Stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości stosowana w zastosowaniach lotniczych

/w /przez

Zwykle nazywamy wytrzymałość na rozciąganie wyższą niż 800 MPa, granicę plastyczności wyższą niż 500 MPa, stal nierdzewna to stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości, granica plastyczności wyższa niż 1380 MPa stal nierdzewna nazywana jest stalą nierdzewną o ultra wysokiej wytrzymałości. Rozwój przemysłu lotniczego pokazał, że poprawa osiągów samolotów i silników lotniczych w dużej mierze zależy od materiałów metalowych. Ze względu na wysoką wytrzymałość, wysoką ciągliwość, odporność na korozję naprężeniową i dobrą odporność stali na uderzenia, nadal stosowane są niektóre kluczowe elementy konstrukcyjne samolotów, takie jak podwozie, dźwigar, złącza narażone na duże naprężenia, łączniki i inna stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości.

Stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości obejmuje głównie martenzytyczną stal nierdzewną utwardzaną wydzieleniowo i półaustenitową stal nierdzewną utwardzaną wydzieleniowo. Wytrzymałość stali nierdzewnej utwardzanej wydzieleniowo martenzytem osiąga się poprzez transformację martenzytu i obróbkę utwardzania wydzieleniowego, zaletą jest wysoka wytrzymałość, jednocześnie ze względu na niską zawartość węgla, wysoką zawartość chromu, wysoką zawartość molibdenu i/lub wysoką zawartość miedzi, jej odporność na korozję na ogół nie jest stal nierdzewna austenityczna mniej niż 18Cr-8Ni; Swobodne cięcie, dobra spawalność, nie wymagają miejscowego wyżarzania po spawaniu, proces obróbki cieplnej jest stosunkowo prosty. Główną wadą jest to, że nawet w stanie wyżarzonym jego struktura jest nadal martenzytem niskowęglowym, dlatego trudno jest przeprowadzić obróbkę na zimno z głębokim odkształceniem. Typowym gatunkiem stali jest 17-4PH oraz PH13-8Mo, stosowany do produkcji elementów łożysk odpornych na korozję o wysokiej wytrzymałości, takich jak części łożysk silnika, elementy złączne itp., pracujących w temperaturze 400 ℃. PH13-8Mo jest szeroko stosowany w średniotemperaturowych częściach konstrukcyjnych łożysk lotniczych odpornych na korozję.

Półaustenityczną stal nierdzewną utwardzaną wydzieleniowo można obrabiać maszynowo, odkształcać na zimno i spawać w stanie austenitu, a następnie można kontrolować przemianę martenzytu i utwardzanie wydzieleniowe, dostosowując starzenie w celu uzyskania różnych wytrzymałości i koordynacji wytrzymałości. Stal ma dobrą odporność na korozję i wytrzymałość termiczną, szczególnie odporność na korozję naprężeniową i szczególnie nadaje się do produkcji części stosowanych w temperaturach poniżej 540 ℃. Wadą jest to, że proces obróbki cieplnej jest złożony, wymagania dotyczące kontroli temperatury obróbki cieplnej są bardzo dokładne (± 5 ℃); Skłonność stali do utwardzania przez zgniot jest duża, a do obróbki na zimno z głębokim odkształceniem często potrzeba wielu czasów wyżarzania pośredniego. Typowe oceny to 17-7PH, PH15-7Mo itp. Ten rodzaj stali stosowany jest głównie w przemyśle lotniczym do pracy w temperaturze 400 ℃ poniżej konstrukcji nośnej korozyjnej, takiej jak wszelkiego rodzaju rury, złącza rurowe, sprężyny, łączniki itp.

 

Podwozie samolotu

Materiały użyte do budowy podwozi samolotów to 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 oraz inne podwozia lotnicze, a elementy złączne o podwyższonych wymaganiach wykonywane są w większości ze stali nierdzewnej utwardzanej wydzieleniowo, np. 17-4PH dla podwozia samolotu F-15, 15-5pH dla podwozia samolotu B-767. Stal PH13-8mo ma potencjał, aby zastąpić 17-4PH, 15-17.00, 17-7PH, PH15-7Mo i inne stale ze względu na lepszą odporność na korozję naprężeniową niż stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo tego samego gatunku.

