Super Duplex S32750/2507: Κατασκευή μέσω εκθλίψεως, θερμικής ανόσμωσης λύσεως και ψυχρής κατάλυσης

Το super duplex S32750, που συνήθως ονομάζεται 2507, είναι ανοξείδωτο χάλυβας με περίπου 25% Cr, 7% Ni, 4% Mo και N. Οι ασφυγκτικοί σωλήνες του κατασκευάζονται με ζεστή εκθλίψεως, θερμική ανόπτηση λύσεως σε υψηλή θερμοκρασία περίπου 1050 έως 1100 βαθμών Κελσίου, γρήγορη ψύξη με νερό και ψυχρή πιλγέριση ή τράβηγμα. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί ισορροπημένη μικροδομή περίπου 50/50 αυστηνίτη-φερρίτη, με αριθμό ισοδύναμης αντοχής σε πιτινγκ πάνω από 40 και ελάχιστη όριο διαρροής περίπου 550 MPa, ή περίπου 80 ksi· οι ψυχρώς επεξεργασμένοι σωλήνες επιτυγχάνουν αντοχή σε εφελκυσμό περίπου 125 ksi. Η συνδυασμένη αντοχή και αντοχή σε διάβρωση είναι ο λόγος για τον οποίο ο 2507 επιλέγεται για τις πιο επιθετικές εφαρμογές που περιέχουν χλωριόντα.

Η Μεταλλουργία Πίσω από τους Αριθμούς
Το υπερδιπλό κράμα αποκτά τις επιδόσεις του από μια σκόπιμη διφασική δομή. Το φερρίτη παρέχει υψηλή αντοχή και αντίσταση σε διάβρωση λόγω τάσης από χλωριούχα· η αυστηνίτη συμβάλλει στην ταυτόχρονη αντοχή και στη γενική αντίσταση στη διάβρωση. Η ονομαστική χημική σύνθεση, περίπου 25% χρώμιο, 7% νικέλιο, 4% μολυβδαίνιο και 0,24–0,32% άζωτο, έχει επιλεγεί έτσι ώστε και οι δύο φάσεις να προκύπτουν περίπου ισοδύναμες μετά την επεξεργασία στην κατάσταση λύσης και ανόπτησης. Το άζωτο αποτελεί το κύριο σύγχρονο μέσο ελέγχου: είναι ισχυρός δημιουργός αυστηνίτη, αυξάνει την αντοχή μέσω σκλήρυνσης από διαλυτό στερεό και αυξάνει σημαντικά την αντίσταση σε πιτινγκ. Εάν εφαρμόσουμε τους αριθμούς στον τύπο PREN = %Cr + 3,3 × %Mo + 16 × %N, μια τυπική θερμότητα 2507 επιτυγχάνει PREN περίπου 43, πολύ πάνω από το όριο των 40 που ορίζει την κλάση των υπερδιπλών κραμάτων.
Η τιμή αυτής της απόδοσης είναι η μεταλλουργική ευαισθησία. Μεταξύ περίπου 600 και 950 βαθμών Κελσίου, εύθραυστες διαμεταλλικές φάσεις, όπως η σίγμα και η χι, μπορούν να καταβυθιστούν εντός λεπτών, αφαιρώντας χρώμιο και μολυβδαίνιο από τη μήτρα και καταστρέφοντας τόσο την ταλαιπωρία όσο και την αντοχή στη διάβρωση. Κάθε βήμα κατασκευής σχεδιάζεται για να μετακινεί το υλικό γρήγορα μέσα από αυτό το εύρος θερμοκρασιών και να το αφήνει πλήρως επεξεργασμένο με διάλυση. Η ίδια ευαισθησία περιορίζει επίσης την κατασκευή σε μεταγενέστερο στάδιο: η θερμική είσοδος κατά τη συγκόλληση, η θερμοκρασία μεταξύ περασμάτων και οποιαδήποτε μετα-διαμόρφωση θερμική επεξεργασία πρέπει να σεβαστούν τα ίδια θερμικά όρια, διότι ένα τέλειο προϊόν εργοστασίου μπορεί ακόμη να καταστραφεί λόγω απρόσεκτης εφαρμογής επιτόπου.

