Thép không gỉ cường độ cao được sử dụng trong các ứng dụng máy bay

/TRONG /qua

Chúng ta thường gọi độ bền kéo cao hơn 800MPa, cường độ năng suất cao hơn 500MPa thép không gỉ là thép không gỉ cường độ cao, cường độ năng suất cao hơn 1380MPa thép không gỉ được gọi là thép không gỉ cường độ siêu cao. Sự phát triển của ngành hàng không đã chứng minh rằng việc nâng cao hiệu suất của máy bay và động cơ máy bay phần lớn phụ thuộc vào vật liệu kim loại. Do thép có độ bền cao, độ dẻo dai cao, khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất cao và khả năng chống va đập tốt nên một số bộ phận kết cấu chính của máy bay như bộ phận hạ cánh, dầm, khớp chịu ứng suất cao, ốc vít và thép không gỉ cường độ cao khác vẫn được sử dụng.

Thép không gỉ cường độ cao chủ yếu bao gồm thép không gỉ làm cứng kết tủa Martensite và thép không gỉ làm cứng kết tủa bán Austenite. Độ bền của thép không gỉ làm cứng kết tủa martensite đạt được bằng cách biến đổi martensite và xử lý làm cứng kết tủa, ưu điểm là cường độ cao, đồng thời do hàm lượng carbon thấp, crom cao, molypden cao và / hoặc đồng cao, khả năng chống ăn mòn của nó nói chung là không thép không gỉ austenit ít hơn 18Cr-8Ni; Cắt tự do, khả năng hàn tốt, không cần ủ cục bộ sau khi hàn, quá trình xử lý nhiệt tương đối đơn giản. Nhược điểm chính là ngay cả ở trạng thái ủ, cấu trúc của nó vẫn là martensite carbon thấp nên khó tiến hành gia công nguội biến dạng sâu. Loại thép điển hình là 17-4PH và PH13-8Mo, được sử dụng để sản xuất các bộ phận ổ trục chống ăn mòn có độ bền cao, chẳng hạn như bộ phận ổ trục động cơ, ốc vít, v.v. hoạt động ở nhiệt độ 400oC. PH13-8Mo được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận kết cấu nhiệt độ trung bình chống ăn mòn ổ trục hàng không.

Thép không gỉ cứng kết tủa bán Austenite có thể được gia công, biến dạng nguội và hàn ở trạng thái Austenite, sau đó có thể kiểm soát sự biến đổi martensite và làm cứng kết tủa bằng cách điều chỉnh quá trình lão hóa để đạt được độ bền và sự phối hợp độ bền khác nhau. Thép có khả năng chống ăn mòn và độ bền nhiệt tốt, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn ứng suất và đặc biệt thích hợp để sản xuất các bộ phận được sử dụng ở nhiệt độ dưới 540oC. Nhược điểm là quá trình xử lý nhiệt phức tạp, yêu cầu kiểm soát nhiệt độ xử lý nhiệt rất chính xác (± 5oC); Xu hướng làm cứng của thép lớn, và thường cần nhiều thời gian ủ trung gian để gia công nguội biến dạng sâu. Các lớp điển hình là 17-7PH, PH15-7Mo, v.v. Loại thép này chủ yếu được sử dụng trong ngành hàng không để làm việc ở nhiệt độ dưới 400oC so với kết cấu chịu lực ăn mòn, chẳng hạn như các loại ống, mối nối ống, lò xo, ốc vít, v.v.

 

Thiết bị hạ cánh máy bay

Các vật liệu được sử dụng để chế tạo thiết bị hạ cánh máy bay là 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 và các thiết bị hạ cánh và ốc vít máy bay khác có yêu cầu cao hơn hầu hết được làm bằng thép không gỉ cứng kết tủa, chẳng hạn như 17-4PH đối với càng đáp của máy bay F-15, 15-5pH đối với càng đáp của máy bay B-767. Thép PH13-8mo có tiềm năng thay thế 17-4PH, 15-5PH, 17-7PH, PH15-7Mo và các loại thép khác do khả năng chống ăn mòn ứng suất tốt hơn so với thép không gỉ cứng kết tủa cùng loại.