Łożysko płaskie

Niemiecka firma FAG opracowała martenzytyczną stal nierdzewną Cronidur30 z dodatkiem azotu (0.31%C-0.38%N-15% Cr-L %Mo), która jest wytwarzana w procesie PESR przetapiania elektrożużlowego w atmosferze azotu pod wysokim ciśnieniem. Jest to stal nierdzewna odporna na wysokie temperatury, całkowicie utwardzana azotem, która jest bardziej odporna na korozję niż SUS440. Nie nadaje się do wysokich wartości DN (D: średnica wewnętrzna łożyska/mm, N: obrót wału/arin) ze względu na jego charakterystykę typu pełnego hartowania, ten sam Cronidur30 może wytrzymać resztkowe naprężenie ściskające i wartość odporności na pękanie DN4 milionów przy w tym samym czasie poprzez hartowanie o wysokiej częstotliwości. Ale temperatura odpuszczania jest niższa niż 15O ℃, nie jest w stanie wytrzymać wzrostu temperatury łożyska spowodowanego szokiem termicznym po wyłączeniu silnika.

Elementy konstrukcyjne łożysk statków powietrznych

W konstrukcji nośnej samolotu stosuje się głównie stal nierdzewną o wysokiej wytrzymałości 15-17.00, 17-4PH, PH13-8Mo itp., w tym zatrzask pokrywy włazu, śruba o wysokiej wytrzymałości, sprężyna i inne części. Cywilne statki powietrzne wykorzystują stal nierdzewną o wysokiej wytrzymałości na dźwigary skrzydeł, taką jak stal 15-5PH na dźwigary skrzydeł Boeinga 737-600; Skrzydło typu A340-300 SPAR PH13-8Mo ze stali. Ph13-8Mo stosuje się do części wymagających dużej wytrzymałości i wytrzymałości, zwłaszcza do zastosowań poprzecznych, takich jak ramy kadłuba. Niedawno Custom465 został przetestowany pod kątem zwiększonej wytrzymałości i odporności na korozję naprężeniową. Custom465 został opracowany przez firmę Carpenter na podstawie Custom450 i Custom455 do produkcji prowadnic klap lotniczych, prowadnic listew, przekładni, mocowań silnika itp. Stal jest obecnie objęta specyfikacjami technicznymi MMPDS-02, AMS5936 i ASTM A564. Do produkcji konstrukcji samolotu używana jest stal nierdzewna HSL180 o wysokiej wytrzymałości (0,21C-12,5Cr-1,0Ni-15,5Co-2,0Mo), która ma taką samą wytrzymałość 1800 MPa jak stal niskostopowa, taka jak 4340, oraz tę samą odporność na korozję i wytrzymałość jak stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo, taka jak SUS630.

 

Dlaczego stal nierdzewna typu duplex jest stosowana w systemach wody chłodzącej w elektrowniach jądrowych?

/w /przez

Jako czyste źródło energii, energia jądrowa wnosi główny wkład w redukcję emisji gazów cieplarnianych na całym świecie. System rurociągów wody chłodzącej jest kluczem do bezpiecznej pracy elektrowni jądrowej. Składa się z tysięcy stóp rur o różnych średnicach i rozmiarach. Zapewnia niezawodne zaopatrzenie w wodę do chłodzenia urządzeń zakładowych. System rurociągów niespełniający wymagań bezpieczeństwa musi zapewniać wystarczającą ilość wody chłodzącej do chłodzenia elektrowni, podczas gdy system bezpieczeństwa musi zapewniać wystarczającą ilość wody chłodzącej, aby zapewnić kontrolę nad reaktorem i bezpiecznie go wyłączyć w przypadku awarii.

Rury te muszą być odporne na korozję powodowaną przez wodę chłodzącą przez cały okres użytkowania sprzętu. W zależności od lokalizacji zakładu, rodzaj wody chłodzącej może wahać się od stosunkowo czystej wody słodkiej po zanieczyszczoną wodę morską. Doświadczenie pokazuje, że wraz ze starzeniem się systemu mogą wystąpić różne problemy z korozją i różny stopień korozji, które uszkadzają system i uniemożliwiają mu dostarczanie wymaganej wody chłodzącej.

