1. K: Mikä on UNS N06002, ja mikä on sen ensisijainen ero nikkeli-pohjaisten superseosten perheessä?
V: UNS N06002, joka tunnetaan laajalti kauppanimellään Hastelloy X, on nikkeli-kromi-rauta-molybdeeniseos. Toisin kuin monet muut nikkeliseokset, jotka on optimoitu puhtaasti vesipitoisen korroosionkestävyyden vuoksi, UNS N06002 on kiinteä-liuosvahvistettu superseos, joka on suunniteltu ensisijaisesti korkean lämpötilan lujuuteen ja hapettumisenkestävyyteen.
Sen ensisijainen ero on sen{0}}kaksikäyttöisessä kemiassa:
Nikkeli (tasapaino): Tarjoaa vakaan austeniittisen matriisin ja vastustuskyvyn hiilelle.
Kromi (20,5–23,0 %): Tarjoaa poikkeuksellisen kestävyyden hapettumista ja sulfidaatiota vastaan jopa 1200 asteen (2200 asteen F) lämpötiloissa.
Molybdeeni (8,0–10,0 %): Vahvistaa kiinteää -liuosta ja kestää pelkistäviä ympäristöjä korkeissa lämpötiloissa.
Rauta (17,0–20,0 %): Korkeampi kuin useimmat C--sarjan metalliseokset; edistää kustannus-tehokkuutta ja metallurgista vakautta säilyttäen samalla korkean lämpötilan ominaisuudet.
Koboltti (0,5–2,5 %): läsnä kontrolloituina määrinä; parantaa virumisen vastustuskykyä.
Toisin kuin N10276 (C-276), joka on korroosioseos, jota käytetään lähellä ympäristön lämpötiloja, N06002 säilyttää hyödylliset mekaaniset ominaisuudet yli 1000 asteen lämpötiloissa. Sitä ei tyypillisesti ole määritelty märkälle suolahappopalvelulle; pikemminkin se on valittu materiaali kaasuturbiinien polttolaitteisiin, teollisuusuunien komponentteihin ja kemiallisten prosessien reaktoreihin, jotka toimivat punaisella lämmöllä.
2. K: Mitkä ovat UNS N06002 -levyn tärkeimmät mekaaniset ominaisuudet ASTM B435:n mukaan, ja miten nämä ominaisuudet muuttuvat korotetuissa lämpötiloissa?
V: ASTM B435:n (nikkeli-kromi-molybdeeni-raudaseoslevyn standardispesifikaatio) mukaan UNS N06002:n huonelämpötilan mekaaniset ominaisuudet liuoshehkutetussa tilassa ovat:
| Omaisuus | Vaatimus |
|---|---|
| Vetolujuus | Vähintään 690 MPa (100 ksi) |
| Tuottovoima (0,2 % offset) | Vähintään 283 MPa (41 ksi) |
| Venymä (2 tuumaa / 50 mm) | Vähintään 30 % |
Korkean lämpötilan suorituskyky:
N06002:n todellinen arvo paljastuu korkeissa lämpötiloissa:
Virumisen vastustuskyky: 815 astetta (1500 astetta F) N06002:n virumisen murtumisaika on noin 100 tuntia 69 MPa:n (10 ksi) paineessa. Tämä ylittää huomattavasti ruostumattomat 304H- ja 310S-teräkset, joten se soveltuu -kantaviin komponentteihin äärilämpötiloissa.
Hapettumisenkestävyys: 22 % kromipitoisuutensa ja vähäisten piin ja mangaanin lisäysten ansiosta N06002 muodostaa hitaasti -kasvavan, tarttuvan Cr2O₃-sokkikerroksen. Jatkuva huolto ilmassa 1200 asteessa on mahdollista hyväksyttävillä metallihäviömäärillä.
Lämpöstabiilisuus: Pitkäaikainen altistus 540–760 asteessa voi johtaa karbidien ja metallien välisten faasien (ensisijaisesti μ-faasin) saostumiseen. Tämä sade lisää vetolujuutta, mutta vähentää sitkeyttä ja iskunkestävyyttä. Kaasuturbiinien kriittisten pyörivien komponenttien osalta tämä ikääntymiskäyttäytyminen on otettava huomioon elinkaariarvioinneissa.
Lämpöväsymys: N06002:lla on erinomainen lämpöväsymiskestävyys sen suhteellisen alhaisen lämpölaajenemiskertoimen (verrattuna austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin) ja korkean lämmönjohtavuuden ansiosta.
