Како идентификовати сигма фазну кртост у компонентама измењивача топлоте од нерђајућег челика застарелим дуплексом?

Иако дуплекс лим од нерђајућег челика који је дуго био изложен високим температурама може изгледати неоштећен, обична славина са чекићем може га разбити. Ово је застрашујући феномен познат као кртост сигма фазе, металуршка трансформација која, не мењајући свој изглед, претвара јаку, дуктилну легуру у ломљиву керамику. Рано откривање компоненти измјењивача од нерђајућег челика дуплекса сигма фазе је од суштинског значаја пошто поправка на лицу мјеста није изводљива када се појави сигма. Неопходно је поправити оштећену компоненту.

Сигма фаза кртости: шта је то?
Аустенит и ферит чине скоро једнак проценат уравнотежене микроструктуре која се налази у дуплекс нерђајућим челицима (као што су 2205 и 2507). Ова двофазна структура обезбеђује високу чврстоћу, супериорну дуктилност и изузетну отпорност на корозију. Међутим, прелаз се дешава када је дуплекс челик изложен температурама између 600 и 900 степени током дужег временског периода. Нова интерметална фаза позната као сигма (σ) се ствара када феритна фаза почне да се распада. Сигма има тетрагоналну кристалну структуру и једињење је гвожђа, хрома и молибдена. Богата је молибденом и хромом, изузетно крхка и невероватно тврда.

Температура и време утичу на то како се формира сигма. Прелазак се најбрже дешава на 750–850 степени; знатна крхкост се може десити за неколико сати. Потребно је стотине или хиљаде сати на нижим температурама (600–700 степени). Не постоји одржива ин{7}}термичка обрада која може да преокрене сигму када се исталожи, обично као мале, танке плоче на границама зрна и унутар зрна ферита. Материјал скоро у потпуности губи своју ударну тврдоћу и постаје крт.

Уобичајени разлози за делове измењивача топлоте
Следеће околности су најчешће у којима долази до кртости сигма фазе:

Завари без накнадног-жарења раствором заваривања: Ако је хлађење споро, зона{1}}захваћена топлотом (ХАЗ) поред завара може остати у критичном температурном опсегу током дужег временског периода. Посебно су угрожени велики, дебели комади. Сигма остаје у ХАЗ-у ако се компонента накнадно не жари раствором (загрева се на 1040–1100 степени и брзо угаси).

Продужени рад на високим температурама: Чак и ненамерно, измењивачи топлоте који непрекидно раде на температурама метала између 600 и 900 степени могу постепено да се ломе. Ово се може догодити у измењивачу који није правилно хлађен или у јединици за рекуперацију отпадне топлоте.

Изложеност пожару: Чак и током кратког временског периода, ватра у постројењу која загрева део дуплекс измењивача у опсегу формирања сигме може довести до кртости у погођеном подручју.

Грешке у производњи: Сигма се може подстаћи неправилним топлотним третманом током производње, као што је споро хлађење од температуре жарења.

Подручја заваривања, дебљих прирубница и цевних листова{0}}под утицајем топлоте су најосетљивија подручја. Иако се танке цеви брже хладе и мање је вероватно да ће произвести сигму, оне су и даље подложне ако је радна температура веома висока.

Механички и визуелни индикатори
На изглед површине метала не утиче крхкост сигма фазе. Компонента може изгледати потпуно нормално, без очигледних пуцања или промене боје, али може бити изузетно ломљива. Међутим, његово постојање се може открити темељним прегледом и тестирањем.

Изглед површине прелома
Површина лома сигма{0}}кртог дуплекс челика ће изгледати бриљантно, грануларно и кристално без дуктилног кидања или смицања ако компонента поквари или је намерно сломљена. Сиви, влакнасти изглед типичне дуктилне фрактуре је у потпуној супротности са овим. Сигма даје металу издржљивост чоколадице; сићушан ударац га сломи уместо да га изобличи.

Испитивање отпорности на удар
Цхарпи В-зарез (ЦВН) ударни тест је златни стандард за квантификацију сигма кртости. Када се правилно{2}}зажари раствор, Дуплек 2205 обично има ударну жилавост од 100–200 Ј на собној температури. Жилавост се може смањити на мање од 20 Ј и често на појединачне бројке када је присутна сигма. Овај тест нуди недвосмислен доказ за ситне делове или тест купоне исечене из цевног листа.

Металографска анализа: тамне мрље нагризања
Након нагризања, карактеристика сигма фазе се види под микроскопом. Одговарајући реагенс, као што је електролитичко нагризање у 10% оксалне киселине или комбинација ХЦл и ХНО₃ (Акуа Региа) или КОХ (за дуплекс), користи се за јеткање углађеног узорка. Аустенит и ферит се јављају као две одвојене фазе у типичној дуплекс микроструктури; аустенит је обично блед или слабо угравиран, док је ферит тамнији. Унутар зрна ферита и дуж граница зрна, сигма фаза се манифестује као тамна, често коцкаста или плоча-мрежа. Саме сигма честице се појављују као посебна, изузетно тамна фаза при већим увећањима. Позитивну идентификацију обезбеђују карактеристичне „тамне урезане тачке“ или непрекидне тамне мреже.

Реплика урезане површине може да се направи-на лицу места коришћењем металографске репликације на терену (као што је објашњено у претходним чланцима), која се затим прегледа под ручним микроскопом. Сигма се може наћи коришћењем ове не-недеструктивне (или благо деструктивне) методе без уклањања узорка из великог размењивача.