Vòng bi máy bay

Công ty FAG của Đức đã phát triển thép không gỉ martensite bổ sung nitơ Cronidur30 (0,31%C-0,38%N-15% Cr-L %Mo), được sản xuất bằng quy trình PESR nung chảy lại xỉ điện trong môi trường nitơ áp suất cao. Nó là thép không gỉ ở nhiệt độ cao với hàm lượng nitơ cao được làm cứng hoàn toàn, có khả năng chống ăn mòn cao hơn SUS440. Nó không phù hợp với giá trị DN cao (D: đường kính trong ổ trục/mm, N: vòng quay trục/arin) vì đặc tính của nó là loại cứng hoàn toàn, cùng một Cronidur30 có thể thỏa mãn giá trị ứng suất nén dư và độ bền đứt gãy DN4 triệu tại đồng thời thông qua quá trình dập tắt tần số cao. Nhưng nhiệt độ ủ thấp hơn 15OoC, nó không thể chịu được sự gia tăng nhiệt độ vòng bi do sốc nhiệt sau khi tắt động cơ.

Các bộ phận cấu trúc mang máy bay

Thép không gỉ cường độ cao trong kết cấu ổ trục máy bay chủ yếu là 15-5PH, 17-4PH, PH13-8Mo, v.v., bao gồm chốt nắp hầm, bu lông cường độ cao, lò xo và các bộ phận khác. Máy bay dân dụng sử dụng thép không gỉ cường độ cao cho xà ngang cánh, chẳng hạn như thép 15-5PH cho xà ngang cánh Boeing 737-600; Loại thép cánh A340-300 SPAR PH13-8Mo. Ph13-8Mo được sử dụng cho các bộ phận đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, đặc biệt đối với hiệu suất ngang, chẳng hạn như khung thân máy bay. Gần đây hơn, Custom465 đã được thử nghiệm nhờ độ bền tăng lên và khả năng chống ăn mòn do ứng suất. Custom465 được Carpenter phát triển trên cơ sở Custom450 và Custom455 để sản xuất thanh dẫn hướng nắp máy bay, thanh dẫn hướng thanh, hộp số, giá đỡ động cơ, v.v. Thép hiện được đưa vào thông số kỹ thuật MMPDS-02, AMS5936 và ASTM A564. Thép không gỉ cường độ cao HSL180 (0,21C-12,5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo) được sử dụng để chế tạo kết cấu máy bay, có cùng cường độ 1800MPa như thép hợp kim thấp như 4340 và có cùng khả năng chống ăn mòn và độ bền như thép không gỉ cứng kết tủa như SUS630.

 

Tại sao thép không gỉ song công được sử dụng trong hệ thống nước làm mát nhà máy điện hạt nhân?

/TRONG /qua

Là nguồn năng lượng sạch, năng lượng hạt nhân góp phần quan trọng vào việc giảm lượng khí thải carbon trên toàn thế giới. Hệ thống đường ống nước làm mát là chìa khóa cho sự vận hành an toàn của nhà máy điện hạt nhân. Nó bao gồm hàng ngàn feet ống có đường kính và kích cỡ khác nhau. Nó cung cấp nguồn nước đáng tin cậy để làm mát thiết bị của nhà máy. Hệ thống đường ống không an toàn phải cung cấp đủ nước làm mát để làm mát nhà máy, trong khi hệ thống an toàn phải cung cấp đủ nước làm mát để kiểm soát lò phản ứng và tắt lò phản ứng một cách an toàn trong trường hợp khẩn cấp.

Những vật liệu ống này phải có khả năng chống ăn mòn nước làm mát trong suốt thời gian sử dụng của thiết bị. Tùy thuộc vào vị trí của nhà máy, loại nước làm mát có thể từ nước ngọt tương đối sạch đến nước biển bị ô nhiễm. Kinh nghiệm đã chỉ ra rằng khi hệ thống cũ đi, nhiều vấn đề ăn mòn và mức độ ăn mòn khác nhau có thể xảy ra, làm hỏng hệ thống và khiến hệ thống không thể cung cấp đủ nước làm mát cần thiết.

Các vấn đề với đường ống nước làm mát thường liên quan đến vật liệu và sự tương tác của chúng với nước làm mát. Rò rỉ do tắc nghẽn (bịt kín) và ăn mòn hệ thống là những vấn đề phổ biến nhất, bao gồm tích tụ trầm tích, bám dính sinh học biển (bụi bẩn sinh học), tích tụ các sản phẩm ăn mòn và tắc nghẽn vật chất lạ. Rò rỉ thường do ăn mòn vi sinh vật (MIC), là sự ăn mòn rất ăn mòn do một số vi sinh vật trong nước gây ra. Dạng ăn mòn này xảy ra thường xuyên ở thép cacbon và thép không gỉ hợp kim thấp.