Problemy z rurociągami wody chłodzącej często dotyczą materiałów i ich interakcji z wodą chłodzącą. Wycieki spowodowane zanieczyszczeniem (zatykaniem) i korozja systemu to najczęstsze problemy, w tym gromadzenie się osadów, biologiczne osadzanie się w wodzie morskiej (biofouling), gromadzenie się produktów korozji i blokowanie ciał obcych. Wycieki są zwykle spowodowane korozją mikrobiologiczną (MIC), która jest bardzo korozyjną korozją powodowaną przez pewne mikroorganizmy obecne w wodzie. Ta forma korozji często występuje w stali węglowej i niskostopowej stali nierdzewnej.

Stal nierdzewna od dawna jest uważana za realną opcję do budowy nowych systemów rurociągów wodociągowych oraz do naprawy lub wymiany istniejących systemów ze stali węglowej. Stalą nierdzewną powszechnie stosowaną w rozwiązaniach do modernizacji rurociągów jest stal nierdzewna 304L, 316L lub 6%-Mo. Stal nierdzewna 316L i 6% Mo to duże różnice w wydajności i cenie. Jeśli czynnikiem chłodzącym jest nieuzdatniona woda, która jest silnie korozyjna i niesie ze sobą ryzyko korozji mikrobiologicznej, 304L i 316L nie są odpowiednim wyborem. W rezultacie elektrownie jądrowe musiały przejść na stal nierdzewną 6%-Mo lub zaakceptować wysokie koszty utrzymania systemów ze stali węglowej. W niektórych elektrowniach jądrowych nadal stosuje się rury wykładowe ze stali węglowej ze względu na niższy koszt początkowy. Zgodnie z ASTM A240, systemy rur wodociągowych przemysłowych są często wykonane ze stali nierdzewnej poniżej:

Klas UNS C N Kr Ni Pon 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 /

Stal nierdzewna duplex 2205 okazała się doskonałym wyborem. Elektrownia jądrowa Catawba należąca do Duke Power w Karolinie Południowej jest pierwszą elektrownią jądrową, w której w swoich systemach zastosowano dwufazową stal nierdzewną 2205 (UNS S32205). Gatunek ten zawiera około 3.2% molibdenu i ma lepszą odporność na korozję oraz znacznie lepszą odporność na korozję mikrobiologiczną niż stale nierdzewne 304L i 316L.

Rury okładzinowe ze stali węglowej w naziemnej części systemu rurociągów doprowadzających wodę do wieży chłodniczej głównego skraplacza zastąpiono rurami ze stali nierdzewnej duplex 2205.

Nowy zamiennik 2205 W 2002 roku zainstalowano rurę ze stali nierdzewnej duplex. Rura ma długość 60 metrów, średnicę 76,2 cm i 91,4 cm, a grubość ścianki rury wynosi 0,95 cm. System określony zgodnie z normą ASME B31.1 Power rurociągi, która jest jednym z kodeksów zarządzania bezpiecznym użytkowaniem systemów rurociągów w elektrowniach i jest szeroko stosowana na świecie. Po 500 dniach pracy system został dokładnie sprawdzony. Podczas kontroli nie stwierdzono żadnych zgorzelin ani korozji. Stal nierdzewna duplex 2205 spisała się bardzo dobrze. Rury ze stali nierdzewnej 2205 sprawdzają się dobrze przez ponad dekadę od czasu ich montażu. Bazując na tym doświadczeniu, wykorzystał Duke Power Rury ze stali nierdzewnej duplex 2205 w innych częściach swojego systemu.

Wnętrze rury 2205 po 500 dniach użytkowania.

 

Projektanci systemów wodnych w elektrowniach jądrowych mają teraz jeszcze jedną opcję, jeśli chodzi o wybór materiałów rurowych zapewniających odporną na korozję wodę chłodzącą. Pomyślne zastosowanie stali nierdzewnej duplex 2205 może obniżyć koszty konserwacji, skrócić przestoje i zapewnić bezpieczeństwo pracy elektrowni jądrowych.

Co to jest DSS?

/w /przez

DSS, skrót od stali nierdzewnej Duplex, to klasyfikacja stali nierdzewnych składających się z dwóch stali, z których środkowa składa się z austenitu lub żelaza. Są one również znane jako stale duplex, ponieważ ich struktura chemiczna składa się z dwóch odrębnych faz, z których obie są zwykle reprezentowane odpowiednio przez martenzyt. Stale te są bardzo przydatne w zastosowaniach wymagających ekstremalnej wytrzymałości, ponieważ dwie fazy można nakładać razem w wysokich temperaturach i ciśnieniach. Stal nierdzewna typu duplex może uzyskać wystarczającą twardość zarówno w fazie austenitycznej, jak i martenzytycznej, dzięki obecności znacznych ilości austenitu szczątkowego. Powszechnie stosowane gatunki DSS to S31803, S32750 i SS32550.

