Hợp kim 31 Nhiệt độ rỗ tới hạn của dữ liệu PREN và CPT cho các ứng dụng clorua nặng

Khi hợp kim ổ trục không gỉ hoặc niken- bị hỏng trên thực tế, nó hầu như luôn cục bộ: một vết rỗ, một vết nứt ở kẽ hở, sự mất thành phần không đồng đều.Hợp kim 31 (UNS N08031)tồn tại vì chất siêu austenit 6-molypden tiêu chuẩn không phải lúc nào cũng đủ cho môi trường clorua tồi tệ nhất trong dịch vụ khử lưu huỳnh trong dầu khí, nước biển và khí thải.

Hướng dẫn này trả lời các câu hỏi quan trọng nhất khi chỉ định Hợp kim 31: Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN) và Nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT) thực sự là gì, chúng so sánh như thế nào với các hợp kim khác và điều đó có ý nghĩa gì đối với thiết bị thực. Mỗi phần đưa ra câu trả lời trực tiếp trước, sau đó là dữ liệu hỗ trợ và lý luận.

Bài học chính

Hợp kim 31 (UNS N08031) có PREN khoảng 52–53, tính từ 26–28% crom, 6,0–7,0% molypden và 0,15–0,25% nitơ.

Nhiệt độ rỗ tới hạn của hợp kim 31, được đo theo tiêu chuẩn ASTM G48 Phương pháp A trong dung dịch clorua sắt, được báo cáo ở mức 85 độ (185 độ F), cao nhất trong nhóm so sánh bao gồm 316, 317, 904L và AL-6XN.

Khả năng chống ăn mòn cục bộ của Hợp kim 31 vượt quá Hợp kim 28 và Hợp kim 825, đồng thời nhiệt độ ăn mòn CPT và kẽ hở của nó nằm trong cùng phạm vi với hợp kim gốc niken-625.

Hợp kim 31 chống lại cả axit khử (lưu huỳnh) và axit oxy hóa (nitric) và hoạt động tốt trong nước biển nóng, đó là lý do tại sao nó được chỉ định cho dịch vụ dầu khí chua, khử lưu huỳnh khí thải và thiết bị hàng hải và ngoài khơi.

PREN là một công cụ sàng lọc hữu ích, nhưng CPT và CCT (Nhiệt độ ăn mòn kẽ hở tới hạn) được coi là các chỉ số đáng tin cậy hơn về khả năng chống ăn mòn cục bộ-trong thế giới thực và cần được kiểm tra dựa trên ứng dụng cụ thể của bạn.

Hợp kim 31 là gì và tại sao PREN của nó lại quan trọng?

Hợp kim 31 là hợp kim niken-crom{2}}molypden austenit được phát triển đặc biệt để đẩy khả năng chống ăn mòn cục bộ vượt quá tiêu chuẩn siêu austenit 6-molybdenum và PREN cao của nó là tín hiệu bằng số về khả năng chống lại sự tấn công rỗ và kẽ hở bổ sung trong môi trường clorua.

Hợp kim 31 (còn được bán dưới tên Nicrofer 3127hMo, các biến thể đã được đăng ký nhãn hiệu như ATI 31 và được chỉ định là UNS N08031 hoặc EN 1.4562) được phát triển bằng cách tăng hàm lượng molypden lên khoảng 6,5% và thêm khoảng 0,2% nitơ vào thành phần loại hợp kim 28{11}}. Sự kết hợp đó đẩy crom và molypden đến gần mức cao nhất mà vẫn phù hợp với cấu trúc hoàn toàn austenit, khiến nó được gắn nhãn không chính thức là "hợp kim 6 Mo tiên tiến". PREN, Số Tương đương Độ chống rỗ, là một công thức sàng lọc được sử dụng rộng rãi để ước tính khả năng chống rỗ của hợp kim chỉ dựa vào thành phần hóa học của nó; PREN cao hơn thường có nghĩa là khả năng chống rỗ do clorua{12}}gây ra tốt hơn, đây là dạng hư hỏng phổ biến nhất trong dịch vụ axit, nước biển và khí thải.