Thép không gỉ từ lâu đã được coi là một lựa chọn khả thi để xây dựng hệ thống đường ống cấp nước mới và sửa chữa hoặc thay thế hệ thống thép carbon hiện có. Thép không gỉ thường được sử dụng trong các giải pháp nâng cấp đường ống là thép không gỉ 304L, 316L hoặc 6%-Mo. Thép không gỉ 316L và 6% Mo có sự khác biệt lớn về hiệu suất và giá cả. Nếu môi trường làm mát là nước chưa qua xử lý, có tính ăn mòn cao và có nguy cơ ăn mòn vi sinh vật thì 304L và 316L không phải là lựa chọn phù hợp. Kết quả là các nhà máy hạt nhân đã phải nâng cấp lên thép không gỉ 6%-Mo hoặc chấp nhận chi phí bảo trì cao cho hệ thống thép carbon. Một số nhà máy điện hạt nhân vẫn sử dụng ống lót bằng thép carbon vì chi phí ban đầu thấp hơn. Theo tiêu chuẩn ASTM A240, Hệ thống đường ống cấp nước công nghiệp thường được làm bằng thép không gỉ dưới đây:

Điểm UNS C N Cr Ni Mơ Củ
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 /

Thép không gỉ song công 2205 được chứng minh là một sự lựa chọn tuyệt vời. Nhà máy điện hạt nhân Catawba của Duke Power ở Nam Carolina là nhà máy điện hạt nhân đầu tiên sử dụng thép không gỉ hai pha 2205 (UNS S32205) trong hệ thống của mình. Loại này chứa khoảng 3,2% molypden và có khả năng chống ăn mòn được cải thiện cũng như khả năng chống ăn mòn của vi sinh vật tốt hơn đáng kể so với thép không gỉ 304L và 316L.

Đường ống lót bằng thép carbon trên phần trên mặt đất của hệ thống đường ống truyền nước cấp đến tháp giải nhiệt của bình ngưng chính đã được thay thế bằng đường ống thép không gỉ song công 2205.

Sự thay thế mới 2205 Ống thép không gỉ song công được lắp đặt vào năm 2002. Ống dài 60 mét, đường kính 76,2 cm và 91,4 cm, độ dày thành ống là 0,95 cm. Hệ thống được quy định theo tiêu chuẩn đường ống điện ASME B31.1, là một trong những quy tắc quản lý sử dụng an toàn hệ thống đường ống của nhà máy điện và được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Sau 500 ngày sử dụng, hệ thống đã được kiểm tra kỹ lưỡng. Không tìm thấy cặn hoặc ăn mòn trong quá trình kiểm tra. Thép không gỉ song công 2205 hoạt động rất tốt. Đường ống thép không gỉ 2205 đã hoạt động tốt trong hơn một thập kỷ kể từ khi lắp đặt. Dựa trên kinh nghiệm này, Duke Power đã sử dụng Ống thép không gỉ song song 2205 trong các phần khác của hệ thống của nó.

Bên trong ống 2205 sau 500 ngày sử dụng.

 

Các nhà thiết kế hệ thống nước của nhà máy điện hạt nhân giờ đây có thêm một lựa chọn nữa khi lựa chọn vật liệu đường ống cho nước làm mát chống ăn mòn. Việc ứng dụng thành công thép không gỉ song 2205 có thể giảm chi phí bảo trì, giảm thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo an toàn vận hành của các nhà máy điện hạt nhân.

DSS là gì?

/TRONG /qua

DSS, tên viết tắt của thép không gỉ Duplex, là một phân loại thép không gỉ bao gồm hai loại thép với thép ở giữa bao gồm austenitize hoặc ferric. Chúng còn được gọi là thép song công vì cấu trúc hóa học của chúng có hai pha riêng biệt, cả hai đều thường được biểu thị bằng martensite tương ứng. Những loại thép này rất hữu ích trong các ứng dụng đòi hỏi độ dẻo dai cao vì hai pha có thể được sử dụng cùng nhau ở nhiệt độ và áp suất cao. Thép không gỉ song công có thể đạt được đủ độ cứng ở cả hai pha austenit và martensite do sự hiện diện của một lượng đáng kể austenite dư. Các loại DSS thường được sử dụng là S31804, S32750 và SS32550.