Gatunki stali nierdzewnej typu duplex

Typ UNS Szwecja Niemiecki Francja Japonia
Niskostopowej UN23 (SAF2304) SS232 (SAF2304) W.Nr.1.4362 UR35N DP11
Średni stop UNS S31500

UNS S31803

 SS2376(3RE60)

SS2377(SAF2205)

 W.Nr.1.4417

W.Nr.1.4462

 UR45N DP1

DP8
Wysoki stop UNS S32900

UNS S31260

 SS2324(10RE51) W.Nr.1.4460

W.Nr.1.4501

   329J1

329J2L
Super dwupoziomowy UNS S32750

UNS S32550

 SS2328(SAF2507) W.Nr.1.4410

W.Nr.1.4507

 UR47N+

UR52N+

  

 

Oprócz samego stopu, kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na jego odporność na korozję jest zawartość niklu. Nikiel występuje powszechnie w większych ilościach w większości stopów, co czyni go niezwykle użytecznym składnikiem. W porównaniu do niklu, który jest często stosowany w stopach o wysokiej wytrzymałości ze względu na przewodność elektryczną i zdolność do tworzenia stopów dobrej jakości, nikiel nie jest tak często stosowany do wytwarzania wysokiej jakości stali nierdzewnej typu duplex. Jednym z najciekawszych aspektów stopów niklu jest ich odporność na korozję, co czyni go najlepszą alternatywą dla materiałów o wysokiej wydajności. Po zmieszaniu ze stalą nikiel tworzy bardziej stabilny stop, który może zwiększyć odporność stopu na zużycie i wytrzymałość mechaniczną.

Kolejną istotną właściwością tego stopu jest jego wysoka odporność na rozszerzalność cieplną. Wykazuje wysoki poziom odporności na rozszerzalność cieplną pomimo odporności na rozszerzalność austenitycznych stali nierdzewnych, ze względu na doskonałe właściwości mechaniczne. Ta właściwość zapewnia mu doskonałą zdolność ochrony przed korozją, szczególnie podczas cyklu odpuszczania/usuwania plam. Doskonała odporność na korozję stali nierdzewnej typu duplex sprawia, że jest ona odporna na szeroką gamę substancji chemicznych. Posiada również wysoki poziom odporności na oleje, smary i inne ciecze o wysokim poziomie lepkości.

Oprócz powyższych cech, stal nierdzewna duplex jest również popularna ze względu na jej wysoką wytrzymałość i trwałość. Jego wysoka wytrzymałość do 300 kg jest możliwa dzięki możliwości wykorzystania dwukierunkowych rolek trzpieniowych. Składa się z twardego włókna węglowego zwiniętego w paski, które są przeplatane po obu stronach i uformowane w pręt z trzpieniem. Kolejną cechą czyniącą go doskonałym stopem jest to, że jego powierzchnia jest całkowicie gładka, bez nierówności.

Jednym z najważniejszych czynników wpływających na trwałość stali nierdzewnych typu duplex jest ich niska odporność na korozję wżerową. Stale te wykazują niską szybkość tworzenia się ziaren krystalicznych wewnątrz gorącego stopu. Można je wykorzystać do budowy zarówno dużych, jak i małych konstrukcji w różnych gałęziach przemysłu. Ze względu na odporność na ziarna krystaliczne są bardzo cenione w budownictwie.

Właściwości mechaniczne stali nierdzewnej duplex oferują szereg korzyści, które czynią ją doskonałym wyborem do szerokiego zakresu zastosowań. Właściwości te pozwalają na wykorzystanie tych stali do różnorodnych zastosowań, w tym do budowy elementów inżynierii precyzyjnej, wymienników ciepła i produkcji blach. Inne ważne właściwości tego typu stopu obejmują wysoką tolerancję na ciepło, niską gęstość i doskonałą odporność na korozję. Oferują również szereg właściwości mechanicznych, które wpływają na ogólne właściwości stopu. Należą do nich ekstremalna twardość, wytrzymałość, odporność chemiczna i odporność na pełzanie.