Thành phần hóa học của hợp kim 31 là gì?

Ưu điểm PREN của Hợp kim 31 đến trực tiếp từ thành phần của nó: 26–28% crom, 6,0–7,0% molypden, 30–32% niken và 0,15–0,25% nitơ, tất cả đều cao hơn siêu austenit 6 moly tiêu chuẩn.

Giá trị PREN của Hợp kim 31 là gì và nó được tính như thế nào?

PREN của hợp kim 31 là khoảng 52–53, nằm trong số cao nhất trong số các hợp kim không gỉ austenit có bán trên thị trường, được tính bằng công thức tiêu chuẩn PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N.

PREN là một số sàng lọc dựa trên hóa học-được đơn giản hóa nhưng được sử dụng rộng rãi. Sử dụng thành phần tầm trung điển hình của Hợp kim 31 (27% Cr, 6,5% Mo, 0,2% N):

PREN=27 + (3,3 × 6,5) + (16 × 0,2)=27 + 21.5 + 3.2 ≈ 52

Các giá trị được công bố độc lập cho Hợp kim 31 nằm trong khoảng từ 52 đến 53, phù hợp với tính toán này. Để so sánh, thép không gỉ 316 tiêu chuẩn có PREN gần 24, 317 gần 30, 904L gần 36 và hợp kim 6 moly AL-6XN gần 45. PREN của Hợp kim 31 nằm cao hơn tất cả chúng, đó là lời giải thích bằng số cho lý do tại sao nó được chỉ định khi những hợp kim đó không được đánh giá là đủ để tiếp xúc với clorua liên quan.

Nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT) của Hợp kim 31 là gì và nó so sánh với các hợp kim khác như thế nào?

Nhiệt độ rỗ tới hạn của Hợp kim 31, được thử nghiệm theo ASTM G48 Phương pháp A trong dung dịch clorua sắt, được báo cáo ở mức 85 độ (185 độ F) -, mức cao nhất trong bộ so sánh đã công bố bao gồm 316, 317, 904L và AL-6XN, đồng thời nó cũng vượt quá CPT của Hợp kim 28 và Hợp kim 825.

CPT là nhiệt độ trên đó sự ăn mòn rỗ bắt đầu trong thử nghiệm ngâm clorua sắt đã tiêu chuẩn hóa; CPT cao hơn có nghĩa là hợp kim không bị rỗ-ở điều kiện nóng hơn, ăn mòn hơn. Trong một số ứng dụng, CPT và CCT (Nhiệt độ ăn mòn kẽ hở tới hạn) được coi là các chỉ số chính xác hơn về khả năng chống ăn mòn trong thực tế- so với chỉ riêng PREN vì chúng đến từ thử nghiệm ăn mòn trực tiếp chứ không phải là công thức dựa trên thành phần-.

Ý nghĩa thực tế là trực tiếp: Hợp kim 31 có thể được chỉ định trong điều kiện nóng, giàu clorua-trong đó hợp kim PREN-thấp hơn dự kiến ​​sẽ bị hỏng mà không chuyển sang giá thành cao hơn của hợp kim gốc hoàn toàn niken-như 625 trong nhiều dịch vụ.

Hợp kim 31 hoạt động như thế nào trong nước biển chứa clorua{1}}?

Hợp kim 31 chống rỗ trong nước biển nóng lên tới khoảng 90 độ (194 độ F) và vượt trội hơn các loại không gỉ 6 moly tiêu chuẩn về khả năng chống ăn mòn kẽ hở trong điều kiện nước biển clo hóa thực tế, khiến nó trở thành ứng cử viên sáng giá cho thiết bị hàng hải và ngoài khơi.

