ปัจจัยอุณหภูมิในการทำงานที่จำกัด
การใช้งานทั่วไปที่ต้องใช้วัสดุดูเพล็กซ์ในการสัมผัสกับสภาวะที่มีอุณหภูมิสูง ได้แก่ ภาชนะรับความดัน ใบพัดลม/ใบพัด หรือเครื่องฟอกไอเสียข้อกำหนดสำหรับคุณสมบัติของวัสดุอาจมีตั้งแต่ความแข็งแรงเชิงกลสูงไปจนถึงความต้านทานการกัดกร่อน องค์ประกอบทางเคมีของเกรดที่กล่าวถึงในบทความนี้แสดงอยู่ในตารางที่ 1
การสลายตัวของกระดูกสันหลัง
การสลายตัวของสปินโนดัล (หรือที่เรียกกันว่าดีมิกซ์หรือในอดีตคือ 475 °C-embrittlement) เป็นการแยกเฟสประเภทหนึ่งในเฟสเฟอริติก ซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 475 °Cผลกระทบที่เด่นชัดที่สุดคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค ทำให้เกิดเฟส α´ ซึ่งส่งผลให้วัสดุเปราะซึ่งในทางกลับกัน เป็นการจำกัดประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
รูปที่ 1 แสดงแผนภาพการเปลี่ยนแปลงเวลาของอุณหภูมิ (TTT) สำหรับวัสดุดูเพล็กซ์ที่ศึกษา โดยมีการสลายตัวของสปินโนดัลในบริเวณ 475 °Cควรสังเกตว่าแผนภาพ TTT นี้แสดงถึงความเหนียวที่ลดลง 50% วัดโดยการทดสอบความทนทานต่อการกระแทกบนชิ้นงานทดสอบ Charpy-V ซึ่งโดยทั่วไปยอมรับกันว่าเป็นการบ่งชี้การเปราะในการใช้งานบางประเภท ความทนทานที่ลดลงมากขึ้นอาจเป็นที่ยอมรับได้ ซึ่งจะทำให้รูปร่างของแผนภาพ TTT เปลี่ยนไปดังนั้น การตัดสินใจกำหนด OT สูงสุดโดยเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับระดับการเปราะที่ยอมรับได้ เช่น การลดความเหนียวสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายควรกล่าวว่ากราฟ TTT ในอดีตนั้นถูกสร้างขึ้นโดยใช้เกณฑ์ที่กำหนด เช่น 27J
เกรดอัลลอยด์ที่สูงขึ้น
รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้นขององค์ประกอบโลหะผสมจากเกรด LDX 2101 ไปสู่เกรด SDX 2507 นำไปสู่อัตราการสลายตัวที่เร็วขึ้น ในขณะที่ดูเพล็กซ์แบบลีนแสดงการเริ่มต้นการสลายตัวที่ล่าช้าผลกระทบขององค์ประกอบโลหะผสม เช่น โครเมียม (Cr) และนิกเกิล (Ni) ต่อการสลายตัวและการเปราะของสปินโนดัลได้แสดงให้เห็นแล้วจากการตรวจสอบครั้งก่อนๆ 5–8 ผลกระทบนี้แสดงตัวอย่างเพิ่มเติมในรูปที่ 2 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการสลายตัวของสปินโนดัลจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิ เพิ่มขึ้นจาก 300 เป็น 350 °C และเร็วกว่าสำหรับเกรดโลหะผสม SDX 2507 ที่สูงกว่า DX 2205 โลหะผสมน้อยกว่า
ความเข้าใจนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการช่วยให้ลูกค้าตัดสินใจเลือกค่า OT สูงสุดที่เหมาะกับเกรดและการใช้งานที่เลือกได้
การกำหนดอุณหภูมิสูงสุด
ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ สามารถตั้งค่า OT สูงสุดสำหรับวัสดุดูเพล็กซ์ได้ตามค่าความทนทานต่อแรงกระแทกที่ลดลงที่ยอมรับได้โดยทั่วไปจะใช้ OT ที่สอดคล้องกับค่าการลดความเหนียว 50%
โอทีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและเวลา
ความชันที่ส่วนท้ายของเส้นโค้งในแผนภาพ TTT ในรูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่าการสลายตัวของสปินโนดัลไม่ได้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิเกณฑ์เดียวเท่านั้นและหยุดต่ำกว่าระดับนั้นแต่เป็นกระบวนการที่คงที่เมื่อวัสดุดูเพล็กซ์สัมผัสกับอุณหภูมิในการทำงานต่ำกว่า 475 °Cอย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าเนื่องจากอัตราการแพร่ที่ต่ำกว่า อุณหภูมิที่ต่ำกว่าหมายถึงการสลายตัวจะเริ่มในภายหลังและดำเนินการช้าลงมากดังนั้นการใช้วัสดุดูเพล็กซ์ที่อุณหภูมิต่ำกว่าอาจไม่ก่อให้เกิดปัญหานานหลายปีหรือหลายสิบปีแต่ในปัจจุบันมีแนวโน้มที่จะกำหนด OT สูงสุดโดยไม่คำนึงถึงเวลาเปิดรับแสงคำถามสำคัญคือควรใช้ค่าผสมระหว่างอุณหภูมิและเวลาใดในการตัดสินใจว่าจะใช้วัสดุได้อย่างปลอดภัยหรือไม่?Herzman และคณะ 10 สรุปภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกนี้ไว้อย่างดี: “…การใช้งานจะถูกจำกัดไว้ที่อุณหภูมิซึ่งจลนศาสตร์ของการแยกสารผสมต่ำมากจนจะไม่เกิดขึ้นในระหว่างอายุการใช้งานทางเทคนิคที่ออกแบบไว้ของผลิตภัณฑ์…”
ผลกระทบของการเชื่อม
การใช้งานส่วนใหญ่ใช้การเชื่อมเพื่อเชื่อมส่วนประกอบต่างๆเป็นที่ทราบกันดีว่าโครงสร้างจุลภาคของการเชื่อมและเคมีของการเชื่อมนั้นแตกต่างจากวัสดุฐาน 3โครงสร้างจุลภาคของรอยเชื่อมส่วนใหญ่จะแตกต่างจากวัสดุเทกอง ขึ้นอยู่กับวัสดุตัวเติม เทคนิคการเชื่อม และพารามิเตอร์การเชื่อมโดยทั่วไปโครงสร้างจุลภาคจะหยาบกว่า และยังรวมถึงโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนที่อุณหภูมิสูง (HTHAZ) ซึ่งส่งผลต่อการสลายตัวของกระดูกสันหลังในรอยเชื่อมการแปรผันของโครงสร้างจุลภาคระหว่างเทกองและการเชื่อมเป็นหัวข้อที่ได้รับการตรวจสอบที่นี่
สรุปปัจจัยจำกัด
ส่วนก่อนหน้านี้นำไปสู่ข้อสรุปดังต่อไปนี้:
- วัสดุดูเพล็กซ์ทั้งหมดอยู่ภายใต้การควบคุม
ไปสู่การสลายตัวของสปินโนดัลที่อุณหภูมิประมาณ 475 °C - ขึ้นอยู่กับปริมาณการผสม คาดว่าจะมีอัตราการสลายตัวเร็วขึ้นหรือช้าลงเนื้อหา Cr และ Ni ที่สูงขึ้นช่วยให้การแยกสารเร็วขึ้น
- การตั้งค่าอุณหภูมิการทำงานสูงสุด:
– ต้องพิจารณาเวลาในการทำงานและอุณหภูมิรวมกัน
– ระดับความเหนียวที่ลดลงที่ยอมรับได้ กล่าวคือ ต้องตั้งค่าระดับความเหนียวสุดท้ายที่ต้องการ - เมื่อมีการเพิ่มส่วนประกอบโครงสร้างจุลภาคเพิ่มเติม เช่น รอยเชื่อม ค่า OT สูงสุดจะถูกกำหนดโดยส่วนที่อ่อนที่สุด
มาตรฐานระดับโลก
มีการตรวจสอบมาตรฐานยุโรปและอเมริกาหลายมาตรฐานสำหรับโครงการนี้พวกเขามุ่งเน้นไปที่การใช้งานในภาชนะรับความดันและส่วนประกอบท่อโดยทั่วไป ความคลาดเคลื่อนเกี่ยวกับ OT สูงสุดที่แนะนำในมาตรฐานที่ตรวจสอบแล้วสามารถแบ่งออกเป็นจุดยืนของยุโรปและอเมริกาได้
มาตรฐานข้อกำหนดวัสดุของยุโรปสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิม (เช่น EN 10028-7, EN 10217-7) กำหนดให้มีค่า OT สูงสุดที่ 250 °C เนื่องจากคุณสมบัติของวัสดุมีให้จนถึงอุณหภูมินี้เท่านั้นนอกจากนี้ มาตรฐานการออกแบบของยุโรปสำหรับภาชนะรับความดันและท่อ (EN 13445 และ EN 13480 ตามลำดับ) ไม่ได้ให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ OT สูงสุดจากสิ่งที่ให้ไว้ในมาตรฐานวัสดุ