Gatunki niklowo-austenitycznej stali nierdzewnej

/w /przez

Wiadomo, że nikiel jest drogim pierwiastkiem stopowym i jest niezbędny w niektórych zastosowaniach, w których wymagana jest zarówno odporność na korozję naprężeniową, jak i struktura austenitu. Na przykład odporność na pełzanie jest ważna w środowiskach o wysokiej temperaturze, gdzie występuje austenit stale nierdzewne są potrzebne. Podobnie jak w przypadku tradycyjnych austenitycznych stali nierdzewnych, granica bliźniacza jest istotną cechą austenitycznych stali nierdzewnych bogatych w nikiel ze względu na niższą energię błędu ułożenia. Austenityczne stale nierdzewne są podatne na pękanie korozyjne naprężeniowe (SCC). Jednakże odporność na korozję naprężeniową znacznie się poprawia, gdy zawartość niklu przekracza 20%. Badano wpływ niklu na intensywność naprężeń progu korozji naprężeniowej (105℃, 22% roztwór wodny NaCl) w stopach Fe-Ni-Cr zawierających chrom 16%~21%. Austenityczną stal nierdzewną bogatą w nikiel (NiASS) można uznać za odrębną klasę stali nierdzewnej. W rzeczywistości odporność na korozję naprężeniową dwufazowych i ferrytowych stali nierdzewnych jest porównywalna z odpornością dwufazowych i ferrytycznych stali nierdzewnych, gdy zawartość niklu przekracza 30%. Kilka limitowanych gatunków austenitu bogatego w nikiel stale nierdzewne są wymienione w poniższej tabeli. Superaustenityczne stale nierdzewne 254SMO i 654SMO zostały zaprojektowane specjalnie dla przemysłu naftowego i gazowego. Typowe zastosowania to chłodzenie wodą morską, wybielanie masy celulozowej oraz wyposażenie rurociągów hydraulicznych i oprzyrządowania.

 

Gatunki stali nierdzewnych ni-austenitycznych

Stop C Si Mn Kr Ni Pon W Współ Cu Uwaga 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
Stop 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
Stop 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
Stop 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
Stop 690 0.02 0.5 0.5 30 60
Stop 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

SANICRO 25, stop 22Cr-25Ni, przeznaczony jest do stosowania w kotłach o temperaturze do 700°C. Jest to materiał odpowiedni na przegrzewacze i przegrzewacze wtórne ze względu na dobrą wytrzymałość na pękanie w wyniku pełzania i odporność na korozję w wysokiej temperaturze. W rzeczywistości wytrzymałość na pękanie przy pełzaniu SANICRO 25 jest lepsza niż w przypadku większości austenitycznych stali nierdzewnych w zakresie 600 ~ 750 ℃. W wysoce korozyjnym środowisku kwaśnym Sanicro 28 jest zwykle najlepszym wyborem. Stosuje się go w studniach wiertniczych o dużej intensywności z rurami, obudową i wyłożeniem kwaśnego gazu, a inne zastosowania obejmują grzejniki, systemy pomp oraz pompy i pojemniki w instalacjach mokrego kwasu fosforowego i superfosforowego.

Stop 800 jest często stosowany w zakresie temperatur od 550 do 1100 ℃, co wymaga doskonałej odporności na pełzanie, dobrej odporności na korozję w wysokich temperaturach i wytrzymałości materiałów w wysokiej temperaturze. Stopy te wykorzystuje się także na króćcach wlotowych i wylotowych produkcji amoniaku, metanolu i gazu cywilnego, a także w rurach piecowych stosowanych przy produkcji chlorku winylu i etylenu. Inne zastosowania obejmują rury do wymiany ciepła i rury radiacyjne do łóżek fluidalnego spalania oraz części pieców do obróbki cieplnej, takie jak rury tłumiące i tuleje ochronne do termopar.

Stop 25Cr-35Ni 353Ma jest przeznaczony do stosowania w piecach do krakingu i rurach do reformingu, gdzie przetwarzane są gazy syntetyczne w środowiskach, w których nawęglanie i absorpcja azotu są potencjalnie problematyczne. Chociaż istnieją inne alternatywy zawierające więcej chromu, najlepszym wyborem jest 353 MA. Jednym z powodów jest to, że zawiera pierwiastek Ce, który pomaga utworzyć bardzo stabilną powierzchniową warstwę tlenku.

