DSSとは何ですか?

二相ステンレス鋼の略語であるDSSは、31803つの鋼で構成されるステンレス鋼の分類であり、中央の32750つはオーステナイトまたは第二鉄で構成されています。 これらは、化学構造が32550つの異なる相を特徴とし、通常はそれぞれマルテンサイトで表されるため、二相鋼としても知られています。 これらの鋼は、XNUMXつの相を高温高圧で一緒に塗布できるため、極端な靭性を必要とする用途で非常に役立ちます。 二相ステンレス鋼は、かなりの量の残留オーステナイトが存在するため、オーステナイト相とマルテンサイト相の両方で十分な硬度を得ることができます。 一般的に使用されるDSSグレードは、SXNUMX、SXNUMX、およびSSXNUMXです。

二相ステンレス鋼グレード

種類 UNS スウェーデン ドイツ語 フランス 日本
低合金 UN23(SAF2304) SS232(SAF2304) W.Nr.1.4362 UR35N DP11
中合金 UNS S31500

UNS S31803

SS2376(3RE60)

SS2377(SAF2205)

W.Nr.1.4417

W.Nr.1.4462

UR45N DP1

DP8

高合金 UNS S32900

UNS S31260

SS2324(10RE51) W.Nr.1.4460

W.Nr.1.4501

  329J1

329J2L

スーパーデュプレックス UNS S32750

UNS S32550

SS2328(SAF2507) W.Nr.1.4410

W.Nr.1.4507

UR47N +

UR52N +

 

 

合金自体とは別に、その耐食性に寄与する別の重要な要素はニッケル含有量です。 ニッケルは一般的にほとんどの合金で高い割合で見られ、非常に有用な成分になっています。 電気伝導率と高品質の合金を形成する能力のために高性能合金でよく使用されるニッケルと比較して、ニッケルは高品質の二相ステンレス鋼の製造ではそれほど頻繁には使用されません。 ニッケル合金の最も興味深い側面のXNUMXつは、その耐食性であり、高性能材料の最良の代替品になります。 ニッケルを鋼と混合すると、より安定した合金が生成され、合金の摩耗性と機械的強度を高めることができます。

この合金のもうXNUMXつの重要な特性は、熱膨張に対する高い耐性です。 オーステナイト系ステンレス鋼の耐膨張性にも関わらず、優れた機械的性質により高熱膨張性を発揮します。 この特性により、特に焼き戻し/汚れ除去サイクル中に、優れた腐食保護機能が得られます。 二相ステンレス鋼の優れた耐食性により、幅広い化学薬品に耐えることができます。 また、高粘度レベルのオイル、グリース、その他の液体に対しても高いレベルの耐性があります。

上記の特徴とは別に、二相ステンレス鋼はその高い強度と耐久性のために人気があります。 最大300Kgの高強度定格は、XNUMX方向のマンドレルロールを利用する能力によって可能になります。 それは、両側で織り交ぜられ、マンドレルで棒に形成されたストリップに巻かれた硬質炭素繊維で構成されています。 それを優れた合金にするさらなる特徴は、その表面が隆起のない完全に滑らかであることです。

二相ステンレス鋼の耐久性に寄与する最も重要な要因のXNUMXつは、耐孔食率が低いことです。 これらの鋼は、高温合金内での結晶粒の形成速度が遅い。 それらは、さまざまな業界で大小両方の構造を構築するために使用できます。 結晶粒に対する耐性があるため、建設業界から高く評価されています。

二相ステンレス鋼の機械的特性には多くの利点があり、幅広い用途に最適です。 これらの特性により、これらの鋼は、精密工学部品の製造、熱交換器、板金製造など、さまざまな用途に使用できます。 このタイプの合金の他のいくつかの重要な特性には、高い耐熱性、低密度、および優れた耐食性が含まれます。 それらはまた、合金の全体的な特性に寄与する多くの機械的特性を提供します。 これらには、極端な硬度、靭性、耐薬品性、耐クリープ性が含まれます。