Các loại thép không gỉ song công

Kiểu UNS Thụy Điển tiếng Đức Pháp Nhật Bản
Hợp kim thấp UN23(SAF2304) SS232(SAF2304) W.Nr.1.4362 UR35N DP11
Hợp kim trung bình UNS S31500

UNS S31804

 SS2376(3RE60)

SS2377(SAF2205)

 W.Nr.1.4417

W.Nr.1.4462

 UR45N DP1

DP8
Hợp kim cao UNS S32900

UNS S31260

 SS2324(10RE51) W.Nr.1.4460

W.Nr.1.4501

   329J1

329J2L
Siêu song công UNS S32750

UNS S32550

 SS2328(SAF2507) W.Nr.1.4410

W.Nr.1.4507

 UR47N+

UR52N+

  

 

Ngoài bản thân hợp kim, một yếu tố quan trọng khác góp phần vào khả năng chống ăn mòn của nó là hàm lượng niken. Niken thường được tìm thấy với tỷ lệ phần trăm cao hơn trong hầu hết các hợp kim, khiến nó trở thành một thành phần cực kỳ hữu ích. So với niken, thường được sử dụng trong các hợp kim hiệu suất cao vì tính dẫn điện và khả năng tạo thành hợp kim chất lượng tốt, niken không được sử dụng thường xuyên để sản xuất thép không gỉ song chất lượng cao. Một trong những khía cạnh thú vị nhất của hợp kim niken là khả năng chống ăn mòn, khiến nó trở thành sự thay thế tốt nhất cho các vật liệu hiệu suất cao. Khi trộn với thép, niken tạo ra hợp kim ổn định hơn, có thể làm tăng khả năng mài mòn và độ bền cơ học của hợp kim.

Một đặc tính quan trọng khác của hợp kim này là khả năng chống giãn nở nhiệt cao. Nó thể hiện mức độ chống giãn nở nhiệt cao bất chấp khả năng chống giãn nở của thép không gỉ austenit, do tính chất cơ học vượt trội của nó. Đặc tính này mang lại cho nó khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, đặc biệt là trong chu trình ủ/loại bỏ vết bẩn. Tính năng chống ăn mòn tuyệt vời của thép không gỉ song công cho phép nó đứng vững trước nhiều loại hóa chất. Nó cũng có khả năng chống dầu, mỡ cao và các chất lỏng khác có độ nhớt cao.

Ngoài những đặc điểm trên, inox song công còn được ưa chuộng vì độ bền và độ bền cao. Khả năng chịu lực cao lên tới 300Kg của nó có thể thực hiện được nhờ khả năng sử dụng các cuộn trục gá hai chiều. Nó bao gồm một sợi carbon cứng được cuộn thành các dải được đan xen ở cả hai bên và tạo thành một thanh có trục gá. Một đặc điểm nữa khiến nó trở thành một hợp kim tuyệt vời là bề mặt của nó hoàn toàn nhẵn không có đường gờ.

Một trong những yếu tố quan trọng nhất góp phần tạo nên độ bền của thép không gỉ song công là khả năng chống ăn mòn rỗ thấp. Những loại thép này có tốc độ hình thành hạt tinh thể thấp bên trong hợp kim nóng. Chúng có thể được sử dụng để xây dựng cả công trình lớn và nhỏ trong các ngành công nghiệp khác nhau. Do khả năng chống lại các hạt tinh thể nên chúng được ngành xây dựng đánh giá cao.

Các tính chất cơ học của thép không gỉ song công mang lại một số lợi ích khiến chúng trở thành sự lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng. Những đặc tính này cho phép các loại thép này được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm chế tạo linh kiện kỹ thuật chính xác, bộ trao đổi nhiệt và chế tạo kim loại tấm. Một số đặc tính quan trọng khác của loại hợp kim này bao gồm khả năng chịu nhiệt cao, mật độ thấp và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời. Họ cũng cung cấp một số tính chất cơ học góp phần vào tính chất tổng thể của hợp kim. Chúng bao gồm độ cứng cực cao, độ dẻo dai, khả năng kháng hóa chất và khả năng chống rão.