Stop 690 zawiera 60% niklu i jest stosowany głównie w rurociągach generatorów pary w elektrowniach jądrowych. Temperatura robocza wynosi 365℃, w której potencjalnym problemem jest pękanie korozyjne naprężeniowe pomiędzy ziarnami. W danych warunkach pracy stop 690 jest prawie wolny od korozji, co czyni go preferowanym stopem.

Warto zauważyć, że bogata w nikiel austenityczna stal nierdzewna 254SMO jest również wykorzystywana w sztuce. Rzeźba „Bóg nad tęczą” autorstwa Carla Millesa została zainstalowana w 1995 roku na południowym wybrzeżu Nak Strand w Sztokholmie. Rzeźba ma około 23 m wysokości i jest słynnym miejscem widokowym, przez które codziennie przepływa duża liczba żeglarzy. Otaczająca woda morska zawiera sól, chlorki bardzo łatwo powodują korozję powierzchniową, super austenityczna stal nierdzewna 254SMO o wysokiej wytrzymałości jest bardzo odpowiednia dla tego środowiska.

Gdy w płaszczowym wymienniku ciepła zastosowano mieszek ze stali nierdzewnej

/w /przez

Wymiennik ciepła z rurą mieszkową jest ulepszeniem opartym na wymienniku ciepła z prostą (jasną) rurą. Konstrukcja grzbietu i doliny fali dziedziczy zalety rurowego wymiennika ciepła, takie jak trwałość i bezpieczeństwo, a jednocześnie przezwycięża wady, takie jak słaba zdolność przenoszenia ciepła i łatwe osadzanie się kamienia. Zasadą jest poprawa całkowitego współczynnika przenikania ciepła, tak aby zmniejszyć wymaganą powierzchnię wymiany ciepła, co może zaoszczędzić materiały i zmniejszyć wagę przy tym samym efekcie przenikania ciepła.

Ponieważ korpus mieszka jest przetwarzany przez tłoczenie na zimno jasna rura kęsa, powszechnie uważa się, że korpus miecha można wzmocnić po uformowaniu. Eksperyment stabilności ciśnienia zewnętrznego pokazuje, że niestabilność falistej rury do wymiany ciepła pod ciśnieniem zewnętrznym występuje najpierw na prostym odcinku rury, a rura falista będzie niestabilna tylko wtedy, gdy ciśnienie zewnętrzne będzie nadal rosło. Wskazuje to, że stabilność odcinka falistego jest lepsza niż odcinka prostego i że ciśnienie krytyczne odcinka falistego jest wyższe niż odcinka prostego.

Eksperymenty pokazują, że tętnienie odkształcenia wyboczeniowego wystąpiło w dolinie fali, zwłaszcza w dolinie lokalnej pojedynczej fali, na ogół niestabilność nie więcej niż dwóch dolin jednocześnie, pokazuje, że stabilność grzbietu fali jest lepsza niż w dolinie, ale czasami może się również pojawić odwrotnie, w procesie znakowania na zimno zarówno grubość ścianki, jak i koryta prostego odcinka jest stała, a zimna rura jest faktycznie krótsza.

Istnienie szczytów i dolin fal w mieszkach zwiększa efekt promieniowej konwekcji wymiany ciepła w rurach, jak pokazano na rysunku poniżej:

Konwekcja promieniowa ma duży wpływ na całkowity współczynnik przenikania ciepła, co jest podstawową przyczyną niskiej ceny i lekkości dwururowego wymiennika mieszkowego. Powierzchnia wymiany ciepła rura powierzchnia korpusu mieszka i rury prostej jest duża przy tej samej długości, ale zmiana ta jest znacznie mniejsza niż udział zmiany wartości współczynnika. Można wyraźnie zauważyć, że prędkość przepływu prostej (lekkiej) rury znacznie się zmniejsza, gdy znajduje się ona blisko ścianki rury.

