تصميم المواد لـ 700 ℃ أنبوب الغلايات عالية الضغط الفائقة الحرج

تصميم المواد لـ 700 ℃ أنابيب الغلايات عالية الضغط فائقة الضغط

فائقة الحرج (USC) الضغط العالي أنابيب المرجل يجب أن تصمم عملية وضغوط متطرفة من أجل 700 ℃ (عادة ما تتجاوز 27.5 MPA والوصول إلى 700 ℃ أو أعلى). هذه المواد تتطلب استثنائية قوة درجات الحرارة العالية, مقاومة الأكسدة, تآكل مقاومة, و مقاومة الزحف. فيما يلي نظرة عامة على المواد الشائعة الاستخدام لتصميم أنابيب المرجل 700 ℃ USC, خصائصهم, والاعتبارات الرئيسية.

1. مواد شائعة الاستخدام

تعمل أنابيب USC غلاية عادة السبائك المتقدمة القائمة على النيكل, الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي, أو الفولاذ الفيريريتي/مارتينيتي. يعتمد اختيار المواد على شروط تشغيل المكونات مثل الهدية الفائقة أو إعادة التوتر. فيما يلي المواد النموذجية المستخدمة.

1.1 سبائك أساسها النيكل

السبائك القائمة على النيكل هي الخيار المفضل لأنابيب غلاية USC 700 ℃, مقاومة الأكسدة, ومقاومة التآكل في درجات حرارة عالية.

الدرجات النموذجية:
- إنكونيل 617 (الولايات المتحدة N06617): يحتوي على النيكل, الكروم, كوبالت, والموليبدينوم, مناسب لـ 700 ℃ وما فوق, مع مقاومة زحف ممتازة ومقاومة الأكسدة.
- Inconel 740/740H: مصممة خصيصًا لغلايات USC, يحتوي على النيكل, الكروم, كوبالت, والتيتانيوم, تقديم قوة زحف عالية ومقاومة لتآكل رماد الفحم.
- أشابة 263: مناسب لدرجات الحرارة المرتفعة, بيئات الضغط العالي, خاصة بالنسبة للهياكل الملحومة.
التركيبة الكيميائية (مثال Distinel 740H):

عنصر	ني	الجمهورية التشيكية	متوسط	مو	ملحوظة:	منظمة الشفافية الدولية	شركة	Fe	الآخرين
محتوى (%)	توازن	24.0-26.0	19.0-21.0	0.1-0.5	1.5-2.5	1.4-2.0	1.2-1.8	≤2.0	قاصر ج, الاشتراكية الدولية, إلخ.

الخصائص الميكانيكية (و الماء):
- مقاومة الشد: ≥1000 ميجا باسكال (درجة حرارة الغرفة); ≥600 ميجا باسكال (700℃)
- مقاومة الخضوع: ≥700 ميجا باسكال (درجة حرارة الغرفة); ≥400 ميجا باسكال (700℃)
- زحف الحياة: ≥ 100000 ساعة في 700 ℃ تحت 100 إجهاد MPA
تطبيقات: تستخدم في الهدية الفائقة وإعادة الاعتماد في أعلى مناطق درجات الحرارة, قادرة على تحمل الحرارة الشديدة والغازات التآكل (على سبيل المثال, كبريت- أو غازات المداخن التي تحتوي على الكلور).

1.2 الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المتقدمة

الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتيين مناسبة لنطاقات درجات الحرارة المنخفضة قليلاً (600-700 ℃), تقديم مقاومة جيدة للتآكل وسهولة المعالجة, على الرغم من أن مقاومة الزحف أدنى من السبائك القائمة على النيكل.

الدرجات النموذجية:
- سوبر 304H (الولايات المتحدة S30432): يحتوي على 18CR-8ni مع Cu إضافة, ملحوظة:, و n لتحسين قوة درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة.
- HR3C (25CR-20NI-NB-N): الفولاذ أوستنيكي عالي الكروم نيكل مع أكسدة ممتازة ومقاومة للتآكل البخاري.
- TP347HFG: نسخة جيدة الحبيبات من TP347H, مع تحسين مقاومة الزحف.
التركيبة الكيميائية (مثال سوبر 304H):

عنصر	ج	الجمهورية التشيكية	ني	الاتحاد الجمركي	ملحوظة:	N	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن	الاشتراكية الدولية	ص	S
محتوى (%)	0.07-0.13	17.0-19.0	7.5-10.5	2.5-3.5	0.3-0.6	0.05-0.12	≤1.0	≤0.3	≤0.04	.0.01