ニッケルオーステナイト系ステンレス鋼グレード

ニッケルは高価な合金元素であることが知られており、耐応力腐食性とオーステナイト構造の両方が必要な一部の用途では不可欠です。 たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼が存在する高温環境では、耐クリープ性が重要です。 ステンレス鋼 必要です。 従来のオーステナイト系ステンレス鋼と同様に、双晶境界は、積層欠陥エネルギーが低いため、ニッケルに富むオーステナイト系ステンレス鋼の重要な特徴です。 オーステナイト系ステンレス鋼は、応力腐食割れ(SCC)を起こしやすい傾向があります。 ただし、ニッケル含有量が20%を超えると、耐応力腐食性が大幅に向上します。 105%〜22%のクロムを含むFe-Ni-Cr合金の応力腐食閾値(16℃、21%NaCl水溶液)の応力拡大係数に及ぼすニッケルの影響を研究します。 ニッケルに富むオーステナイト系ステンレス鋼(NiASS)は、別のクラスのステンレス鋼と見なすことができます。 実際、ニッケル含有量が30%を超える場合、二相およびフェライトステンレス鋼の耐応力腐食性は二相およびフェライトステンレス鋼の耐応力腐食性に匹敵します。 ニッケルに富むオーステナイト系のいくつかの限定グレード ステンレス鋼 以下の表にリストされています。 超オーステナイト系ステンレス鋼254SMOおよび654SMOは、石油およびガス産業向けに特別に設計されています。 典型的なアプリケーションは、海水冷却、パルプ漂白、油圧および機器の配管設備です。

 

Ni-オーステナイト系ステンレス鋼グレード

合金 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
サニクロ25 0.1 0.2 0.5 22.5 25 3.6 3.5 3.0 0.5 0.23
サニクロ28 0.02 0.6 2.0 27 31 3.5 1.0
合金800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
合金825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
合金625 0.03 0.5 0.5 21 バル 8.5
合金690 0.02 0.5 0.5 30 60
合金600 0.05 0.4 0.8 16.5 バル 0.5

25Cr-22Ni合金であるSANICRO25は、700°Cまでのボイラーで使用するように設計されています。 クリープ破壊強度と高温耐食性に優れているため、過熱器や再熱器に適した材料です。 実際、SANICRO 25のクリープ破壊強度は、600〜750℃の範囲でほとんどのオーステナイト系ステンレス鋼よりも優れています。 腐食性の高い酸性環境では、通常、Sanicro28が最良の選択です。 チュービング、ケーシング、酸性ガスライニングを備えた高強度掘削井戸で使用され、その他の用途には、ヒーター、ポンプシステム、および湿式リン酸プラントと超リン酸プラントのポンプとコンテナが含まれます。

合金800は、550〜1100℃の環境でよく使用されます。これには、優れた耐クリープ性、優れた高温耐食性、および材料の高温強度が必要です。 これらの合金は、アンモニア、メタノール、民間ガスの製造の入口ポートと出口ポート、および塩化ビニルとエチレンの製造に使用される炉管にも使用されます。 その他の用途には、流動燃焼床用の熱交換管や放射管、マフラー管や熱電対用の保護スリーブなどの熱処理炉の部品が含まれます。

25Cr-35Ni合金353Maは、浸炭と窒素吸収が潜在的に問題となる環境で合成ガスが処理される分解炉と改質管で使用するために設計されています。 より多くのクロムを含む他の選択肢がありますが、353MAが最良の選択です。 その理由のXNUMXつは、非常に安定した表面酸化物層の形成に役立つ元素Ceが含まれていることです。

合金690は60%のニッケルを含み、主に原子力発電所の蒸気発生器の配管に使用されます。 作動温度は365℃であり、粒子間の応力腐食割れが潜在的な問題となります。 与えられた使用条件下では、合金690はほとんど腐食がなく、好ましい合金になっています。

ニッケルが豊富なオーステナイト系ステンレス鋼254SMOが芸術にも使用されていることに注目するのは興味深いことです。 カール・ミレスによる「神、虹の向こう」の彫刻は、1995年にストックホルムのナックストランドの南海岸に設置されました。 高さ約23mの彫刻で、毎日多くの船乗りが通り過ぎる有名な景勝地です。 周囲の海水には塩分が含まれており、塩化物は表面腐食を起こしやすく、高強度の超オーステナイト系ステンレス鋼254SMOはこの環境に非常に適しています。

