Odporność na chlorek Super Duplex 2507 SCC: wartości progowe w porównaniu do 316L i 904L

Co powoduje pękanie korozyjne naprężeniowe chlorku w stali nierdzewnej?

Chlorek SCC powstaje, gdy naprężenie rozciągające (pozostałościowe po spawaniu, formowaniu lub stosowane podczas pracy) łączy się w podwyższonej temperaturze z elektrolitem zawierającym chlorek na podatnej mikrostrukturze austenitycznej. Jony chlorkowe lokalnie niszczą pasywną warstwę-tlenku chromu, a w jedno-fazowych austenitycznych stalach nierdzewnych powstały atak anodowy rozprzestrzenia się wzdłuż ścieżki transkrystalicznej prawie bez widocznej utraty metalu, tworząc rozgałęzione pęknięcia, które mogą przeniknąć przez ścianę w ciągu kilku tygodni.

Krzywa Copsona,-od dawna znana zależność w metalurgii stali nierdzewnej, pokazuje, że podatność na ten mechanizm nie jest stała we wszystkich gatunkach austenitu: osiąga szczyt w stopach zawierających około 8–10% niklu i spada wraz ze wzrostem zawartości niklu, ostatecznie osiągając odporność w przypadku stopów o wysokiej-niklu. Ponieważ zawartość niklu w 316L (10–14%) mieści się w pobliżu tego wrażliwego pasma, podczas gdy w 904L (23–28%) znajduje się znacznie powyżej tego zakresu, oba gatunki zaczynają się od bardzo różnych pozycji, zanim w ogóle zostaną uwzględnione molibden, azot lub mikrostruktura.

Jakie progi chlorków i temperatur mają zastosowanie do 316L?

Wytyczne branżowe powszechnie podają 1000 ppm chlorku jako praktyczny pułap dla ciągłej, nie-kwasowej pracy przy 316/316L powyżej umiarkowanej temperatury, ponieważ udokumentowane awarie pracy wystąpiły przy poziomach chlorków znacznie niższych od tej wartości, gdy występuje mechanizm koncentrujący.

W niezależnych wytycznych dotyczących chlorków SCC zauważono, że gatunki austenityczne, takie jak 316L, pękają przy niskich stężeniach chlorków, gdy temperatura przekracza około 55 stopni, co jest wartością powszechnie stosowaną jako--ogólny pułap dla tej rodziny gatunków.

Ryzyko awarii zwiększa się ze względu na stężenie par: styk mokry/suchy, szczelina uszczelki lub izolacja zatrzymująca wilgoć na gorącym metalu mogą podnieść poziom chlorków w masie od kilkuset ppm do dziesiątek tysięcy ppm na powierzchni metalu, dlatego awarie 316L tak często są przypisywane izolowanym rurociągom, szczelinom spawalniczym lub strefom zastoju, a nie samemu płynowi procesowemu w masie.

Źródło: Stopy walcowane, „Co to jest pękanie korozyjne naprężeniowe”; Świat Stali Nierdzewnej, „Duplexowe stale nierdzewne i chlorkowe SCC - jak bardzo są odporne?”

W jaki sposób wyższa zawartość niklu i molibdenu w 904L zmienia jego próg?

Gatunek 904L został opracowany jako gatunek superaustenityczny specjalnie w celu zwiększenia odporności poza 316/317 w agresywnym,-zanieczyszczonym chlorkiem kwasie, a jego dodatki w postaci 23–28% niklu, 4–5% molibdenu i 1–2% miedzi działają w tym samym kierunku: nikiel bezpośrednio tłumi mechanizm SCC, przesuwając stop poza najbardziej-podatny zakres składu, podczas gdy molibden i miedź zwiększają odporność na wżery i ataki szczelinowe, które tak często inicjują przede wszystkim pękanie chlorkowe SCC.

Producenci 904L wyraźnie podkreślają, że jest to ulepszenie stopnia, a nie zmiana rodzaju: 904L oferuje „dobrą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe pod wpływem chlorków, chociaż nie jest to odporność całkowita”, jak wykazano w teście laboratoryjnym chlorku magnezu wrzącego w ciężkiej temperaturze. W praktyce oznacza to, że 904L to solidna ścieżka modernizacji w stosunku do 316L w przypadku stosowania chlorków, która nie wymaga wydajności dupleksowej lub superdupleksowej- wodą morską-chłodzone arkusze rurowe wymienników ciepła i celuloza-urządzenia do wybielania to typowe zastosowania -, ale nie ma tej samej niemal-ogólnej tolerancji chlorków co gatunki duplex i super duplex, a także geometrię szczeliny, stosowane naprężenia i temperaturę nadal należy sprawdzać indywidualnie w każdym przypadku.