Θερμή Εξώθηση του Κοίλου
Οι ασυνεπείς σωλήνες υπερδιπλού τύπου ξεκινούν ως στερεό ή διατρημένο μπιλέτ, ενθερμαίνονται με επαγωγή στη θερμοκρασία εξώθησης, λιπαίνονται με γυαλί και ωθούνται μέσω μιας μήτρας πάνω από έναν άξονα για να σχηματιστεί ένας κοίλος μητρικός σωλήνας. Η εξώθηση είναι κατάλληλη για βαθμίδες υψηλής συγκέντρωσης κραμάτων, επειδή υποβάλλει το υλικό σε συμπιεστική τάση, η οποία καταστέλλει τον σχηματισμό ρωγμών σε ένα μέταλλο πολύ λιγότερο ανεκτικό από το 304 ή το 316. Η υψηλή θερμοκρασία εξώθησης διατηρεί τα φορτία παραμόρφωσης ελεγχόμενα, αλλά ο σωλήνας δεν πρέπει να παραμείνει στο ενδιάμεσο μεταλλικό εύρος κατά την ψύξη, γι’ αυτό προχωρά αμέσως προς τη θερμική ανόπτηση λύσης.

Θερμική ανόπτηση λύσης και ψύξη με νερό
Η θερμική επεξεργασία λύσης είναι η καθοριστική. Η διατήρηση του σωλήνα σε θερμοκρασία περίπου 1050 έως 1100 βαθμών Κελσίου διαλύει οποιαδήποτε σίγμα ή χι φάση, ομογενοποιεί το χρώμιο και το μολυβδένιο και αποκαθιστά την ισορροπημένη αναλογία αυστηνίτη-φερρίτη. Αυτή η διατήρηση πρέπει να ακολουθείται από γρήγορη ψύξη με νερό: η ψύξη πρέπει να είναι αρκετά γρήγορη ώστε να «παγώσει» η μικροδομή και να σταματήσει η επαναπυκνωτική διαδικασία καθώς ο σωλήνας διέρχεται εκ νέου από τη ζώνη θερμοκρασιών 950 έως 600 βαθμών Κελσίου. Μια υπερβολικά αργή ψύξη είναι μία από τις συχνότερες αιτίες αποτυχίας στις δοκιμές κρούσης ή διάβρωσης σε διπλής φάσης προϊόντα, γι’ αυτό το λόγο ελέγχονται ο όγκος του νερού ψύξης και η χειριστική μεταχείριση των εξαρτημάτων, ενώ οι τελικοί σωλήνες επαληθεύονται μέσω δοκιμών κρούσης και διάβρωσης σύμφωνα με τα πρότυπα ASTM A790 και A923.

Ψυχρή πιλγέριση, τράβηγμα και ενίσχυση
Για να επιτευχθούν οι τελικές διαστάσεις και οι ανοχές, η μητρική σωλήνας που έχει υποστεί λύση-όπως θερμική κατεργασία υφίσταται ψυχρή κατεργασία με πιλγκερισμό ή με τράβηγμα πάνω από μύτη. Ο ψυχρός πιλγκερισμός μειώνει ταυτόχρονα τη διάμετρο και το πάχος του τοιχώματος σε μία ελεγχόμενη διαδικασία και βελτιώνει την επιφανειακή απόδοση και τη διαστασιακή ακρίβεια. Αυξάνει επίσης την αντοχή μέσω εργασιακού εντείνεται, επιτρέποντας στον σωλήνα να υπερβαίνει τα 125 ksi εφελκυστικής αντοχής στην κατάσταση όπως κατεργάστηκε. Δεδομένου ότι η ψυχρή κατεργασία αποθηκεύει ενέργεια και μειώνει την ελαστικότητα, μία ενδιάμεση λύση-όπως θερμική κατεργασία με ταχεία ψύξη εφαρμόζεται μεταξύ βαριών περασμάτων, ενώ μία τελική λύση-όπως θερμική κατεργασία αποκαθιστά την καθορισμένη μικροδομή, εκτός εάν ο πελάτης ζητήσει ρητώς παράδοση σε κατάσταση ψυχρής κατεργασίας με υψηλότερη αντοχή. Η μείωση ανά πέρασμα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά: υπερβολική ψυχρή κατεργασία σε ένα μόνο πέρασμα μπορεί να προκαλέσει επιφανειακή διάρρηξη ή εσωτερική ρωγμή σε βαθμό που ήδη διαθέτει χαμηλή ελαστικότητα σε σύγκριση με τα τυπικά αυστηνιτικά κράματα, γι’ αυτό τα παραμετρικά της διαδικασίας επαληθεύονται για κάθε θερμική παρτίδα.

