negli acciai austenitici, l'azoto interstiziale interagisce con gli elementi sostituenti e tende a formare composizioni atomiche sostituenti interstiziali. Il composto si lega facilmente agli elementi a sinistra di Fe nella tavola periodica, come Mn, Cr, Ti e V. Esiste una forte correlazione tra le proprietà del legame interatomico (cioè l'orientamento rispetto al disorientamento) e la vicinanza dell'adiacente atomi in un sistema di leghe multicomponente. Il legame tra atomi di metallo facilita l'ordinamento a corto raggio, che è il legame di atomi di elementi diversi. La polarizzazione interatomica facilita lo scambio di elettroni covalenti, il legame tra atomi dello stesso elemento. Il carbonio promuove l'aggregazione degli atomi di sostituzione nella soluzione solida a base di ferro, mentre l'azoto facilita l'ordinamento a corto raggio.

In generale, il carico di snervamento (YS) e il carico di rottura (UTS) di 316L l'acciaio inossidabile è notevolmente migliorato dalla lega di 0.07% ~ 0.22% di azoto. L'aumento della forza è stato osservato in tutti i test nell'intervallo di temperatura di 300 ~ 1123K. L'invecchiamento dinamico del ceppo è stato osservato entro un intervallo di temperatura limitato. L'intervallo di temperatura dell'invecchiamento dinamico della deformazione (DSA) diminuisce con l'aumentare del contenuto di azoto.