सुपर ड्यूप्लेक्स एस३२७५०/२५०७: एक्सट्रूज़न, सॉल्यूशन ऐनीलिंग और कोल्ड रोलिंग के माध्यम से निर्माण

सुपर ड्यूप्लेक्स एस३२७५०, जिसे आमतौर पर २५०७ कहा जाता है, एक स्टेनलेस स्टील है जिसमें लगभग २५% क्रोमियम, ७% निकल, ४% मॉलिब्डेनम और नाइट्रोजन होता है। इसकी सीमलेस पाइप गर्म एक्सट्रूज़न, १०५० से ११०० डिग्री सेल्सियस के आसपास उच्च-तापमान सॉल्यूशन ऐनीलिंग, तीव्र पानी के डुबकी द्वारा शीतलन और ठंडे पिल्गरिंग या ड्रॉइंग के माध्यम से बनाई जाती है। यह प्रक्रिया एक संतुलित, लगभग ५०/५० ऑस्टेनाइट-फेराइट सूक्ष्म संरचना विकसित करती है, जिसकी पिटिंग प्रतिरोध समकक्ष संख्या ४० से अधिक होती है तथा न्यूनतम यील्ड सामर्थ्य लगभग ५५० एमपीए (या लगभग ८० केएसआई) होती है; ठंडे कार्य से बनी ट्यूब की तन्य सामर्थ्य लगभग १२५ केएसआई तक पहुँच जाती है। २५०७ को सबसे कठोर क्लोराइड-युक्त अनुप्रयोगों के लिए निर्दिष्ट किया जाना इसलिए है क्योंकि यह उच्च सामर्थ्य के साथ-साथ उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध भी प्रदान करता है।

संख्याओं के पीछे की धातुविज्ञान
सुपर ड्यूप्लेक्स का प्रदर्शन एक जानबूझकर दो-चरणीय संरचना से आता है। फेराइट उच्च ताकत और क्लोराइड-प्रेरित तनाव संक्षारण विदरण के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है; ऑस्टेनाइट टफनेस और सामान्य संक्षारण प्रतिरोध में योगदान देता है। नाममात्र रासायनिक संरचना, लगभग २५ प्रतिशत क्रोमियम, ७ प्रतिशत निकल, ४ प्रतिशत मॉलिब्डेनम और ०.२४ से ०.३२ प्रतिशत नाइट्रोजन, इस प्रकार निर्धारित की गई है कि दोनों चरण सॉल्यूशन ऐनीलिंग के बाद लगभग समान अनुपात में प्राप्त हों। नाइट्रोजन आधुनिक काल का मुख्य उपकरण है: यह एक प्रबल ऑस्टेनाइट निर्माता है, यह ठोस-विलयन कठोरीकरण के माध्यम से ताकत बढ़ाता है, और यह पिटिंग प्रतिरोध को काफी बढ़ा देता है। सूत्र PREN = %Cr + ३.३ × %Mo + १६ × %N के अनुसार गणना करने पर, एक सामान्य २५०७ ग्रेड का PREN मान लगभग ४३ होता है, जो सुपर ड्यूप्लेक्स वर्ग को परिभाषित करने वाले ४० के दहलीज मान से स्पष्ट रूप से ऊपर है।
उस प्रदर्शन की कीमत है धातुविज्ञान संवेदनशीलता। लगभग ६०० से ९५० डिग्री सेल्सियस के बीच, सिग्मा और चाई जैसे भंगुर अंतरधात्विक चरण कुछ मिनटों में अवक्षेपित हो सकते हैं, जिससे आधात्री से क्रोमियम और मॉलिब्डेनम की कमी हो जाती है और टूटन प्रतिरोध तथा संक्षारण प्रतिरोध दोनों नष्ट हो जाते हैं। प्रत्येक निर्माण चरण को इस तापमान सीमा को तेज़ी से पार करने और सामग्री को पूर्ण विलयन उपचारित अवस्था में छोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वही संवेदनशीलता बाद के निर्माण कार्यों को भी सीमित करती है: वेल्डिंग ऊष्मा इनपुट, अंतर-पास तापमान और कोई भी आकृति-परिवर्तन के बाद का ऊष्मा उपचार सभी को उन्हीं तापीय सीमाओं का पालन करना होता है, क्योंकि एक आदर्श मिल उत्पाद को भी असावधान क्षेत्रीय प्रथाओं द्वारा नष्ट किया जा सकता है।