ในทางตรงกันข้าม ข้อกำหนดเฉพาะของวัสดุของสหรัฐอเมริกา (เช่น ASME SA-240 ของ ASME มาตรา II-A) ไม่ได้แสดงข้อมูลอุณหภูมิที่สูงขึ้นเลยข้อมูลนี้ระบุไว้ใน ASME หัวข้อ II-D, 'คุณสมบัติ' ซึ่งสนับสนุนรหัสการก่อสร้างทั่วไปสำหรับภาชนะรับความดัน, ASME หัวข้อ VIII-1 และ VIII-2 (ส่วนหลังเสนอเส้นทางการออกแบบขั้นสูงกว่า)ใน ASME II-D ค่า OT สูงสุดระบุไว้อย่างชัดเจนที่ 316 °C สำหรับโลหะผสมดูเพล็กซ์ส่วนใหญ่
สำหรับการใช้งานท่อแรงดัน กฎการออกแบบและคุณสมบัติของวัสดุระบุไว้ใน ASME B31.3ในรหัสนี้ ข้อมูลทางกลมีให้สำหรับดูเพล็กซ์อัลลอยด์ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 316 °C โดยไม่มีการระบุ OT สูงสุดที่ชัดเจนอย่างไรก็ตาม คุณสามารถตีความข้อมูลเพื่อให้สอดคล้องกับสิ่งที่เขียนไว้ใน ASME II-D ได้ ดังนั้น OT สูงสุดสำหรับมาตรฐานของอเมริกาโดยส่วนใหญ่อยู่ที่ 316 °C
นอกจากข้อมูล OT สูงสุดแล้ว ทั้งมาตรฐานของอเมริกาและยุโรปยังบอกเป็นนัยว่ามีความเสี่ยงที่จะเกิดการเปราะที่อุณหภูมิสูงขึ้น (>250 °C) ในระยะเวลาการสัมผัสนานขึ้น ซึ่งควรพิจารณาทั้งในขั้นตอนการออกแบบและการบริการ
สำหรับรอยเชื่อม มาตรฐานส่วนใหญ่ไม่ได้แถลงอย่างแน่ชัดเกี่ยวกับผลกระทบของการสลายตัวของกระดูกสันหลังอย่างไรก็ตาม มาตรฐานบางอย่าง (เช่น ASME VIII-1, ตาราง UHA 32-4) บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ในการดำเนินการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมโดยเฉพาะสิ่งเหล่านี้ไม่จำเป็นหรือต้องห้าม แต่เมื่อดำเนินการแล้ว ควรดำเนินการตามพารามิเตอร์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในมาตรฐาน
สิ่งที่อุตสาหกรรมพูด
ข้อมูลที่ผลิตโดยผู้ผลิตสเตนเลสดูเพล็กซ์หลายรายได้รับการตรวจสอบเพื่อดูว่าผู้ผลิตเหล่านั้นสื่อสารอะไรเกี่ยวกับช่วงอุณหภูมิของเกรดของตน2205 ถูกจำกัดไว้ที่ 315 °C โดย ATI แต่ Acerinox ตั้งค่า OT สำหรับเกรดเดียวกันที่เพียง 250 °Cเหล่านี้คือขีดจำกัด OT บนและล่างสำหรับเกรด 2205 ในขณะที่ OT อื่นๆ อยู่ระหว่างการสื่อสารโดย Aperam (300 °C), Sandvik (280°C) และ ArcelorMittal (280 °C)สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึง OT สูงสุดที่แนะนำอย่างกว้างขวางสำหรับเกรดเดียวเท่านั้น ซึ่งจะมีคุณสมบัติที่เทียบเคียงได้มากจากผู้ผลิตไปยังผู้ผลิต
เหตุผลเบื้องหลังว่าทำไมผู้ผลิตจึงตั้งค่า OT บางอย่างไม่ได้ถูกเปิดเผยเสมอไปในกรณีส่วนใหญ่ การดำเนินการนี้จะขึ้นอยู่กับมาตรฐานใดมาตรฐานหนึ่งโดยเฉพาะมาตรฐานที่แตกต่างกันจะสื่อสาร OT ที่แตกต่างกัน ดังนั้นค่านิยมจึงแพร่กระจายออกไปข้อสรุปเชิงตรรกะคือบริษัทอเมริกันตั้งค่าที่สูงกว่าเนื่องจากข้อความในมาตรฐาน ASME ในขณะที่บริษัทในยุโรปตั้งค่าที่ต่ำกว่าเนื่องจากมาตรฐาน EN
ลูกค้าต้องการอะไร?