Płaszczowy wymiennik ciepła z mieszkiem może powodować stałą zmianę prędkości i kierunku płynu, tworząc turbulencje w porównaniu z wymiennikiem z prostą rurą, powodując wymianę ciepła ze ścianą, dzięki czemu efekt brzegowy wpływający na przenoszenie ciepła nie będzie już istniał. Całkowity współczynnik przenikania ciepła można zwiększyć 2 ~ 3 razy, a rzeczywista praca może osiągnąć nawet 5 razy, a waga jest niewielka, dlatego cena mieszkowego wymiennika ciepła jest niższa niż wymiennika z rurą prostą wymiennik. Z obliczeń i doświadczenia praktycznego wynika, że całkowity współczynnik przenikania ciepła dla mieszka o grubości 1 mm jest o 10% niższy niż dla mieszka o grubości 0,5 mm. Dane eksploatacyjne setek wymienników mieszkowych pokazują, że grubość ścianki (prawie wszystkie 0,5 mm) jest głównym powodem działania 10 ~ 14 lat bez większych napraw i uszkodzeń.

Ponadto mieszkowy wymiennik ciepła może skutecznie przeciwstawić się uderzeniom uderzenia hydraulicznego. Płaszcz dwururowego płytowego wymiennika ciepła połączony jest za pomocą złącza dylatacyjnego. Jeśli zostanie uderzony uderzeniem wodnym, kompensator zostanie niewłaściwie umiejscowiony. Dzieje się tak zarówno w przypadku wymienników ciepła z mieszkami, jak i rurami prostymi, a odkształcenie płaszcza może spowodować skręcenie rury. Dzieje się tak dlatego, że mieszek ma większy margines rozszerzalności, margines odkształcenia sprężystego jest duży podczas odkształcania, co oznacza, że w tym przypadku odporność na niestabilność jest duża. W każdym razie, w trakcie instalacji, aby uniknąć uderzenia wodnego, można zastosować zawór kątowy, wyłącznik opóźniający i inne środki.

Zalety wymiennika ciepła z mieszkiem ze stali nierdzewnej

  • Wysoka wydajność wymiany ciepła

Specjalna konstrukcja mieszków z grzebieniem i rynną umożliwia przepływ płynu w wyniku ciągłych mutacji wewnętrznej i zewnętrznej części rury, tworząc silną turbulencję. Nawet przy bardzo małym natężeniu przepływu płyn może powodować silne zaburzenia wewnątrz i na zewnątrz rury, co znacznie poprawia współczynnik przenikania ciepła przez rurę wymiennika ciepła. Współczynnik przenikania ciepła jest 2-3 razy wyższy niż w przypadku tradycyjnego rurowego wymiennika ciepła.

  • Bez skalowania i blokowania

Medium wewnątrz i na zewnątrz mieszka jest zawsze w stanie silnie turbulentnym, co sprawia, że cząstki stałe w ośrodku są trudne do osadzania kamienia; Z drugiej strony, pod wpływem różnicy temperatur ośrodka powstaną ślady odkształcenia związanego z rozszerzaniem osiowym, krzywizna będzie się często zmieniać, rura wymiany brudu i ciepła będzie wytwarzać dużą siłę ciągnącą, nawet jeśli będzie spokój kamienia, dlatego pęknie wyłącza się automatycznie, dzięki czemu wymiennik ciepła zawsze utrzymuje trwałą i lepszą wydajność wymiany ciepła.

  • Automatyczna kompensacja

Specjalna konstrukcja i kształt mieszka może skutecznie zmniejszyć naprężenia termiczne w warunkach podgrzewania bez dodawania kompensatorów, upraszczając w ten sposób strukturę produktów i poprawiając niezawodność produktów.

  • Długa żywotność

Zwiększona jest zdolność rozszerzania osiowego, co skutecznie zmniejsza naprężenia spowodowane różnicą temperatur i może dostosować się do dużej różnicy temperatur i zmian ciśnienia, dzięki czemu nie będzie wycieków spowodowanych pęknięciem wylotu rury. Połączenie pomiędzy przegrodą a mieszkiem wydłuża żywotność wymiennika ciepła.

 

Jak azot wpływa na stal nierdzewną 316LN?