खोखले का गर्म एक्सट्रूज़न
सीमलेस सुपर डबल्क्स पाइप एक ठोस या बोर किए गए बिलेट से शुरू होता है, जिसे एक्सट्रूज़न तापमान तक इंडक्शन द्वारा गर्म किया जाता है, ग्लास-लुब्रिकेटेड किया जाता है, और एक मैंड्रल के ऊपर डाई के माध्यम से धकेला जाता है ताकि एक खोखली मदर ट्यूब बन सके। एक्सट्रूज़न उच्च-मिश्र श्रेणियों के लिए उपयुक्त है क्योंकि यह सामग्री को संपीड़न तनाव के अधीन कार्य करता है, जो 304 या 316 की तुलना में कहीं अधिक कठोर धातु में दरारों को दबाए रखता है। उच्च एक्सट्रूज़न तापमान विकृति भार को प्रबंधनीय रखता है, लेकिन ठंडा होने के दौरान ट्यूब को अंतरधात्विक सीमा में रुकने की अनुमति नहीं दी जा सकती है, इसलिए इसे सीधे सॉल्यूशन ट्रीटमेंट की ओर भेजा जाता है।

सॉल्यूशन ऐनीलिंग और जल शमन
सॉल्यूशन एनीलिंग निर्णायक ऊष्मा उपचार है। पाइप को लगभग 1050 से 1100 डिग्री सेल्सियस पर रखने से कोई भी सिग्मा या चाई चरण घुल जाता है, क्रोमियम और मॉलिब्डेनम का समांगीकरण होता है, तथा संतुलित ऑस्टेनाइट-फेराइट अनुपात पुनः प्राप्त होता है। इस तापमान पर रखने के बाद तीव्र पानी के शमन (क्वेंचिंग) की आवश्यकता होती है: पाइप को 950 से 600 डिग्री सेल्सियस के तापमान सीमा से गुज़रते समय सूक्ष्म संरचना को जमा करने और पुनः अवक्षेपण को रोकने के लिए पर्याप्त तेज़ी से ठंडा करना आवश्यक है। धीमी क्वेंचिंग डुप्लेक्स उत्पादों में असफल प्रभाव या संक्षारण परीक्षणों के सबसे आम कारणों में से एक है, जिसी कारण क्वेंचिंग के लिए पानी की मात्रा और भागों के संचालन को नियंत्रित किया जाता है तथा अंतिम पाइप की पुष्टि एएसटीएम ए790 और ए923 के अनुसार प्रभाव परीक्षण और संक्षारण परीक्षण द्वारा की जाती है।

कोल्ड पिल्गरिंग, ड्रॉइंग और स्ट्रेंथनिंग
अंतिम आकार और सहनशीलता प्राप्त करने के लिए, समाधान-एनील किए गए माँ ट्यूब को पिल्गर रोलिंग या प्लग पर खींचकर ठंडा कार्य किया जाता है। ठंडी पिल्गरिंग एक नियंत्रित संचालन में व्यास और दीवार दोनों को कम करती है तथा सतह के फ़िनिश और आयामी सटीकता में सुधार करती है। यह कार्य कठोरीकरण के माध्यम से ताकत भी बढ़ाती है, जिससे ट्यूब का तन्य ताकत कार्य किए गए अवस्था में १२५ ksi से अधिक हो सकता है। चूँकि ठंडा कार्य ऊर्जा संग्रहित करता है और तन्यता को कम करता है, इसलिए भारी पैसों के बीच में एक मध्यवर्ती समाधान एनील और क्वेंच किया जाता है, और अंतिम समाधान एनील निर्दिष्ट सूक्ष्म संरचना को पुनर्स्थापित करता है, जब तक कि ग्राहक विशेष रूप से ठंडे कार्य किए गए, उच्च ताकत वाली डिलीवरी अवस्था के लिए नहीं कहता है। प्रति पैस कमी को कड़ाई से नियंत्रित किया जाना चाहिए: एक ही स्ट्रोक में बहुत अधिक ठंडा कार्य एक ऐसे ग्रेड में सतही फटने या आंतरिक दरारों को शुरू कर सकता है जो मानक ऑस्टेनिटिक्स के सापेक्ष तन्यता में पहले से ही कम है, इसलिए प्रक्रिया पैरामीटर्स को प्रत्येक हीट के खिलाफ सत्यापित किया जाता है।