Các loại thép không gỉ Niken Austenitic

/TRONG /qua

Niken được biết đến là một nguyên tố hợp kim đắt tiền và rất cần thiết trong một số ứng dụng yêu cầu cả khả năng chống ăn mòn ứng suất và cấu trúc austenite. Ví dụ, khả năng chống rão rất quan trọng trong môi trường nhiệt độ cao, nơi austenit thép không rỉ được cần. Tương tự như thép không gỉ austenit truyền thống, ranh giới song sinh là một đặc điểm quan trọng của thép không gỉ austenit giàu niken do năng lượng lỗi xếp chồng thấp hơn. Thép không gỉ Austenitic dễ bị nứt do ăn mòn ứng suất (SCC). Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn ứng suất được cải thiện đáng kể khi hàm lượng niken vượt quá 20%. Nghiên cứu ảnh hưởng của niken đến cường độ ứng suất của ngưỡng ăn mòn ứng suất (dung dịch nước NaCl 105oC, 22%) trong hợp kim Fe-Ni-Cr chứa crom 16%~21%. Thép không gỉ austenit giàu niken (NiASS) có thể được coi là một loại thép không gỉ riêng biệt. Trên thực tế, khả năng chống ăn mòn ứng suất của thép không gỉ hai pha và ferit có thể so sánh với thép không gỉ hai pha và ferit khi hàm lượng niken vượt quá 30%. Một số loại austenit giàu niken có giới hạn thép không rỉ được liệt kê trong bảng dưới đây. Thép không gỉ siêu austenit 254SMO và 654SMO được thiết kế dành riêng cho ngành dầu khí. Các ứng dụng điển hình là làm mát bằng nước biển, tẩy trắng bột giấy và thiết bị đường ống thủy lực và dụng cụ.

 

Các loại thép không gỉ Ni-Austenitic

hợp kim C Sĩ Mn Cr Ni Mơ W có Củ 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
Hợp kim 800 0.07 0.6 0.6 20.5 30.5
353MA 0.05 1.6 1.5 25 35 0.16
Hợp kim 825 0.03 0.5 0.8 20 38.5 2.6
Hợp kim 625 0.03 0.5 0.5 21 Bal 8.5
Hợp kim 690 0.02 0.5 0.5 30 60
Hợp kim 600 0.05 0.4 0.8 16.5 Bal 0.5

SANICRO 25, hợp kim 22Cr-25Ni, được thiết kế để sử dụng trong nồi hơi có nhiệt độ lên tới 700 °C. Nó là vật liệu thích hợp cho các bộ quá nhiệt và hâm nóng do độ bền đứt gãy tốt và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao. Trên thực tế, độ bền đứt gãy do rão của SANICRO 25 vượt trội so với hầu hết các loại thép không gỉ austenit trong khoảng 600~750oC. Trong môi trường axit có tính ăn mòn cao, Sanicro 28 thường là lựa chọn tốt nhất. Nó được sử dụng trong các giếng khoan cường độ cao có ống, vỏ và lớp lót khí axit, và các ứng dụng khác bao gồm máy sưởi, hệ thống bơm, máy bơm và thùng chứa trong các nhà máy axit photphoric ướt và nhà máy axit siêu photphoric.

Hợp kim 800 thường được sử dụng trong phạm vi môi trường từ 550 đến 1100oC, đòi hỏi khả năng chống rão tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao tốt và độ bền nhiệt độ cao của vật liệu. Các hợp kim này cũng được sử dụng trong các cổng đầu vào và đầu ra của quá trình sản xuất amoniac, metanol và khí dân dụng, cũng như trong các ống lò dùng để sản xuất vinyl clorua và ethylene. Các ứng dụng khác bao gồm ống trao đổi nhiệt và ống bức xạ cho giường đốt tầng sôi và các bộ phận của lò xử lý nhiệt, chẳng hạn như ống giảm âm và ống bảo vệ cho cặp nhiệt điện.

Hợp kim 25Cr-35Ni 353Ma được thiết kế để sử dụng trong lò nung nứt và ống cải cách nơi khí tổng hợp được xử lý trong môi trường nơi quá trình cacbon hóa và hấp thụ nitơ có thể gặp vấn đề. Mặc dù có những lựa chọn thay thế khác chứa nhiều crom hơn nhưng 353 MA là lựa chọn tốt nhất. Một lý do là nó có chứa nguyên tố Ce, giúp hình thành lớp oxit bề mặt rất ổn định.

Hợp kim 690 chứa 60% niken và được sử dụng chủ yếu trong đường ống của máy tạo hơi nước trong các nhà máy điện hạt nhân. Nhiệt độ vận hành là 365oC, tại đó vết nứt do ăn mòn ứng suất giữa các hạt là một vấn đề tiềm ẩn. Trong các điều kiện sử dụng nhất định, hợp kim 690 gần như không bị ăn mòn, khiến nó trở thành hợp kim được ưa chuộng.