ขึ้นอยู่กับการใช้งานขั้นสุดท้าย คาดว่าจะมีการรับน้ำหนักและการรับสัมผัสที่หลากหลายของวัสดุในโครงการนี้ การเปราะเนื่องจากการสลายตัวของกระดูกสันหลังเป็นที่สนใจมากที่สุด เนื่องจากใช้ได้กับภาชนะรับความดันอย่างมาก
อย่างไรก็ตาม มีการใช้งานหลายประเภทที่เปิดเผยเกรดดูเพล็กซ์ต่อโหลดเชิงกลระดับปานกลางเท่านั้น เช่น เครื่องฟอก11–15คำขออีกประการหนึ่งเกี่ยวข้องกับใบพัดลมและใบพัดซึ่งต้องเผชิญกับภาระความเมื่อยล้าวรรณกรรมแสดงให้เห็นว่าการสลายตัวของสปินโนดัลมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปเมื่อมีการใช้ภาระความเหนื่อยล้าในขั้นตอนนี้ จะเห็นได้ชัดว่าค่า OT สูงสุดของการใช้งานเหล่านี้ไม่สามารถตั้งค่าในลักษณะเดียวกับภาชนะรับแรงดันได้
คำขออีกประเภทหนึ่งมีไว้สำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการกัดกร่อนเท่านั้น เช่น เครื่องฟอกไอเสียจากทะเลในกรณีเหล่านี้ ความต้านทานการกัดกร่อนมีความสำคัญมากกว่าข้อจำกัด OT ภายใต้ภาระทางกลอย่างไรก็ตาม ทั้งสองปัจจัยส่งผลกระทบต่อการดำเนินงานของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ซึ่งจะต้องพิจารณาเมื่อระบุ OT สูงสุดอีกครั้ง กรณีนี้แตกต่างจากสองกรณีก่อนหน้านี้
โดยรวมแล้ว เมื่อแนะนำลูกค้าเกี่ยวกับ OT สูงสุดที่เหมาะสมสำหรับเกรดดูเพล็กซ์ ประเภทการใช้งานมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดค่าสิ่งนี้แสดงให้เห็นเพิ่มเติมถึงความซับซ้อนในการตั้งค่า OT เดียวสำหรับเกรด เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่ใช้วัสดุมีผลกระทบอย่างมากต่อกระบวนการทำให้เปราะ
อุณหภูมิในการทำงานสูงสุดสำหรับดูเพล็กซ์คือเท่าไร?