シェル熱交換器にステンレス鋼ベローズを使用する場合

ベローズチューブ熱交換器は、ストレート(明るい)チューブ熱交換器をベースにしたアップグレードです。 波の山と谷の設計は、耐久性や安全性などの管状熱交換器の利点を継承すると同時に、不十分な熱伝達能力や簡単なスケーリングなどの欠点を克服します。 原理は、必要な熱伝達面積を減らすために総熱伝達係数を改善することです。これにより、同じ熱伝達効果の下で材料を節約し、重量を減らすことができます。

ベローズ本体はのコールドプレスで加工されているため 明るいパイプ ビレット、ベローズ本体は成形後に強化できると一般に考えられています。 外圧安定性実験では、外圧下でのコルゲート熱交換管の不安定性は、最初に直管部で発生し、外圧が上昇し続けた場合にのみコルゲート管が不安定になることが示されています。 これは、コルゲートセクションの安定性がストレートセクションの安定性よりも優れており、コルゲートセクションの臨界圧力がストレートセクションの臨界圧力よりも高いことを示しています。

実験によると、座屈変形の波紋は波の谷、特に局所的な単一波の谷で発生し、一般に同時にXNUMXつ以下の谷の不安定性があり、波の山の安定性は谷よりも優れているが、時には現れることもあることを示しています反対に、コールドプレスマークプロセスでは、トラフとストレートセクションの壁の厚さの両方が一定であり、チューブが実際に短くなった後はコールドになります。

下の図に示すように、ベローズに波の山と谷が存在すると、チューブ内の半径方向の熱交換対流の影響が大きくなります。

半径方向の対流は、総熱伝達係数に大きな影響を及ぼします。これが、ダブルチューブプレートベローズ熱交換器の低価格と軽量化の根本的な理由です。 の熱交換エリア チューブ ベローズと直管の本体表面は同じ長さで大きいですが、この変化は係数値の変化の寄与よりはるかに小さいです。 真っ直ぐな(軽い)管が管壁に近づくと、流速が大幅に低下することがはっきりとわかります。

ベローズ付きシェル熱交換器は、直管式熱交換器と比較して、流体の速度と方向を一定に変化させて乱流を形成し、壁と熱交換するため、熱伝達に影響を与える境界効果がなくなります。 総熱伝達率は2〜3倍になり、実際の運転は5倍にもなり、軽量であるため、ベローズ熱交換器の価格は直管熱よりも安いのです。交換器。 計算と実際の経験によると、厚さ1 mmのベローズの総熱伝達係数は厚さ10mmのベローズよりも0.5%低くなっています。 数百のベローズ熱交換器の運転データは、壁の厚さ(ほぼすべて0.5 mm)が、大きな修理や損傷なしに10〜14年間運転する主な理由であることを示しています。

さらに、ベローズ熱交換器は、ウォーターハンマーの衝撃に効果的に耐えることができます。 二重管板熱交換器のシェルは伸縮継手で接続されています。 ウォーターハンマーの衝撃を受けると、伸縮継手の位置がずれてしまいます。 これはベローズと直管熱交換器の両方で発生し、シェルの変形により管がねじれる可能性があります。 これは、ベローズの膨張マージンが大きいため、変形時のひずみの弾性マージンが大きい、つまり、この場合、不安定性に耐える能力が強いためです。 しかし、いずれにせよ、ウォーターハンマーの発生を避けるための設置の過程で、アングルシッティングバルブ、遅延スイッチおよび他の手段を使用することによって取ることができます。

ステンレス鋼ベローズシェル熱交換器の利点

  • 高い熱伝達効率

ベローズの特別な山と谷の設計により、チューブの内側と外側のセクションが連続的に変化して強い乱流が形成されるため、流体が流れます。 流量が非常に少ない場合でも、流体はチューブの内外で強い外乱を形成する可能性があり、これにより熱交換チューブの熱伝達係数が大幅に向上します。 熱伝達係数は、従来のチューブ式熱交換器の2〜3倍です。