Źródło: Arkusz danych technicznych ATI 904L; SSINA, „Pękanie korozyjne naprężeniowe chlorków”

Dlaczego Super Duplex 2507 jest uważany za praktycznie odporny na chlorki SCC?

Super duplex 2507 (UNS S32750) nie jest po prostu-wysokostopową wersją gatunku austenitycznego; jego dwu-fazowa mikrostruktura zmienia sam mechanizm pękania. Faza ferrytu ma-centrowaną-sześcienną strukturę kryształu i wyższą energię usiłowania-uszkodzenia niż austenit, a pęknięcie chlorkowe SCC inicjujące się w jednym ziarnie austenitu jest fizycznie blokowane lub odchylane, gdy dociera do otaczającego ferrytu. Ponieważ ferryt zwykle stanowi 40–50% mikrostruktury, ciągła, transgranularna ścieżka pęknięć, która rozprzestrzenia się bez przeszkód przez 316L lub 904L, po prostu nie może powstać w ten sam sposób.

Ta zaleta strukturalna jest wzmocniona składem: 2507 zawiera 24–26% chromu, 3–5% molibdenu i 0,24–0,32% azotu, co daje mu równoważną liczbę odporności na wżery (PREN) w przybliżeniu 42 - znacznie powyżej około 34 w przypadku 904L i ponad 70% powyżej w przybliżeniu 24 w przypadku 316L. Ponieważ wżery są często miejscem inicjacji chlorkowego SCC pęknięcia, wyższy PREN spełnia podwójne zadanie: podnosi temperaturę i stężenie chlorków potrzebne do w ogóle rozpoczęcia wykopu, oprócz odporności mikrostruktury na rozprzestrzenianie się pęknięcia, gdy już takie istnieje. Łączny efekt jest taki, dlaczego gatunki superduplex i superaustenityczne są opisywane w danych dotyczących korozji dostawców jako nadające się do stosowania w stężeniach chlorków do około 50 000 ppm - znacznie powyżej zawartości chlorków w wodzie morskiej wynoszącej około 19 000 ppm - i jako „praktycznie odporne” na chlorkowe SCC w-obsłudze niekwasowej, a poziom wydajności 316L i 904L nie jest osiągalny.

Źródło: Stopy walcowane, „Co to jest pękanie korozyjne naprężeniowe”; Stal Sandmeyer, „Płyta ze stali nierdzewnej Duplex ze stopu 2507”

Jak porównują się skład i PREN w trzech klasach?

Liczba równoważna odporności na wżery (PREN) jest obliczana jako %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N i chociaż została opracowana w celu oceny odporności na wżery, a nie bezpośrednio odporności na SCC, jest ściśle powiązana z progiem SCC chlorku, ponieważ wżery są zwykle zdarzeniem inicjującym pękanie-. Poniższa tabela podsumowuje nominalne zakresy składu ASTM A240 i typowy PREN dla każdego gatunku.

Źródło: Zakresy składu nominalnego ASTM A240 według gatunku; Wartości PREN według danych dotyczących korozji dupleksowej stali Sandmeyer Steel (316L, 904L) i PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N obliczone na podstawie składu nominalnego ASTM A240 dla 2507.

Co pokazuje test wrzenia MgCl2 ASTM G36?

ASTM G36 ocenia odporność na SCC poprzez wystawienie obciążonych próbek na działanie wrzącego roztworu chlorku magnezu utrzymywanego w stałej temperaturze 155,0 ± 1,0 stopnia, celowo wybranego jako przyspieszone, najgorsze-przypadek, a nie symulacja jakiegokolwiek konkretnego stanu rośliny. W ramach tego testu standardowe gatunki austenitu, takie jak 316L, pękają szybko, często w ciągu kilku godzin.