الخصائص الميكانيكية (و الماء):
- مقاومة الشد: ≥590 ميجا باسكال (درجة حرارة الغرفة); ≥300 ميجا باسكال (700℃)
- مقاومة الخضوع: -235 ميجا باسكال (درجة حرارة الغرفة); ≥150 ميجا باسكال (700℃)
- زحف الحياة: 10,000-00000 ساعة في 700 ℃ تحت 100 إجهاد MPA
تطبيقات: تستخدم في المناطق ذات درجة الحرارة العالية الثانوية للهوال الفائقة, إعادة التوثيق, وخطوط الأنابيب البخارية.

1.3 الفولاذ الفيريريتي/مارتينيتي

يتم استخدام هذه الفولاذ في المناطق التي تقل درجات الحرارة التي تقل عن 650 ℃, تقديم تكاليف أقل من السبائك القائمة على النيكل أو الفولاذ الأوستينيتي, لكن أدائها في 700 ℃ محدود, جعلها مناسبة للمناطق الانتقالية.

الدرجات النموذجية:
- P91 (أستم A335 P91): 9CR-1MO الصلب, مناسبة لبيئات 600-650 ℃.
- P92 (ASTM A335 P92): تعزيز 9CR-2W الصلب مع إضافة ث, ملحوظة:, و ب, تقديم مقاومة زحف أفضل من P91.
- Marbn: فولاذ مارتينيسيوم جديد ثنائي الكروم مع 9-12Cr وأضاف ب, N, تقترب من الحد 700 ℃.
التركيبة الكيميائية (P92 مثال):

عنصر	ج	الجمهورية التشيكية	مو	W	V	ملحوظة:	ب	N	يغطي الأسود الملحوم وغير الملحوم والساخن	الاشتراكية الدولية
محتوى (%)	0.07-0.13	8.5-9.5	0.3-0.6	1.5-2.0	0.15-0.25	0.04-0.09	0.001-0.006	0.03-0.07	0.3-0.6	≤0.5

الخصائص الميكانيكية (و الماء):
- مقاومة الشد: -620 ميجا باسكال (درجة حرارة الغرفة); ≥350 ميجا باسكال (650℃)
- مقاومة الخضوع: ≥440 ميجا باسكال (درجة حرارة الغرفة); ≥200 ميجا باسكال (650℃)
- زحف الحياة: ~ 100،000 ساعة في 650 ℃ تحت 100 إجهاد MPA
تطبيقات: تستخدم في خطوط أنابيب البخار الرئيسية, درجات الحرارة السفلية, أو إعادة التوثيق.

2. اعتبارات التصميم لاختيار المواد

عند تصميم 700 ℃ أنابيب غلايات USC, يجب أن يوازن اختيار المواد بين العوامل التالية:

درجة حرارة التشغيل والضغط:
- المناطق في 700 ℃ وما فوق (على سبيل المثال, محمصات, إعادة التوثيق) إعطاء الأولوية لسبائك النيكل (على سبيل المثال, Inconel 740H).
- 600-700 ℃ يمكن للمناطق استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المتقدمة (على سبيل المثال, سوبر 304H, HR3C).
- يمكن للمناطق التي تقل عن 650 ℃ استخدام P91, P92, أو Marbn.
مقاومة زحف:
- الزحف هو وضع الفشل الأساسي في 700 ℃. توفر السبائك القائمة على النيكل والفولاذ الأوستينيين المتقدمة حياة زحف أطول بكثير من الفولاذ الفيريريتيك.
أكسدة ومقاومة التآكل:
- غازات المداخن عالية الحرارة التي تحتوي على الكبريت أو الكلور تسبب تآكلًا خارجيًا, في حين أن أكسدة جانب البخار هي مصدر قلق. السبائك القائمة على النيكل والفولاذ الأوستينيتيك العالي (على سبيل المثال, HR3C) تتفوق في مقاومة تآكل رماد الفحم وأكسدة البخار.
التكلفة وقابلية المعالجة:
- السبائك القائمة على النيكل مكلفة وصعبة للمعالجة واللحام, مناسبة للمكونات الحرجة عالية الحرارة.
- الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستينيتي و P91/P92 أكثر فعالية من حيث التكلفة وأسهل في اللحام والمعالجة, مثالي للتطبيقات الأوسع.
قابلية اللحام:
- سبائك أساسها النيكل (على سبيل المثال, Inconel 740H) تتطلب عمليات لحام متخصصة ومواد الحشو.
- الفولاذ الأوستنيتي (على سبيل المثال, سوبر 304H) لديك قابلية لحام جيدة ولكن تتطلب التحكم في المنطقة المتأثرة بالحرارة.
- يتطلب P91/P92 معالجة حرارية صارمة وبعد ما بعد الولادة لمنع التكسير.
الاستقرار على المدى الطويل:
- يجب أن تحافظ المواد, تجنب تشكيل المرحلة الهشة (على سبيل المثال, σ المرحلة) أو نمو الحبوب.