Стандардна метода детекције, АСТМ А923
Три признате технике пружа АСТМ А923, „Стандардне методе испитивања за откривање штетних интерметалних фаза у дуплекс аустенитним/феритним нерђајућим челицима“, за идентификацију сигма и других интерметалних фаза (попут цхи):

Метода А (тест јеткања натријум хидроксидом): Загрејани 40% раствор НаОХ се користи за јеткање полираног узорка. Тамна реакција јеткања указује на постојање сигма или цхи фазе. Овај скрининг испит има пролазан/неположен исход.

Жилавост на удар се процењује коришћењем методе Б (тест на удар по Шарпи). За прихватање је потребна минимална просечна апсорбована енергија, као што је 54 Ј за 2205.

Метод Ц (Мерење садржаја ферита): Проценат ферита се одређује помоћу феритскопа. Садржај ферита се значајно смањује формирањем сигме. Овај приступ је, међутим, мање директан и подложан је спољним утицајима.

Најизводљивији метод за сервисирање на терену је метода А (тест јеткања) на сићушној углачаној површини или на реплици.

Неповратност: нема{0}}поправке на лицу места
Кључни закључак за инжењере постројења је да се сигма фаза не може елиминисати из великог, изграђеног измењивача топлоте топлотном обрадом. Цела компонента мора да се загреје на 1040–1100 степени и брзо угаси (користећи воду или гас под притиском) да би се поново-растворила сигма. У-услужни измењивач са цевима, заптивкама и повезаним цевоводима то не може да постигне. Унутрашњи снопови цеви би се проширили и изобличили чак и када би се шкољка могла загрејати, а брзо хлађење би резултирало топлотним шоком. Сходно томе, кључну компоненту (као што је цев или дебела прирубница) треба променити чим се потврди сигма кртост. Једине опције за снопове цеви су уклањање и замена.

Стога је кључ за спречавање катастрофалног квара откривање. Брзи лом може бити последица термичког или механичког удара (као што је скок притиска, ударац чекићем или чак редовна вибрација) ако се проблематичан измењивач топлоте користи са крхким деловима.

Кораци за практичну идентификацију поља
У старом дуплекс измењивачу топлоте од нерђајућег челика треба извршити следеће радње ако се сумња на кртост сигма фазе:

Прегледајте сервисну историју да видите да ли је измењивач икада био изложен температурама већим од 600 степени. Испитајте извештаје о пожарним инцидентима, дневнике операција или неуобичајене сметње процеса. Евиденција о заваривању: да ли су дебели делови подвргнути жарењу након -раствора заваривања?

Извршите мерење ферита без{0}}разарања. На чистој, уземљеној површини, очитавање феритскопа може указивати на нижи садржај ферита (нормално је између 40 и 60%; сигма може да га спусти на 30%). Али ово није дефинитивно само по себи.

Размотрите металографску репродукцију. АСТМ А923 метода Решење се користи за изглађивање, полирање и гравирање ограниченог региона (као што је лице цевног листа или дебела прирубница). Увећање од 200–500× се користи за преглед репродукције ацетата. Кртост је потврђена постојањем црних, блоковских сигма фазних мрежа.

Узмите мали купон ако можете. За лабораторијско испитивање удара по Шарпију, може се узети кратка цев или комад отпада са не-критичног места. Озбиљна крхкост је назначена мерењем енергије удара мањом од 20 Ј за 2205 (или испод спецификације).

Одредите хитност: Погађену компоненту треба заказати за замену ако се открије сигма. У међувремену, сви извори вибрација треба да буду утишани и измењивач треба да ради при мањим механичким и термичким оптерећењима.

Превентивне мере обухватају одговарајућу топлотну обраду и ограничења сервиса.
Спречавање сигма кртости је најбоља стратегија за решавање тога:

Дуплексне заварене заварене заварене увек растворите: за дебеле пресеке (више од 6 мм) потребно је жарење раствором после-завара и брзо гашење. Иако је жарење сигурније, ефикасна квалификација метода заваривања (низак унос топлоте, контрола међупролазне температуре) често може спречити сигму за танке пресеке.

A alternative alloy, such as a nickel-based superalloy, should be taken into consideration if a duplex exchanger is required for a high-temperature application (such as >500 степени) на дуже временске периоде. Избегавајте продужену услугу изнад 600 степени.

Контролишите хлађење након било каквог излагања топлоти: Да бисте смањили време проведено у опсегу од 600–900 степени, измењивач треба да се охлади што је пре могуће (на пример, преливањем водом) у случају пожара или топлотног поремећаја.

У закључку
Само одговарајућа почетна топлотна обрада и избегавање продуженог излагања опсегу температуре формирања може спречити кртост сигма фазе, неповратну и катастрофалну деградацију. Оштар пад ударне жилавости, сјајна грануларна фрактура и појава тамних мрља или мрежа у металографској анализи су индикатори компоненти измјењивача од нерђајућег челика дуплексног нерђајућег челика сигма фазе. Стандардне процедуре тестирања за детекцију обезбеђује АСТМ А923. Након провере, оштећени део треба заменити јер се не може поправити. Топлота има моћ да поништи постојање метала; у случају дуплекс нерђајућег челика, ова ненаписана прича је сигма кртост. Једина одбрана од овог прикривеног непријатеља који-производи разбијање је рутинска провера, познавање историје температуре у раду и одговарајући избор материјала.