Producenci 904L opisują jego odporność bezpośrednio w kategoriach G36: stop wykazuje „dobrą odporność na pękanie korozyjne pod wpływem naprężeń chlorkowych, chociaż nie jest to całkowita odporność, jak oceniono na podstawie niezwykle surowego” testu wrzenia chlorku magnezu -, co oznacza, że ​​904L przewyższa w tym teście 316L, ale nadal może pękać, jeśli wystarczy czasu i naprężenia. Gatunki superdupleksowe znów sprawdzają się znacznie lepiej, zgodnie ze znacznie wyższą pren i strukturą dwu-fazową, chociaż żaden gatunek nie powinien być sprzedawany jako całkowicie odporny na pęknięcia-w tak trudnych warunkach testowych.

Praktycznym wnioskiem dla autorów specyfikacji jest traktowanie G36 jako narzędzia rankingowego porównawczego służącego do wyboru gatunku i kwalifikacji jakościowej, - a nie zastępującego- rzeczywistą temperaturę pracy i stężenie chlorków obserwowane przez komponent. Komponent 316L pracujący w temperaturze 40 stopni w rozcieńczonej wodzie chlorkowej nie jest w najmniejszym stopniu odpowiednikiem próbki testowej G36 w temperaturze 155 stopni w prawie-nasyconym MgCl2, a dane progowe w następnej sekcji są bardziej reprezentatywne dla rzeczywistych limitów operacyjnych.

Źródło: zakres ASTM G36-24; Arkusz danych technicznych ATI 904L

Jak zmieniają się progi chlorków w zależności od temperatury roboczej?

Próg SCC chlorku nigdy nie jest pojedynczą liczbą; jest to krzywa przedstawiająca zależność stężenia chlorków od temperatury. Poniższa matryca podsumowuje reprezentatywne,-wytyczne dotyczące użytkowania bez kwasu dla każdego gatunku. Należy ją czytać jako narzędzie do planowania, a nie jako-tabelę zgodności z przepisami-. Rzeczywiste limity zależą również od przyłożonego i naprężenia szczątkowego, pH, rozpuszczonego tlenu i geometrii szczeliny, a pełny dobór materiałów powinien opierać się na obowiązujących przepisach projektowych i danych korozyjnych dla konkretnego płynu.

Źródło: Wytyczne SCC dotyczące chlorków walcowanych; Przegląd Duplex SCC ze stali nierdzewnej World; Karta danych technicznych ATI 904L; ASTM G36-24

Czy NACE MR0175/ISO 15156-3 i NORSOK M-001 zmieniają rachunek wyboru?

Chlorkowe SCC i kraking naprężeniowy siarczkowy (SSC) to powiązane, ale różne mechanizmy, a specyfikacje rurociągów do gazu podmorskiego lub-gazu kwaśnego zazwyczaj podlegają bardziej rygorystycznemu z nich. NACE MR0175/ISO 15156-3 określa wymagania kwalifikacyjne dla stali nierdzewnych duplex i super duplex w usługach zawierających H₂S-, zwykle obejmujących maksymalną twardość (często 310 HV10), zakres zawartości ferrytu (zwykle 35–65%), a w wielu specyfikacjach operatora minimalną wartość PREN – często 40 - zanim ciepło duplex może zostać zakwalifikowane jako kwaśne Nominalny PREN usługi. 2507 wynoszący około 42 spokojnie przekracza tę poprzeczkę; Gatunki 904L i 316L nie są gatunkami duplex i są kwalifikowane na podstawie odrębnych przepisów tej samej rodziny norm, generalnie z bardziej rygorystycznymi limitami zawartości chlorków i naprężeń w zastosowaniach kwaśnych.

Wskazówki dotyczące wyboru materiałów NORSOK M-001 opierają się na tej samej logice od strony projektu: wiążą dopuszczalne klasy materiałów z oczekiwaną zawartością chlorków, temperaturą i ciśnieniem cząstkowym H₂S oraz popychają projekty w stronę wyższych-klas duplex i superduplex PREN w miarę wzrostu którejkolwiek z tych trzech zmiennych. W przypadku komponentu wystawionego jednocześnie na działanie ciepłej wody morskiej, wytworzonej wody lub kwaśnego gazu, decydującym czynnikiem przy podejmowaniu decyzji 316L-w porównaniu z 904L w porównaniu z 2507 są standardy kwaśnej-pracy i standardy morskie -, a nie próg SCC chlorków -.