Điều thú vị là thép không gỉ Austenitic giàu niken 254SMO cũng được sử dụng cho nghệ thuật. Tác phẩm điêu khắc “Chúa, trên cầu vồng” của Carl Milles được lắp đặt vào năm 1995 trên bờ biển phía nam của Nak Strand ở Stockholm. Tác phẩm điêu khắc này cao khoảng 23m và là một danh lam thắng cảnh nổi tiếng, nơi có rất nhiều thủy thủ qua lại mỗi ngày. Nước biển xung quanh chứa muối, clorua rất dễ gây ăn mòn bề mặt, thép không gỉ siêu austenit cường độ cao 254SMO rất phù hợp với môi trường này.

Khi sử dụng ống thổi bằng thép không gỉ trong bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ

/TRONG /qua

Bộ trao đổi nhiệt ống thổi là bản nâng cấp dựa trên bộ trao đổi nhiệt ống thẳng (sáng). Thiết kế đỉnh và máng sóng kế thừa ưu điểm của dàn trao đổi nhiệt dạng ống như độ bền, an toàn, đồng thời khắc phục được các khuyết điểm như khả năng truyền nhiệt kém, dễ đóng cặn. Nguyên tắc là cải thiện tổng hệ số truyền nhiệt để giảm diện tích truyền nhiệt cần thiết, có thể tiết kiệm vật liệu và giảm trọng lượng dưới cùng hiệu ứng truyền nhiệt.

Bởi vì thân ống thổi được xử lý bằng cách ép lạnh ống sáng phôi thép, người ta thường tin rằng thân ống thổi có thể được tăng cường sau khi hình thành. Thí nghiệm ổn định áp suất bên ngoài cho thấy sự mất ổn định của ống trao đổi nhiệt dạng sóng dưới áp suất bên ngoài lần đầu tiên xảy ra ở phần ống thẳng và ống lượn sóng sẽ chỉ không ổn định nếu áp suất bên ngoài tiếp tục tăng. Điều này cho thấy độ ổn định của phần tôn tốt hơn so với phần thẳng và áp suất tới hạn của phần tôn cao hơn so với phần thẳng.

Thực nghiệm cho thấy xuất hiện gợn sóng biến dạng oằn trong máng sóng, đặc biệt là máng sóng đơn cục bộ, nhìn chung không quá hai máng mất ổn định cùng lúc cho thấy độ ổn định của đỉnh sóng tốt hơn máng nhưng đôi khi cũng có thể xuất hiện ngược lại, trong quá trình đánh dấu ép nguội, cả máng và độ dày thành của phần thẳng đều không đổi, lạnh sau khi ống thực sự ngắn hơn.

Sự tồn tại của các đỉnh và đáy sóng trong ống thổi làm tăng hiệu ứng đối lưu trao đổi nhiệt hướng tâm trong các ống, như minh họa trong Hình dưới đây:

Đối lưu hướng tâm có ảnh hưởng lớn đến tổng hệ số truyền nhiệt, đây là lý do cơ bản khiến bộ trao đổi nhiệt dạng ống đôi có giá thành thấp và nhẹ. Diện tích trao đổi nhiệt của ống bề mặt thân của ống thổi và ống thẳng lớn ở cùng chiều dài, nhưng sự thay đổi này ít hơn nhiều so với sự đóng góp của việc thay đổi giá trị hệ số. Có thể thấy rõ vận tốc dòng chảy của ống thẳng (ánh sáng) giảm đáng kể khi ở gần thành ống.

Bộ trao đổi nhiệt dạng vỏ có ống thổi có thể làm cho tốc độ và hướng chất lỏng thay đổi liên tục tạo thành nhiễu loạn so với bộ trao đổi nhiệt dạng ống thẳng, khiến cho việc trao đổi nhiệt với thành ống, hiệu ứng biên ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt sẽ không còn tồn tại. Tổng hệ số truyền nhiệt có thể tăng lên 2 ~ 3 lần, hoạt động thực tế thậm chí có thể đạt tới 5 lần và trọng lượng nhẹ, đó là lý do khiến giá của bộ trao đổi nhiệt ống thổi thấp hơn giá của bộ trao đổi nhiệt ống thẳng trao đổi. Theo tính toán và kinh nghiệm thực tế, tổng hệ số truyền nhiệt của ống thổi dày 1 mm thấp hơn 10% so với ống thổi dày 0,5 mm. Dữ liệu vận hành của hàng trăm bộ trao đổi nhiệt ống thổi cho thấy độ dày thành (hầu hết là 0,5 mm) là nguyên nhân chính khiến hoạt động được 10 ~ 14 năm mà không cần sửa chữa hay hư hỏng lớn.