ตามที่กล่าวไว้ อุณหภูมิการทำงานสูงสุดถูกกำหนดโดยจลนศาสตร์ที่ต่ำมากของการสลายตัวของสปินโนดัลแต่เราจะวัดอุณหภูมินี้ได้อย่างไร และ “จลนศาสตร์ต่ำ” คืออะไรกันแน่?คำตอบสำหรับคำถามแรกนั้นง่ายเราได้ระบุไว้แล้วว่าการวัดความเหนียวมักดำเนินการเพื่อประมาณอัตราและความคืบหน้าของการสลายตัวซึ่งกำหนดไว้ในมาตรฐานที่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ปฏิบัติตาม
คำถามที่สอง ว่าจลนศาสตร์ต่ำหมายถึงอะไรและค่าที่เรากำหนดขอบเขตอุณหภูมินั้นซับซ้อนกว่าส่วนหนึ่งเป็นเพราะเงื่อนไขขอบเขตของอุณหภูมิสูงสุดถูกรวบรวมจากทั้งอุณหภูมิสูงสุด (T) เองและเวลาในการทำงาน (t) ที่ทำให้อุณหภูมินี้คงอยู่เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการผสม Tt นี้ สามารถใช้การตีความค่าความเหนียว "ต่ำสุด" ได้หลากหลาย:
• ขอบเขตล่างซึ่งกำหนดไว้ในอดีตและสามารถนำไปใช้กับการเชื่อมได้คือ 27 จูล (J)
• ภายในมาตรฐานส่วนใหญ่ 40J ถูกกำหนดให้เป็นขีดจำกัด
• ความเหนียวเริ่มต้นลดลง 50% บ่อยครั้งเพื่อกำหนดขอบเขตล่าง
ซึ่งหมายความว่าคำแถลงเกี่ยวกับ OT สูงสุดจะต้องเป็นไปตามสมมติฐานที่ตกลงกันไว้อย่างน้อยสามข้อ:
• การเปิดรับอุณหภูมิ-เวลาของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
• ค่าความเหนียวขั้นต่ำที่ยอมรับได้
• ขอบเขตการใช้งานขั้นสุดท้าย (เคมีเท่านั้น โหลดทางกล ใช่/ไม่ใช่ ฯลฯ)
ผสานความรู้เชิงทดลอง
หลังจากการสำรวจข้อมูลและมาตรฐานการทดลองอย่างกว้างขวาง สามารถรวบรวมคำแนะนำสำหรับเกรดดูเพล็กซ์สี่เกรดที่อยู่ระหว่างการทบทวนได้ ดูตารางที่ 3 ควรตระหนักว่าข้อมูลส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากการทดลองในห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการด้วยอุณหภูมิขั้นละ 25 °C .
ควรสังเกตว่าคำแนะนำเหล่านี้อ้างอิงถึงอย่างน้อย 50% ของความเหนียวที่เหลืออยู่ที่ RTเมื่อในตารางระบุว่า "ระยะเวลานานขึ้น" ไม่มีการบันทึกไว้ที่ RT ลดลงอย่างมีนัยสำคัญนอกจากนี้การเชื่อมยังได้รับการทดสอบที่อุณหภูมิ -40 °C เท่านั้นสุดท้ายนี้ ควรสังเกตว่า DX 2304 คาดว่าจะมีเวลาเปิดรับแสงนานขึ้น เมื่อพิจารณาถึงความเหนียวสูงหลังจากการทดสอบ 3,000 ชั่วโมงอย่างไรก็ตาม จะต้องตรวจสอบการรับสัมผัสเพิ่มขึ้นด้วยการทดสอบเพิ่มเติมมากน้อยเพียงใด
มีประเด็นสำคัญสามประการที่ควรทราบ:
• การค้นพบในปัจจุบันระบุว่าหากมีรอยเชื่อม OT จะลดลงประมาณ 25 °C
• การขึ้นอย่างรวดเร็วในระยะสั้น (หลายสิบชั่วโมงที่ T=375 °C) เป็นที่ยอมรับสำหรับ DX 2205 เนื่องจาก DX 2304 และ LDX 2101 เป็นเกรดอัลลอยด์ที่ต่ำกว่า จึงควรยอมรับการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของอุณหภูมิในระยะสั้นที่เทียบเคียงได้เช่นกัน
• เมื่อวัสดุเกิดการเปราะเนื่องจากการสลายตัว การอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 550 – 600 °C สำหรับ DX 2205 และ 500 °C สำหรับ SDX 2507 เป็นเวลา 1 ชั่วโมง จะช่วยฟื้นคืนความเหนียวได้ 70%
เวลาโพสต์: Feb-04-2023