Trong thử nghiệm nước biển nóng, khả năng rỗ của Hợp kim 31 vẫn cao tới khoảng 90 độ (194 độ F). Thử nghiệm ăn mòn kẽ hở đại diện-tại hiện trường trong nước biển tự nhiên của Biển Bắc và Biển Baltic cho thấy các điều kiện ngưỡng của Hợp kim 31, khoảng 40 độ với 1 phần triệu clo dư, một sản phẩm phụ khử trùng phổ biến trong hệ thống nước làm mát, rõ ràng là vượt trội so với loại không gỉ 6{15}}moly tiêu chuẩn đang được sử dụng vào thời điểm đó. Thử nghiệm lắp ráp nhiều kẽ hở trong nước biển được lọc ở nhiệt độ 30 độ ({11}} độ F) trong tối đa 60 ngày cũng cho thấy khả năng chống lại sự tấn công của kẽ hở tốt. Những kết quả này là lý do tại sao Hợp kim 31 được sử dụng trong các bộ trao đổi nhiệt, đường ống và máy bơm làm mát bằng nước biển trong các công trình lắp đặt trên biển và ngoài khơi.

Hợp kim 31 hoạt động như thế nào trong axit sunfuric, nitric, photphoric và hydrochloric?

Hợp kim 31 chống lại cả axit khử như axit sulfuric và axit oxy hóa như axit nitric, phạm vi rộng bất thường đối với một hợp kim và hoạt động tốt trong axit photphoric lên đến khoảng 120 độ (250 độ F), mặc dù khả năng chống axit clohydric của nó bị giới hạn ở nồng độ thấp gần nhiệt độ phòng.

Khả năng chống lại axit khử và axit oxy hóa kép này là không bình thường: nhiều hợp kim được tối ưu hóa cho một mặt của sự phân chia và đấu tranh đó ở mặt kia. Đó là một lý do khiến Hợp kim 31 được chỉ định trong các luồng quy trình-axit hỗn hợp và có tính biến đổi cao.

Hợp kim 31 so sánh với hợp kim cơ bản-niken 625 như thế nào?

Hợp kim 31 đạt được khả năng chống ăn mòn cục bộ tương đương và theo một số thử nghiệm ASTM G48 cho kết quả tốt hơn hợp kim gốc niken-cao cấp 625, trong khi vẫn là hợp kim austenit-niken thấp hơn, thường tiết kiệm chi phí hơn-.

Bởi vì Hợp kim 31 hoàn toàn là austenit với khoảng 30–32% niken, thay vì hợp kim gốc niken-với niken là thành phần chính, nên nó thường có giá thấp hơn Hợp kim 625 trong khi vẫn cung cấp các giá trị CPT và CCT trong phạm vi tương tự và khả năng chống ăn mòn cục bộ đã được báo cáo là vượt trội so với Hợp kim 625 trong các so sánh cụ thể của ASTM G48. Điều này làm cho Hợp kim 31 trở thành một nền tảng hấp dẫn: khả năng chống ăn mòn cục bộ tốt hơn đáng kể so với siêu austenit 6{10}moly tiêu chuẩn, ở mức chi phí thấp hơn hợp kim gốc hoàn toàn bằng niken{11}}cho nhiều ứng dụng có hàm lượng clorua cao.

Ứng dụng nào yêu cầu CPT cao của Hợp kim 31?

Hợp kim 31 được chỉ định ở bất cứ nơi nào mà clorua, nhiệt độ hoặc mức độ nghiêm trọng của axit sẽ tạo thành hố hoặc kẽ hở-tấn công thép không gỉ siêu austenit tiêu chuẩn -, chủ yếu là dịch vụ chua dầu khí, khử lưu huỳnh trong khí thải, thiết bị hàng hải và ngoài khơi, nhà máy xử lý hóa chất cũng như tẩy trắng giấy và bột giấy.