Źródło: NACE MR0175/ISO 15156-3 dupleksowe kryteria kwalifikacji; Schemat doboru materiałów NORSOK M-001

Czy Super Duplex 2507 jest wart wyższej ceny w porównaniu z 316L i 904L?

W przeliczeniu na-kilogram, 2507 zazwyczaj ma najwyższą cenę zakupu ze wszystkich trzech gatunków, na co wpływa zawartość molibdenu i niklu oraz specyficzne kontrole produkcyjne-super duplex. Jednak cena zakupu nie jest dobrą podstawą do porównań, gdy rozważane jest ryzyko SCC chlorkowego, ponieważ awaria SCC chlorkowego rzadko jest prostą naprawą: zwykle oznacza nieplanowane przestoje, badanie-przyczyny pierwotnej i wymianę uszkodzonego komponentu i często sąsiadujących rur, które mają tę samą historię serwisową. 2507. Wyższa wytrzymałość często pozwala również na zastosowanie cieńszej sekcji ściany przy tym samym ciśnieniu, co rekompensuje część kosztu instalacji za-kilogram.

Praktyczna zasada podejmowania decyzji stosowana w całej branży jest prosta: należy określić 316L tylko wtedy, gdy zawartość chlorków i temperatura mieszczą się w zalecanych granicach ~1000 ppm / ~55 stopni, bez realistycznego mechanizmu stężenia; określić 904L, w którym ekspozycja na chlorki wyraźnie przekracza margines 316L, ale pozostaje w zakresie wykazanej wydajności 904L i nie mają zastosowania żadne wymagania dotyczące dwustronnego-usługi; i określić super duplex 2507 wszędzie tam, gdzie zawartość chlorków zbliża się do wytrzymałości wody morskiej, temperatura jest podwyższona, nie da się uniknąć szczelin lub mają zastosowanie kryteria NACE/NORSOK-kwaśne i morskie.

Która klasa pasuje do jakiego zastosowania?

Często zadawane pytania

P: Czy 316L można kiedykolwiek stosować w wodzie morskiej?

Odp.: Tylko w łagodnych,-krótkich warunkach lub przy dobrze-zarumienieniu. Ciągłe lub stałe narażenie na wodę morską przekracza SCC chlorku i marginesy wżerów dla 316L, a gatunki 904L, duplex lub super duplex to standardowe ścieżki ulepszeń.

P: Czy 904L jest stalą nierdzewną typu duplex?

O: Nie. 904L to gatunek w pełni austenityczny, superaustenityczny. Jego odporność na chlorkowe SCC wynika z wysokiej zawartości niklu, molibdenu i miedzi, a nie z mikrostruktury dwu-fazowej.

P: Czy wyższy PREN zawsze oznacza lepszą odporność na chlorki SCC?

Odp.: PREN został opracowany w celu oceny odporności na korozję wżerową i szczelinową, a nie bezpośrednio odporności na SCC. Jest to silnie powiązane z progiem SCC chlorku, ponieważ wżery są zwykłym zdarzeniem inicjującym-pęknięcie, ale mikrostruktura (dupleksowa czy austenityczna) i przyłożone naprężenia również mają znaczenie i nie są wychwytywane wyłącznie przez PREN.

P: Dlaczego 2507 wymaga wymagania dotyczącego zawartości ferrytu w kwaśnych usługach?

Odp.: Zawartość ferrytu poza kwalifikowanym zakresem (zwykle 35–65%) może zmienić zarówno właściwości mechaniczne, jak i odporność na korozję stali nierdzewnej typu duplex, dlatego norma NACE MR0175/ISO 15156-3 weryfikuje to bezpośrednio, zamiast zakładać to wyłącznie na podstawie składu nominalnego.

P: Jeśli 2507 jest prawie odporny na chlorki SCC, dlaczego nie używać go wszędzie?

Odp.: Koszt i możliwości produkcyjne. 2507 wiążą się z wyższą ceną zakupu, wymagają ściślejszej kontroli ciepła-spawania w celu utrzymania równowagi fazowej i są niepotrzebne wszędzie tam, gdzie ekspozycja na chlorki i temperatura mieszczą się już w granicach marginesu dla 316L lub 904L.