3. عملية التصنيع

تعتبر عملية التصنيع لأنابيب USC Loiler 700 ℃ أمر بالغ الأهمية لضمان أداء المواد. الخطوات الرئيسية تشمل:

تصنيع سلس: التداول الساخن أو الرسم البارد يضمن أنابيب خالية من العيوب دون عيوب اللحام.
المعالجة بالحرارة:
- سبائك أساسها النيكل: الحل الصلب (1100-1200 ℃) تليها الشيخوخة لتحسين المراحل المترسبة (على سبيل المثال, ج’ مرحلة).
- الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ: علاج الحل (1050-1150 ℃) لمنع التآكل بين الخلايا.
- الفولاذ الفيريسي/مارتينيسيتي: تطبيع (1050-1100 ℃) وتهدئة (750-800 ℃) لتحقيق الاستقرار في هيكل مارتينيسيتي.
المعالجة السطحية: لقطة تفجير أو التخليل لإزالة مقياس الأكسيد وتعزيز مقاومة التآكل.
أنبوب عازل:
- تحليل التكوين الكيميائي: يضمن الامتثال لـ CR, ني, مو, ومواصفات العناصر الأخرى.
- الاختبارات الميكانيكية: يشمل شد درجة الحرارة العالية, زحف, واختبارات التعب.
- اختبار غير مدمر (الاختبار الإتلافي): الاختبار بالموجات فوق الصوتية والإشعاعية للكشف عن العيوب الداخلية.
- اختبار التآكل ارتفاع درجة الحرارة: يحاكي بيئات الرماد والبخار للفحم للتحقق من مقاومة التآكل.

4. حالات التطبيق النموذجية

مشروع AD700 الأوروبي: مستخدمي الاستخدام 617 و Distinel 740H للهالوانات الفائقة وإعادة التوتر في 700 ℃ غلايات USC, إظهار الاستقرار على المدى الطويل.
برنامج اليابان A-USC: الموظف HR3C و Super 304H للهوانات الفائقة, جنبا إلى جنب مع P92 لمناطق درجات الحرارة السفلى, تحقيق كفاءة عالية وانبعاثات منخفضة.
محطات توليد الطاقة في الصين: تستخدم بعض النباتات HR3C و P92, مع السبائك القائمة على النيكل (على سبيل المثال, Inconel 740H) يتم تبني تدريجيا.

5. خاتمة

يعتمد تصميم 700 ℃ أنابيب الغلايات عالية الضغط الفائقة النحوية في المقام الأول على المواد التالية:

سبائك أساسها النيكل (على سبيل المثال, Inconel 740H, 617): مثالي لأعلى مناطق درجات الحرارة (≥700 ℃), تقديم أفضل مقاومة زحف وتآكل ولكن بتكلفة عالية.
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المتقدمة (على سبيل المثال, سوبر 304H, HR3C): مناسبة للمناطق 600-700 ℃, توفير توازن فعال من حيث التكلفة مع مقاومة الأكسدة الجيدة.
الفولاذ الفيريريتي/مارتينيتي (على سبيل المثال, P91, P92): تستخدم في المناطق أقل من 650 ℃, فعالة من حيث التكلفة ولكن محدودة في الأداء درجات الحرارة العالية.

يجب أن ينظر اختيار المواد في درجة حرارة محددة, الضغط, بيئة التآكل, وقيود التكلفة. تعد عمليات التصنيع الصارمة ومراقبة الجودة ضرورية لضمان أداء الأنابيب. السبائك القائمة على النيكل هي الاتجاه المستقبلي لـ 700 ℃ وفوق غلايات USC, في حين أن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتيين والفولاذ المارتينيتيك لا يزالون حاسبين للمناطق الانتقالية.