Πίνακας: Ενδεικτικοί στόχοι διαδικασίας και ιδιοτήτων

Εγχώρια Πρόοδος και Το Σημείο Όπου Το 2507 Δημιουργεί Αξία
Για χρόνια, οι υπερδιπλές σωληνώσεις υψηλότερης αντοχής ανήκαν σε ένα μικρό αριθμό ξένων παραγωγών, αλλά κινεζικά εργοστάσια έχουν σημειώσει πραγματικές μεταλλουργικές προόδους όσον αφορά την καθαρότητα της τήξης, τον έλεγχο του αζώτου και την ελεγχόμενη ψυχρή ελάση, και παράγουν σήμερα ανοξείδωτο σωληνωτό υλικό υπερδιπλής δομής υψηλής αντοχής χωρίς αρθρώσεις, το οποίο πληροί τις απαιτητικές προδιαγραφές για υπεράκτιες και χημικές εφαρμογές. Αυτή η ωρίμανση βελτιώνει την ασφάλεια της προμήθειας και μειώνει τους χρόνους παράδοσης για τους αγοραστές που προηγουμένως εισήγαγαν κάθε μέτρο.
Οι εφαρμογές δικαιολογούν την προσπάθεια. Στον εξωτερικό υδάτινο χώρο, η βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου χρησιμοποιεί τον κράμα 2507 για σωληνώσεις επάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, για καλώδια ελέγχου (umbilicals) και για συστήματα θαλασσινού νερού, όπου οι ζεστές, οξυγονούχες χλωριούχες ουσίες θα προκαλούσαν γρήγορα διάβρωση με πόρους ή ρωγμές σε υλικά κατώτερης ποιότητας. Η αφαλάτωση θαλασσινού νερού βασίζεται σε αυτό για σωληνώσεις υψηλής πίεσης με αντίστροφη όσμωση και για τμήματα απόρριψης θερμότητας. Χημικές εγκαταστάσεις και εργοστάσια παραγωγής χρωμάτων το χρησιμοποιούν για διεργασίες με οξέα και χλωριούχα ρεύματα. Η αξία που προσφέρεται είναι η ίδια σε κάθε περίπτωση: ο υπερ-διπλός ανοξείδωτος χάλυβας επιτρέπει λεπτότερα τοιχώματα υπό υψηλότερη πίεση λόγω της μεγαλύτερης αντοχής του, ενώ η τιμή PREN πάνω από 40 παρέχει το περιθώριο αντοχής στη διάβρωση που διατηρεί το ενεργητικό στοιχείο σε λειτουργία. Ένα λεπτότερο τοίχωμα σημαίνει επίσης λιγότερο κράμα ανά μέτρο, γεγονός που αντισταθμίζει εν μέρει την υψηλότερη τιμή ανά κιλό ενός θερμικού επεξεργασμένου υλικού υπερ-διπλού ανοξείδωτου χάλυβα, ενώ μειώνει επίσης το βάρος σε υπεράκτιες κατασκευές, όπου κάθε τόνος μάζας επάνω από την επιφάνεια της θάλασσας έχει υψηλό κόστος. Ο σωλήνας 2507 έχει επαληθευτεί μέσω δοκιμών PMI, χημικής σύστασης, μηχανικών ιδιοτήτων, περιεκτικότητας σε φερρίτη και διάβρωσης, και αποτελεί ένα απαιτητικό προϊόν που ανταμείβει την αυστηρή και πειθαρχημένη παραγωγή σε κάθε στάδιο.

Συχνές Ερωτήσεις
Ε: Γιατί η θερμοκρασία επεξεργασίας λύσης είναι τόσο υψηλή για το 2507;
Α: Απαιτούνται περίπου 1050 έως 1100 βαθμοί Κελσίου για να διαλυθούν πλήρως οι εύθραυστες φάσεις σίγμα και χι και να επαναφέρεται η ισορροπία μεταξύ αυστηνίτη και φερρίτη· μια γρήγορη ψύξη στη συνέχεια «κλειδώνει» αυτήν τη δομή.
Ε: Μπορεί το super duplex να παρασχεθεί σε κατάσταση υψηλότερης αντοχής μετά από ψυχρή εξώθηση;
Α: Ναι. Η ψυχρή εξώθηση (pilgering) ή η ψυχρή τράβηγμα (drawing) μπορούν να αυξήσουν την εφελκυστική αντοχή προς τα 125 ksi, αλλά αυτό πρέπει να καθοριστεί ειδικά, διότι οι περισσότερες τυπικές παραδόσεις είναι τελικά solution-annealed για μέγιστη ταυτόχρονη αντοχή και αντίσταση στη διάβρωση.
Χρειάζεστε seamless σωλήνα super duplex 2507/S32750 με πλήρη μηχανική και διαβρωτική τεκμηρίωση; Επικοινωνήστε με την Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd. Τηλ. +86 577 8922 2595 / https://www.chinawqsteel.com/