Ngoài ra, bộ trao đổi nhiệt ống thổi có thể chống lại tác động của búa nước một cách hiệu quả. Vỏ của bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ống đôi được nối với khớp nối giãn nở. Nếu chịu tác động của búa nước, khe co giãn sẽ bị đặt sai vị trí. Điều này xảy ra với cả ống thổi và bộ trao đổi nhiệt ống thẳng, và sự biến dạng của vỏ có thể khiến ống bị xoắn. Đó là do ống thổi có biên độ giãn nở lớn hơn, biên độ đàn hồi của biến dạng lớn khi bị biến dạng, nghĩa là khả năng chống mất ổn định rất mạnh trong trường hợp này. Nhưng trong mọi trường hợp, trong quá trình lắp đặt để tránh xảy ra hiện tượng búa nước, có thể thực hiện bằng cách sử dụng van góc, công tắc trễ và các biện pháp khác.

Ưu điểm của bộ trao đổi nhiệt vỏ thép không gỉ

  • Hiệu suất truyền nhiệt cao

Thiết kế đỉnh và máng đặc biệt của ống thổi làm cho chất lỏng chảy do sự đột biến liên tục của phần bên trong và bên ngoài của ống tạo thành nhiễu loạn mạnh. Ngay cả trong trường hợp tốc độ dòng chảy rất nhỏ, chất lỏng có thể hình thành sự xáo trộn mạnh bên trong và bên ngoài ống, giúp cải thiện đáng kể hệ số truyền nhiệt của ống trao đổi nhiệt. Hệ số truyền nhiệt cao gấp 2 ~ 3 lần so với bộ trao đổi nhiệt dạng ống truyền thống.

  • Không mở rộng quy mô và chặn

Môi trường bên trong và bên ngoài ống thổi luôn ở trạng thái hỗn loạn cao, khiến các hạt rắn trong môi trường khó lắng đọng cặn; Mặt khác, bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch nhiệt độ của môi trường sẽ tạo ra dấu vết biến dạng giãn nở dọc trục, độ cong sẽ thay đổi thường xuyên, ống trao đổi nhiệt và bụi bẩn sẽ tạo ra lực kéo lớn, ngay cả khi có quy mô bình tĩnh sẽ bị vỡ. tự động tắt, nhờ đó bộ trao đổi nhiệt luôn duy trì hiệu suất truyền nhiệt lâu dài, tốt hơn.

  • Tự động bù

Cấu trúc và hình dạng đặc biệt của ống thổi có thể giảm ứng suất nhiệt một cách hiệu quả trong điều kiện được làm nóng mà không cần thêm các khe co giãn, do đó đơn giản hóa cấu trúc của sản phẩm và nâng cao độ tin cậy của sản phẩm.

  • Tuổi thọ dài

Khả năng giãn nở dọc trục được tăng cường, giúp giảm ứng suất chênh lệch nhiệt độ một cách hiệu quả và có thể thích ứng với chênh lệch nhiệt độ lớn và thay đổi áp suất, do đó sẽ không có hiện tượng rò rỉ do vỡ miệng ống. Sự kết nối giữa tấm vách ngăn và ống thổi giúp kéo dài tuổi thọ của bộ trao đổi nhiệt.

 

Nitơ ảnh hưởng đến thép không gỉ 316LN như thế nào?

/TRONG /qua

316LN là phiên bản bổ sung Nitơ dựa trên thép 316L (0,06% ~ 0,08%), do đó nó có các đặc tính tương tự như 316L, đã được sử dụng trong sản xuất các bộ phận cấu trúc nhiệt độ cao trong lò phản ứng tái sinh nhanh (FBRS). Việc giảm hàm lượng cacbon làm giảm đáng kể khả năng bị nứt ăn mòn do ứng suất do hàn trong môi trường ăn mòn tiếp theo. Độ rão, độ mỏi chu kỳ thấp và tương tác độ rão-độ mỏi là những vấn đề quan trọng nhất cần cân nhắc đối với các thành phần FBRS. Độ bền nhiệt độ cao của thép không gỉ 316L có thể được cải thiện thành thép không gỉ 316 bằng cách hợp kim hóa 0,06% ~ 0,08% N. Ảnh hưởng của hàm lượng nitơ cao hơn 0,08% đến tính chất cơ học của thép không gỉ 316L ở nhiệt độ cao sẽ được thảo luận trong bài báo này.