/w /przez

316LN to wersja oparta na dodatku azotu Stal 316L (0,06% ~ 0,08%), dzięki czemu ma takie same właściwości jak 316L, został wykorzystany do produkcji wysokotemperaturowych elementów konstrukcyjnych w reaktorze szybkiego powielania (FBRS). Zmniejszenie zawartości węgla znacznie zmniejsza podatność na pękanie korozyjne naprężeniowe w wyniku spawania w późniejszych środowiskach korozyjnych. Najważniejszymi czynnikami branymi pod uwagę w przypadku komponentów FBRS są pełzanie, zmęczenie niskocyklowe i interakcja między zmęczeniem pełzającym. Wytrzymałość w wysokiej temperaturze Stal nierdzewna 316L można ulepszyć do stali nierdzewnej 316 poprzez dodanie stopu 0,06% ~ 0,08% N. W tym artykule omówiony zostanie wpływ zawartości azotu wyższej niż 0,08% na właściwości mechaniczne stali nierdzewnej 316L w wysokiej temperaturze.

 

Skład chemiczny stali nierdzewnej 316LN

Piec N C Mn Kr Pon Ni Si S P Fe
Standardy 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 –

Te cztery partie stali nierdzewnej 316LN o zawartości azotu 0,07%, 0,11%, 0,14% i 0,22% oraz zawartości węgla 0,03% zostały przetestowane w celu zbadania wpływu azotu na rozciąganie, pełzanie, zmęczenie niskocyklowe i pełzanie -właściwości zmęczeniowe stali nierdzewnej 316LN. Celem tego eksperymentu jest znalezienie optymalnej zawartości azotu, aby uzyskać najlepszą kombinację właściwości rozciągania, pełzania i zmęczenia niskocyklowego. Wyniki eksperymentów pokazują, że azot może poprawić wytrzymałość na rozciąganie, pełzanie i wytrzymałość zmęczeniową austenitycznych stali nierdzewnych. Przyczyny wzrostu wytrzymałości obejmują poprawę roztworu, zmniejszoną energię błędu układania (SFE), utwardzanie wydzieleniowe, tworzenie kompozytów (międzywęzłowych substancji rozpuszczonych), segregację atomową i uporządkowane utwardzanie. Ze względu na różne właściwości wymiany elektronów rozpuszczony azot w austenitycznej stali nierdzewnej ma większą objętość ekspansji niż węgiel.

Oprócz elastycznego oddziaływania pomiędzy azotem i dyslokacją, na wytrzymałość wpływa również elektrostatyczne interakcja międzymiąższowej dyslokacji. Jądra dyslokacji charakteryzują się brakiem wolnych elektronów, co oznacza, że mają ładunek dodatni. Atomy azotu w austenitycznych stalach nierdzewnych są naładowane ujemnie ze względu na położenie wolnych elektronów w pobliżu atomów azotu i oddziaływanie elektrostatyczne pomiędzy dyslokacjami a atomami azotu.

Efektywna energia wiązania pomiędzy atomem azotu a dyslokacją wzrasta wraz ze wzrostem zawartości azotu w stali austenitycznej, lecz w przypadku węgla korelacja nie jest oczywista. W stalach austenitycznych azot śródmiąższowy oddziałuje z pierwiastkami podstawnikowymi i ma tendencję do tworzenia składów atomowych międzypodstawnikowych. Związek łatwo wiąże się z pierwiastkami na lewo od Fe w układzie okresowym, takimi jak Mn, Cr, Ti i V. Istnieje silna korelacja pomiędzy właściwościami wiązań międzyatomowych (tj. orientacją i dezorientacją) a bliskością sąsiadujących ze sobą atomy w wieloskładnikowym układzie stopowym. Wiązanie między atomami metali ułatwia uporządkowanie krótkiego zasięgu, czyli wiązanie atomów różnych pierwiastków. Polaryzacja międzyatomowa ułatwia wymianę elektronów kowalencyjnych, czyli wiązanie między atomami tego samego pierwiastka. Węgiel sprzyja agregacji atomów podstawieniowych w stałym roztworze na bazie żelaza, podczas gdy azot ułatwia uporządkowanie krótkiego zasięgu.

Ogólnie rzecz biorąc, granica plastyczności (YS) i wytrzymałość na rozciąganie (UTS). 316L stal nierdzewną znacznie udoskonalono poprzez dodanie azotu o stężeniu 0,07% ~ 0,22%. Wzrost wytrzymałości zaobserwowano we wszystkich testach w zakresie temperatur 300 ~ 1123K. Zaobserwowano dynamiczne starzenie odkształceniowe w ograniczonym zakresie temperatur. Zakres temperatur dynamicznego starzenia odkształceniowego (DSA) zmniejsza się wraz ze wzrostem zawartości azotu.