مقاومت در برابر خوردگی لوله های فولادی آلیاژی: آلیاژسازی، PREN و انتخاب

چه چیزی یک لوله فولادی آلیاژی را در برابر خوردگی مقاوم می کند

لوله فولادی آلیاژی دو خانواده وسیع را پوشش می دهد. لوله های کم آلیاژ، مانند گریدهای کروم مولیبدن در ASTM A335 و GB/T 5310، عمدتاً برای استحکام دمای بالا و خدمات هیدروژنی طراحی شده اند، با محتوای کل آلیاژ معمولاً کمتر از پنج درصد. لوله های آلیاژی بالا و ضد زنگ، از جمله گریدهای آستنیتی در ASTM A312 و گریدهای دوبلکس در ASTM A790، برای تشکیل یک لایه غیرفعال پایدار به کروم در یا بالاتر از تقریباً یازده درصد متکی هستند. در هر دو خانواده، رفتار خوردگی توسط شیمی لایه سطحی تعیین می شود، نه با استحکام مکانیکی.

کروم عنصر کلیدی است. با اکسیژن واکنش می دهد و یک لایه نازک اکسید کروم خود ترمیم شونده تشکیل می دهد که فولاد را از محیط جدا می کند. نیکل ساختار آستنیتی را تثبیت می کند و مقاومت را در محیط های کاهنده و قلیایی ملایم بهبود می بخشد، در حالی که مولیبدن به طور قابل توجهی مقاومت در برابر حمله حفره ای و شکاف را در محیط های حاوی کلرید بهبود می بخشد. نیتروژن، تیتانیوم و نیوبیم برای تثبیت بیشتر یا مقاومت در برابر حمله بین دانه ای اضافه می شوند.

درجه بندی مقاومت: محتوای PREN و آلیاژ

عدد معادل مقاومت حفره ای روش پذیرفته شده برای مقایسه مقاومت کلرید در بین گریدها است. محاسبه می شود که PREN برابر با محتوای کروم به اضافه 3.3 برابر محتوای مولیبدن به علاوه 16 برابر محتوای نیتروژن است، همه در درصد جرمی. گریدهایی با تعداد بالاتر سطوح کلرید بالاتر و دمای بالاتر را قبل از شروع حفره‌گذاری تحمل می‌کنند و همین شاخص هنگام انتخاب درجه برای جریان‌های فرآیند آب دریا یا کلرید استفاده می‌شود.

اشکال خوردگی که در عمل اهمیت دارند

خوردگی یکنواخت، توسط محتوای آلیاژ و ماهیت اکسید کننده یا کاهش دهنده محیط کنترل می شود.

خوردگی حفره ای و شکافی که توسط کلرید و شرایط راکد تحت واشرها، رسوبات و پاشش جوش ایجاد می شود.

خوردگی بین دانه‌ای، ناشی از بارش کاربید کروم در محدوده دمایی حساس‌کننده درجه‌های آستنیتی ناپایدار، و با کربن کم یا گریدهای تثبیت شده اجتناب می‌شود.

ترک خوردگی تنشی، که توسط کلریدها و تنش کششی در دمای بالا در درجه‌های آستنیتی ایجاد می‌شود، و با گریدهای دوبلکس و مولیبدن بالا بهتر مقاومت می‌کند.

خوردگی گالوانیکی در انتقال بین آلیاژهای غیر مشابه، با عایق بندی صحیح و با کوچک نگه داشتن نسبت سطح کاتد به آند مدیریت می شود.

خوردگی فرسایش، که در آن سرعت جریان بالا فیلم محافظ را از بین می برد، که با محدود کردن سرعت برای درجه انتخاب شده کنترل می شود.

انتخاب و پردازش نمره مناسب

انتخاب از محیط شروع می شود: ترکیب، سطح کلرید، فشار جزئی سولفید هیدروژن، دما، سرعت جریان و وجود مناطق راکد. برای خدمات سولفید هیدروژن مرطوب، ISO 15156 خانواده‌های آلیاژی و محدودیت‌های سختی قابل قبول را بر اساس منطقه تعیین می‌کند، و درجه باید با این محدودیت‌ها مطابقت داشته باشد نه اینکه صرفاً بر اساس استحکام انتخاب شود. برای خدمات هیدروژن و بخار با دمای بالا، گریدهای کروم مولیبدن در ASTM A335 بر اساس دمای طراحی انتخاب می‌شوند و درجات کروم بالاتر با افزایش دما استفاده می‌شوند.

پردازش همچنین بر عملکرد خوردگی تأثیر می گذارد. لوله ضد زنگ باید با پرکننده همسان یا روی آلیاژ جوش داده شود، با حرارت ورودی کنترل شده برای جلوگیری از ایجاد حساسیت، و ناحیه جوش و گرما باید از رنگ حرارتی تمیز شود، سپس ترشی و غیرفعال شود تا فیلم غیرفعال بازسازی شود. لوله کروم مولیبدن به پیش گرمای کنترل شده و عملیات حرارتی پس از جوش طبق روش واجد شرایط نیاز دارد تا از مناطق تحت تأثیر حرارت سخت و حساس به ترک جلوگیری شود. لوله تمام شده باید در هنگام ذخیره سازی و جابجایی از آلودگی فولاد کربنی محافظت شود، زیرا ذرات آهن جاسازی شده به محل شروع حفره تبدیل می شوند.

سوالات متداول

س: کدام عنصر بیشتر از حفره شدن در لوله فولادی آلیاژی جلوگیری می کند؟
مولیبدن. این فیلم غیرفعال را در محیط های حاوی کلرید تثبیت می کند، به همین دلیل است که بالاترین وزن را در عدد معادل مقاومت حفره ای بعد از نیتروژن دارد.

س: چرا لوله ضد زنگ آستنیتی در سرویس کلرید داغ ترک می خورد؟
کلریدها به علاوه تنش کششی در دمای بالا باعث ایجاد ترک خوردگی تنشی در گریدهای آستنیتی می شوند. گریدهای مولیبدن دوبلکس یا بالاتر، یا دمای عملیاتی پایین تر، راه حل های معمول هستند.

س: چه چیزی باعث خوردگی بین دانه ای پس از جوشکاری می شود؟
بارش کاربید کروم در محدوده دمایی حساس کننده کروم را از مرزهای دانه حذف می کند. گریدهای کربن پایین یا گریدهای تثبیت شده با تیتانیوم و نیوبیوم، در مواردی استفاده می شود که جوشکاری در آن محدوده انجام شود.

س: آیا لوله های کروم مولیبدن کم آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی هستند؟
آنها در برابر اکسیداسیون دمای بالا و حمله هیدروژنی به جای خوردگی آبی مقاومت می کنند. در سرویس مرطوب یا اسیدی به جای آن یک درجه ضد زنگ یا دوبلکس مورد نیاز است.

س: لوله های ضد زنگ چگونه باید بعد از جوشکاری تمیز شوند؟
رنگ حرارتی و آهن جاسازی شده را بردارید، سپس محل اتصال را ترشی و غیرفعال کنید تا فیلم اکسید کروم کاملاً اصلاح شود. ابزارهای فولاد کربنی و چرخ های سنگ زنی هرگز نباید روی سطوح ضد زنگ استفاده شوند.