 

Thành phần hóa học của thép không gỉ 316LN

Lò lửa N C Mn Cr Mơ Ni Sĩ S P Fe
Tiêu chuẩn 0.06-0.22 0.02-0.03 1.6-2.0 17-18 2.3-2.5 12.0-12.5 .50,5 .00,01 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 –

Bốn lô thép không gỉ 316LN có hàm lượng nitơ 0,07%, 0,1%, 0,14% và 0,22% và hàm lượng carbon 0,03% đã được thử nghiệm để nghiên cứu ảnh hưởng của nitơ đến độ bền kéo, độ rão, độ mỏi chu kỳ thấp và độ rão. -Đặc tính mỏi của thép không gỉ 316LN. Mục đích của thí nghiệm này là tìm ra hàm lượng nitơ tối ưu để đạt được sự kết hợp tốt nhất giữa các đặc tính độ bền kéo, độ rão và độ mỏi chu kỳ thấp. Kết quả thí nghiệm cho thấy nitơ có thể cải thiện độ bền kéo, độ dão và độ bền mỏi của thép không gỉ austenit. Những lý do làm tăng cường độ bao gồm tăng cường dung dịch, giảm năng lượng lỗi xếp chồng (SFE), làm cứng kết tủa, hình thành vật liệu tổng hợp (chất hòa tan xen kẽ), phân tách nguyên tử và làm cứng theo thứ tự. Do đặc tính trao đổi điện tử khác nhau, nitơ hòa tan trong thép không gỉ austenit có thể tích giãn nở lớn hơn carbon.

Ngoài tương tác đàn hồi giữa nitơ và trật khớp, tương tác trật khớp kẽ tĩnh điện cũng ảnh hưởng đến cường độ. Hạt nhân lệch vị trí được đặc trưng bởi việc thiếu các electron tự do, có nghĩa là chúng mang điện tích dương. Các nguyên tử nitơ trong thép không gỉ austenit được tích điện âm do vị trí của các electron tự do gần các nguyên tử nitơ và tương tác tĩnh điện giữa các trật khớp và các nguyên tử nitơ.

Năng lượng liên kết hiệu quả giữa nguyên tử nitơ và sự lệch vị trí tăng lên khi hàm lượng nitơ trong thép Austenitic tăng lên, nhưng mối tương quan không rõ ràng đối với carbon. Trong thép Austenitic, nitơ xen kẽ tương tác với các nguyên tố thay thế và có xu hướng hình thành các thành phần nguyên tử thay thế xen kẽ. Hợp chất này dễ dàng liên kết với các nguyên tố ở bên trái của Fe trong bảng tuần hoàn, chẳng hạn như Mn, Cr, Ti và V. Có mối tương quan chặt chẽ giữa tính chất của liên kết tương tác giữa các nguyên tử (nghĩa là định hướng so với không định hướng) và sự gần nhau của các nguyên tố liền kề. nguyên tử trong hệ hợp kim đa thành phần. Liên kết giữa các nguyên tử kim loại tạo điều kiện thuận lợi cho trật tự trong phạm vi ngắn, đó là liên kết giữa các nguyên tử của các nguyên tố khác nhau. Sự phân cực tương tác tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi các electron cộng hóa trị, liên kết giữa các nguyên tử của cùng một nguyên tố. Carbon thúc đẩy sự kết tụ của các nguyên tử thay thế trong dung dịch rắn gốc sắt, trong khi nitơ tạo điều kiện cho sự sắp xếp trong phạm vi ngắn.

Nói chung, cường độ năng suất (YS) và độ bền kéo cuối cùng (UTS) của 316L thép không gỉ được cải thiện đáng kể nhờ hợp kim nitơ 0,07% ~ 0,22%. Sự gia tăng sức mạnh được quan sát thấy trong tất cả các thử nghiệm ở khoảng nhiệt độ 300 ~ 1123K. Lão hóa biến dạng động được quan sát thấy trong một phạm vi nhiệt độ giới hạn. Phạm vi nhiệt độ của lão hóa biến dạng động (DSA) giảm khi hàm lượng nitơ tăng.