3. K: Miten UNS N06002:n hitsausmetallurgia eroaa tavallisista austeniittisista ruostumattomista teräksistä ja mitä täytemetalleja tarvitaan?
V: N06002:n hitsausmetallurgia eroaa ruostumattomista teräksistä korkean molybdeenipitoisuuden ja täysin austeniittisen jähmettymisrakenteen ansiosta.
Tärkeimmät metallurgiset näkökohdat:
Kuumahalkeilukestävyys: Toisin kuin täysin austeniittiset ruostumattomat teräkset (esim. 310S), jotka ovat erittäin herkkiä kuumahalkeilulle, N06002 kestää hyvin mikrohalkeamia. Tämä johtuu vähäisten alkuaineiden (pii, mangaani, hiili) kontrolloiduista tasoista ja merkittävän boorin tai fosforin erottumisen puuttumisesta.
Ei ferriittiä: Toisin kuin 304/316 ruostumattomat teräkset, N06002 ei sisällä ferriittistabilisaattoreita (titaani, niobium) ja jähmettyy 100 % austeniittina. Hitsauksen tarkastajat eivät voi käyttää magneettisia ferriittimittauksia hitsin laadun tarkistamiseen.
Karbidisaostus: Hitsauksen aikana kromi{0}}rikkaat karbidit (M₂3C₆) voivat saostua lämpö-vaikutusalueella 650–900 asteessa. Korkean lämpötilan{5}}käytössä tämä sademäärä on kuitenkin usein hyödyllinen, koska se antaa toissijaista vahvistusta. Vesipitoista korroosiota varten (harvinainen tälle seokselle) vaadittaisiin liuoshehkutusta hitsauksen jälkeen.
Täytemetallisuositukset:
Sopiva täytemetalli on ERNiCrMo-2 (AWS A5.14). Tämä täyteaine säilyttää kriittisen kromin, molybdeenin ja raudan tasapainon, jota tarvitaan korkean lämpötilan lujuuteen.
Erilaisille hitseille:
Ruostumattomaan teräkseen: ERNiCrMo-2 on edelleen edullinen.
Hiiliteräkselle: ERNiCr-3:a (Inconel 82/182) käytetään usein laimentamiseen.
C-276:een: ERNiCrMo-4 voidaan valita, vaikka ERNiCrMo-2 on hyväksyttävä.
Hitsausparametrit:
Prosessi: GTAW (TIG) ja GMAW (MIG) ovat suositeltavia. SAW on mahdollista, mutta vaatii erityisesti muotoiltuja sulatteita.
Lämmönsyöttö: kohtalainen (1,0–2,5 kJ/mm). Liian suuri lämmöntuotto edistää jyvien karkenemista ja karbidin yli-saostumista.
Passojen välinen lämpötila: Enintään 100 astetta (212 astetta F) suositellaan lämpöaltistuksen hallitsemiseksi.
4. K: Missä tietyissä korkeissa-lämpötiloissa teollisuusympäristöissä UNS N06002 -levy on määritelty ruostumattoman 310S-teräksen tai Inconel 600:n päälle?
V: UNS N06002 on määritelty yli 310S:n (25/20 ruostumaton) ja Inconel 600:n (N06600) ympäristöissä, joissa yhdistyvät korkea lämpötila aggressiiviseen kaasumaiseen korroosioon tai sykliseen termiseen ja mekaaniseen kuormitukseen.
Erityiset sovellukset:
Kaasuturbiinien polttomoottorit: N06002 on perinteinen materiaali lentokoneiden ja teollisuuden kaasuturbiinien polttokammioihin. Se ylittää 310S:n erinomaisen virumislujuutensa ansiosta 900 + asteen kulmassa ja sen kestävyyden vuoksi toistuvien sytytysjaksojen aiheuttamaa lämpöväsymistä vastaan. Vaikka Inconel 600 on vahva, se kärsii polttoaineen epäpuhtauksien aiheuttamasta sulfidaatiohyökkäyksestä; N06002:n korkeampi kromipitoisuus tarjoaa paremman sulfidaatiokestävyyden.
Teollisuusuunien muhvelit ja retortit: Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen nauhojen kirkkaissa hehkutusuuneissa muhvelin on kestettävä sekä sisäinen vetyilmakehä että ulkoiset palamistuotteet. 310S ryömii liikaa 1100 asteessa. N06002 säilyttää muodon ja kestää hiiltymistä krakattuista hiilivedyistä.