सारणी: संकेतात्मक प्रक्रिया और गुण लक्ष्य

देशी प्रगति और जहाँ २५०७ मूल्य प्रदान करता है
वर्षों तक सबसे अधिक शक्तिशाली सुपर डुप्लेक्स ट्यूबलर्स का उत्पादन कुछ विदेशी निर्माताओं के हाथ में था, लेकिन चीनी मिलों ने धातुकर्म में वास्तविक प्रगति की है — जिसमें पिघलने की शुद्धता, नाइट्रोजन नियंत्रण और नियंत्रित ठंडा कार्य सम्मिलित हैं — और अब वे उच्च-शक्ति वाले सुपर डुप्लेक्स सीमलेस पाइप का उत्पादन करते हैं जो कठोर ऑफशोर और रासायनिक विनिर्देशों को पूरा करते हैं। यह परिपक्वता आपूर्ति सुरक्षा में सुधार करती है और उन खरीदारों के लिए नेतृत्व समय को कम करती है जो पहले प्रत्येक मीटर का आयात करते थे।
अनुप्रयोग इस प्रयास को औचित्यपूर्ण बनाते हैं। ऑफशोर तेल और गैस क्षेत्र में 2507 का उपयोग टॉपसाइड पाइपिंग, अम्बिलिकल्स और समुद्री जल प्रणालियों के लिए किया जाता है, जहाँ गर्म, ऑक्सीजनयुक्त क्लोराइड्स कम श्रेणी के स्टील को तेज़ी से छिद्रित या फटा सकते हैं। समुद्री जल के विलवणीकरण में इसका उपयोग उच्च-दाब रिवर्स ऑस्मोसिस पाइपिंग और ऊष्मा-अपव्यय खंडों के लिए किया जाता है। रासायनिक और रंग उद्योगों में इसका उपयोग अम्लीय, क्लोराइड-युक्त प्रक्रिया धाराओं के लिए किया जाता है। प्रत्येक मामले में मूल्य प्रस्ताव समान है: सुपर डुप्लेक्स की उच्च ताकत के कारण यह उच्च दाब पर पतली दीवारों की अनुमति देता है, जबकि इसका PREN 40 से अधिक होने के कारण संक्षारण प्रतिरोध की पर्याप्त सीमा प्रदान करता है, जिससे संपत्ति को सेवा में बनाए रखा जा सकता है। पतली दीवार का अर्थ है प्रति मीटर कम मिश्र धातु, जो सुपर डुप्लेक्स के प्रति किलोग्राम उच्च मूल्य को आंशिक रूप से कम कर देता है, और यह ऑफशोर संरचनाओं पर भार को कम करता है, जहाँ प्रत्येक टन टॉपसाइड द्रव्यमान की एक प्रीमियम कीमत होती है। PMI, रासायनिक संरचना, यांत्रिक गुण, फेराइट और संक्षारण परीक्षणों द्वारा सत्यापित, 2507 पाइप एक चुनौतीपूर्ण उत्पाद है जो प्रत्येक चरण में अनुशासित निर्माण को पुरस्कृत करता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न: 2507 के लिए सॉल्यूशन-एनील तापमान इतना उच्च क्यों है?
उत्तर: भंगुर सिग्मा और चाई चरणों को पूरी तरह से घोलने तथा ऑस्टेनाइट-फेराइट संरचना को पुनः संतुलित करने के लिए लगभग 1050 से 1100 डिग्री सेल्सियस का तापमान आवश्यक होता है; इसके बाद तीव्र शीतन (क्वेंच) उस संरचना को स्थायी रूप से जमा देता है।
प्रश्न: क्या सुपर डुप्लेक्स को उच्च-शक्ति ठंडा कार्य किया हुआ अवस्था में आपूर्ति किया जा सकता है?
उत्तर: हाँ। ठंडा पिल्गरिंग या ड्रॉइंग तन्य सामर्थ्य को 125 ksi के निकट ले जा सकती है, लेकिन यह विशिष्ट रूप से निर्दिष्ट करना आवश्यक है क्योंकि अधिकांश मानक डिलीवरी अधिकतम टघनता और संक्षारण प्रतिरोध के लिए अंतिम सॉल्यूशन-एनील्ड अवस्था में की जाती हैं।
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