• Sản xuất dầu khí: đủ tiêu chuẩn theo NACE MR0175/ISO 15156 lên đến Cấp VI cho dịch vụ chua (có chứa H2S{3}}, có khả năng chống nứt do ứng suất sunfua và nứt do ăn mòn ứng suất clorua tốt ngay cả ở mức cường độ cao.
• Khử lưu huỳnh trong khí thải (FGD): môi trường lọc khí nóng, có tính axit, clorua đậm đặc-trong các nhà máy điện.
• Thiết bị hàng hải và ngoài khơi:-bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước biển, đường ống và các bộ phận tiếp xúc với nước biển được khử trùng bằng clo.
• Xử lý hóa chất và hóa dầu: các dòng axit-hỗn hợp và thiết bị tiếp xúc với cả điều kiện khử và oxy hóa.
• Bột giấy và giấy: khả năng chống chịu tuyệt vời với phương tiện tẩy trắng bằng clo dioxide.

Những tiêu chuẩn và hình thức sản phẩm nào bao gồm hợp kim 31?

Hợp kim 31 được bao phủ bởi một bộ thông số kỹ thuật ASTM và ASME đã được thiết lập trên tấm, tấm, dải, thanh, dây và phụ kiện, cùng với các chỉ định của NACE và Châu Âu, hỗ trợ các ứng dụng dịch vụ bình chịu áp lực và{1}}chuẩn chua.

Bạn nên chọn hợp kim nào dựa trên CPT bắt buộc?

So khớp CPT và CCT đã được thử nghiệm của hợp kim với nhiệt độ và mức tiếp xúc clorua cao nhất thực tế trong quy trình của bạn, có biên độ, thay vì đặt mặc định ở cấp độ quen thuộc nhất hoặc sẵn có nhất.

Bất cứ khi nào có thể, hãy xác nhận quyết định bằng thử nghiệm ASTM G48 trong dung dịch và nhiệt độ đại diện cho quy trình thực tế của bạn, vì các giá trị CPT được công bố đến từ thử nghiệm clorua sắt được tiêu chuẩn hóa có thể không sao chép chính xác thành phần hóa học, tốc độ dòng chảy hoặc hình dạng kẽ hở của bạn.

Câu hỏi thường gặp

PREN của Hợp kim 31 là gì?

Khoảng 52 đến 53, được tính từ hàm lượng crom, molypden và nitơ bằng công thức PREN=%Cr + 3.3 × %Mo + 16 × %N.

Nhiệt độ rỗ tới hạn của hợp kim 31 là bao nhiêu?

CPT của Hợp kim 31, được thử nghiệm theo ASTM G48 Phương pháp A trong dung dịch clorua sắt, được báo cáo ở 85 độ (185 độ F), cao nhất trong số 316, 317, 904L và AL-6XN trong các so sánh đã công bố.

Hợp kim 31 có tốt hơn Hợp kim 625 không?

Trong một số so sánh ăn mòn cục bộ theo tiêu chuẩn ASTM G48, Hợp kim 31 hoạt động tương đương hoặc tốt hơn hợp kim gốc niken-625, trong khi thường có giá thấp hơn vì đây là hợp kim austenit hoàn toàn chứ không phải là hợp kim{{4}niken đa số.

Hợp kim 31 có thể được sử dụng trong dịch vụ dầu khí chua không?

Đúng. Hợp kim 31 đạt tiêu chuẩn NACE MR0175/ISO 15156 lên đến Cấp VI và cho thấy khả năng chống nứt do ứng suất sunfua và nứt do ăn mòn ứng suất clorua tốt, ngay cả ở mức cường độ cao.

PREN hay CPT quan trọng hơn khi lựa chọn hợp kim?

PREN là một ước tính sàng lọc nhanh chóng, hữu ích chỉ dựa trên hóa học. CPT và CCT đến từ thử nghiệm ăn mòn thực tế và thường được coi là các chỉ số đáng tin cậy hơn về khả năng chống rỗ và kẽ hở trong thực tế, vì vậy cả hai nên được xem xét cùng nhau.

Hợp kim 31 được làm từ gì?

Nó là một hợp kim austenit gồm khoảng 30–32% niken, 26–28% crom, 6,0–7,0% molypden, 1,0–1,4% đồng và 0,15–0,25% nitơ, với lượng sắt cân bằng, được đăng ký là UNS N08031.