Eteenipyrolyysi (höyrykrakkaus) -komponentit: Vaikka Incoloy 800H on vakiona, N06002 on määritelty äärimmäisille kuumille pisteille tai putkilevyille ja siirtolinjoille, jotka vaativat suurempaa lujuutta kuin 800H 1000–1100 asteessa.
Typpihappopolttimet: Valmistettaessa typpihappoa ammoniakin poltolla platina{0}}rodiumkatalyyttiharsot tuetaan keraamisiin satuloihin, mutta polttimen huppu ja hukkalämpökattilan tuloaukko on usein valmistettu N06002:sta. Se kestää hapettavan liekin (1000 +) ja nopean sammutuksen 400 asteeseen ilman lämpöshokkihalkeilua.
Polttouunin osat: Kloorattuja hiilivetyjä käsittelevissä vaarallisten jätteiden polttolaitoksissa N06002 kestää paremmin korkean -lämpötilojen klooria ja kloorivetyä kuin ruostumattomat teräkset, vaikka C-2000 tai 59-seokset voivat olla suositeltavia, jos tapahtuu märkähappokondensaatiota.
5. K: Mitkä ovat kriittiset seikat UNS N06002 -levyn kuumamuovauksessa ja lämpökäsittelyssä astian tai komponentin valmistuksen aikana?
V: UNS N06002 vaatii tarkkaa lämmönsäätöä kuumamuovauksen ja lämpökäsittelyn aikana. Prosessiikkuna on kapeampi kuin austeniittisen ruostumattoman teräksen ja vaatii tiukkaa menettelytapaa.
Kuumamuovaus:
Lämpötila-alue: Suositeltu kuumamuovausalue on 1040–1230 astetta (1900–2250 astetta F).
Lopeta muovaus alle 950 asteen: Muovauksen on lopetettava välittömästi, jos levyn lämpötila laskee alle 950 astetta (1740 astetta F). Tämän lämpötilan alapuolella muodostuminen aiheuttaa voimakasta työkovettumista ja voi aiheuttaa reunahalkeilua.
Uudelleenlämmitys: Useat lämmityskerrat ovat sallittuja, mutta jokaista lämmitysjaksoa on seurattava nopea jäähdytys, jos kumulatiivinen aika 650–900 asteen sadealueella on liian pitkä.
Liuoksen hehkutus:
Lämpötila: 1175 astetta (2150 astetta F) on standardi liuoksen hehkutuslämpötila.
Liotusaika: Tyypillisesti 30 minuuttia 25 mm:n paksuutta kohden, vähintään 30 minuuttia.
Sammutus: Nopea vesisammutus on pakollinen. Ilmajäähdytys ei riitä yli 3 mm:n paksuisille levyille, koska hidas jäähdytys 900–600 asteen läpi saostaa M₂3C₆-karbideja ja μ-faasia, mikä heikentää sekä huoneen-muovuttavuutta että korkean lämpötilan{5}}virumista.
Ilmakehä: Pelkistävä ilmakehä (vety tai dissosioitunut ammoniakki) on edullinen hapettumisen minimoimiseksi. Jos käytetään ilmakehän uuneja, syntyy voimakasta hilseilyä ja vaaditaan mekaanista kalkinpoistoa tai peittausta.
Jälki-muovauslämpökäsittely:
Toisin kuin C-276, jonka ei pitäisi koskaan saada stressinpoistoa, N06002 saattaa vaatia-muovauksen jälkeistä hehkutusta, jos muovausjännitys ylittää 10–15 %. Tämä määräytyy muovauksen vakavuuden ja käyttöolosuhteiden mukaan. Korkean lämpötilan virumista varten kaikki raskaat kylmätyöt on poistettava täydellä liuoshehkutuksella stabiilin mikrorakenteen palauttamiseksi.
Vääristymien hallinta:
Korkean liuoksen hehkutuslämpötilan ja nopean vesisammutuksen vuoksi voi tapahtua merkittäviä vääristymiä. Levyt ja valmistetut kokoonpanot on tuettava riittävästi lämpökäsittelyn aikana. Mekaaninen tasoitus lämpökäsittelyn jälkeen on yleistä, mutta se on suoritettava huolellisesti, jotta vältytään uusilta kylmätöiltä ilman myöhempää jännityksen lievitystä.