  • スケーリングとブロッキングなし

ベローズの内側と外側の媒体は常に非常に乱流の状態にあるため、媒体内の固体粒子はスケールを堆積するのが困難です。 一方、媒体の温度差の影響を受けて、軸方向の膨張変形の痕跡が生じ、曲率が頻繁に変化し、汚れや熱交換管が大きな引っ張り力を生み出します。自動的にオフになるため、熱交換器は常に持続的で優れた熱伝達性能を維持します。

  • 自動補正

ベローズの特殊な構造と形状により、伸縮継手を追加することなく、加熱状態での熱応力を効果的に低減できるため、製品の構造が簡素化され、製品の信頼性が向上します。

  • 長い耐用年数

軸方向の膨張能力が向上し、温度差応力を効果的に低減し、大きな温度差や圧力変化に適応できるため、パイプ口の破裂による漏れがありません。 バッフルプレートとベローズの間の接続は、熱交換器の耐用年数を延ばします。

 

窒素は316LNステンレス鋼にどのように影響しますか?

316LNは、に基づく窒素添加バージョンです。 316L鋼 (0.06%〜0.08%)は、316Lと同じ特性を持つため、高速増殖炉(FBRS)の高温構造部品の製造に使用されています。 炭素含有量を減らすと、その後の腐食環境での溶接による応力腐食割れの影響を受けにくくなります。 クリープ、低サイクル疲労、およびクリープ疲労相互作用は、FBRSコンポーネントの最も重要な考慮事項です。 の高温強度 316Lステンレス鋼 316%〜0.06%Nを合金化することにより、0.08ステンレス鋼に改善できます。この論文では、高温での0.08Lステンレス鋼の機械的特性に対する316%を超える窒素含有量の影響について説明します。

 

316LNステンレス鋼の化学組成

ファーネス N C Mn Cr Mo Ni Si S P Fe
スタンダード 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

窒素含有量が316%、0.07%、0.11%、0.14%、炭素含有量が0.22%の0.03LNステンレス鋼の316つのバッチをテストして、引張、クリープ、低サイクル疲労、クリープに対する窒素の影響を調べました。 -XNUMXLNステンレス鋼の疲労特性。 この実験の目的は、引張、クリープ、および低サイクル疲労特性の最適な組み合わせを得るための最適な窒素含有量を見つけることです。 実験結果は、窒素がオーステナイト系ステンレス鋼の引張強度、クリープおよび疲労強度を改善できることを示しています。 強度が増加する理由には、溶液の強化、積層欠陥エネルギー(SFE)の減少、析出硬化、複合材料(格子間溶質)の形成、原子偏析、および秩序硬化が含まれます。 電子交換特性が異なるため、オーステナイト系ステンレス鋼の溶存窒素は炭素よりも膨張体積が大きくなります。

窒素と転位の間の弾性相互作用に加えて、静電間質転位相互作用も強度に影響を与えます。 転位核は自由電子の欠如を特徴とし、それはそれらが正電荷を持っていることを意味します。 オーステナイト系ステンレス鋼の窒素原子は、窒素原子の近くの自由電子の位置と、転位と窒素原子の間の静電相互作用のために負に帯電しています。

オーステナイト鋼の窒素含有量の増加に伴い、窒素原子と転位の間の有効結合エネルギーは増加しますが、炭素の相関関係は明らかではありません。 オーステナイト鋼では、侵入型窒素は置換基元素と相互作用し、侵入型置換基の原子組成を形成する傾向があります。 化合物は、Mn、Cr、Ti、Vなど、周期表のFeの左側にある元素に簡単に結合します。原子間結合の特性(つまり、配向と非配向)と隣接する近接性の間には強い相関関係があります。多成分合金系の原子。 金属原子間の結合は、異なる元素の原子の結合である短距離秩序化を促進します。 原子間分極は、共有電子の交換、つまり同じ元素の原子間の結合を促進します。 炭素は鉄ベースの固溶体の置換原子の凝集を促進し、窒素は短距離秩序化を促進します。

一般に、降伏強さ(YS)と極限引張強さ(UTS) 316L ステンレス鋼は、0.07%〜0.22%の窒素の合金化によって大幅に改善されています。 強度の増加は、300〜1123Kの温度範囲ですべてのテストで観察されました。 動的ひずみ時効は、限られた温度範囲内で観察されました。 動的ひずみ時効(DSA)の温度範囲は、窒素含有量の増加とともに減少します。