Hogyan oldja meg a duplex acél zökkenőmentes cső -formázási folyamat a hőcserélő korróziójának problémáját?

A hőcserélők területén a hagyományos hegesztett duplex acélcsöveket már régóta aggódják a hőkezelt zóna (HAZ) által okozott intergranuláris korrózió. Ennek a jelenségnek az a lényege, hogy a hegesztés során a helyi magas hőmérséklet (1000-1350 ℃) a szén- és nitrogén elemek diffúzióját okozza a duplex acélban, króm-szegény zónát képezve (CR tartalom <12%) az austenit fázis és a ferrit fázis közötti felületen, amely a korrekciós közeg áttöréssé válik. A duplex acél hőcserélő zökkenőmentes csője kiküszöböli ezt a rejtett veszélyt az anyag forrásából, amely a forró extrudálás és a centrifugális öntési folyamatok innovációja révén alakul ki, új paradigmát biztosítva a berendezések hosszú távú működéséhez korrozív körülmények között.

A gyártás magja duplex acél zökkenőmentes csövek A hőmérséklet és a stresszmezők pontos szabályozásában rejlik. A forró extrudálási folyamat során a tuskó egy speciális szerszámon (deformációs sebessége 0,1-10 mm/s) halad át 850-1150 ℃ tartományban, és egyenletes, egyenértékű kristályokat (8-15 μm szemcsék mérete) képez a dinamikus átkristályosítás (DRX) hatására. E folyamat során az anyag belső diszlokációs sűrűsége akár 10¹²/m²-re is, ami hajtóerőt biztosít az austenit/ferrit fázis határának migrációjához, és stabilizálja a kétfázisú arányt 45: 55 ± 3%-on. A hegesztési eljárással összehasonlítva a forró extrudálási folyamatban nincs helyi túlmelegedési zóna, és a króm diffúziós együtthatója két nagyságrenddel csökkent.

A centrifugális casting technológia felismeri az olvadt fém irányított megszilárdulását egy centrifugális erőmezőn (100-200 g). 1450 ℃ casting hőmérsékleten a kettős fázisú acél olvadék oszlopos kristályszerkezetet képez egy forgó rézformában (sebesség 800-1200 fordulat / perc), és annak elsődleges dendrit-távolságát (PDA) 30 μm-en belül szabályozzák. A kulcsfontosságú eljárás paraméterek között szerepel a szuperhűtési kontroll (ΔT = 15-25k) és a penészhűtési sebesség (> 100 ℃/s), biztosítva, hogy a ferrit fázisának előnyösen a penészfalon van, és az austenit fázis egyenletesen kicsapódik a megszilárdulás végén.

A zökkenőmentes cső kialakítási folyamat során kialakult lamelláris kettős fázisú szerkezet (lamellar távolság 0,5-2 μm) egyedi korrózióvédő mechanizmussal rendelkezik. Egy CL⁻-tartalmú közegben az austenit (γ fázis) képezi a passzivációs film vázát, mint elektrokémiai inert fázisként, és a ferrit (α fázis) elsősorban anódként oldódik, de a CR elem koncentráció-gradiens (Δ [CR] = 3-5WT%) a két fázis közötti felületen elősegíti a passziváció önérzékelését. Az XPS elemzése azt mutatja, hogy ez a dinamikus egyensúly fenntartja a felületi cr₂o₃ film vastagságát 4-6 nm-en, hatékonyan blokkolva a korrozív közeg behatolását.

A termikus ciklus során a zökkenőmentes cső kettős fázisú szerkezete kiváló fázis-transzformációs szilárdságot mutat. Amikor a hőmérséklet az MS -pont fölé emelkedik (kb. -40 ℃), az austenit egy része martenzitikus fázis -transzformáción megy keresztül (ε → α '), és a térfogat kb. 3%-kal növekszik. Ez a reverzibilis fázis -transzformáció (ΔV = 0,02) képes felszívni a termikus stresszet és gátolni a fáradtság repedéseinek megindulását. A kísérletek azt mutatják, hogy a -40 ℃ → 350 ℃ termikus sokk 2000 -es idő után a zökkenőmentes cső felületi érdessége csak 0,12 μm -rel növekszik, míg a hegesztett csőnek nyilvánvaló mikrokraktusai vannak a HAZ -öblítés miatt.

Az elektrokémiai impedancia -spektroszkópia (EIS) elemzés révén a varrat nélküli csövek polarizációs rezisztenciája (RP) 3,5WT% NaCl -oldatban elérte az 1,2 × 10⁶Ω · cm² -t, amely 40% -kal magasabb, mint a hegesztett csöveknél. A kritikus pontozási hőmérsékleti (CPT) teszt során a zökkenőmentes cső passzív maradt 4 mol/l FECL₃ oldatban 85 ° C -ra, míg a hegesztett cső stabil pimaszot mutatott 65 ° C -on. Ennek oka a HAZ szenzibilizációs zónájának a zökkenőmentes szerkezet általi eltávolítása (a karbid csapadék zónájának szélessége a hegesztett cső 20-50 μm-ről 0-ra csökken).

A stressz-korróziós repedés (SCC) kísérletben a négypontos hajlítási módszert alkalmazták a hozamszilárdság 80% -ának húzófeszültségének alkalmazásához. Miután a 3000h -es MGCL₂ oldatba forrásban lévő MGCl₂ oldatba merültek, a zökkenőmentes cső repedési növekedési üteme DA/dt = 5 × 10⁻¹mm/s volt, ami két nagyságrenddel alacsonyabb volt, mint a hegesztett csőé. A mikroszkopikus mechanizmus az, hogy a zökkenőmentes cső egyenletes kettős fázisú szerkezete háromszor növeli a hidrogén csapdájának sűrűségét (diszlokáció, fázishatár), hatékonyan rögzítve a diffúzített hidrogénatomokat.

A jelenlegi kutatás a nano-méretű fázishatár-tervezésre összpontosít: az NB és TI elemek nyomkövetési mennyiségének (0,1-0,3WT%) hozzáadásával, az MC-típusú karbidok (5-20NM méret) képződnek a kettős fázisú felületen, hogy tovább javítsák a hidrogén csapdahatást. Fejlesszen ki egy gradiensszerkezet zökkenőmentes csövet (austenitben gazdag külső fal az erózió ellenálláshoz, a ferritben gazdag belső fal a korrózióállósághoz), és érje el a kompozíciós gradienst azáltal, hogy a megszilárdulási folyamatot elektromágneses keveréssel szabályozza.