Kako postupak formiranja bešavne cijevi od dupleksa čelika rješava problem korozije izmjenjivača topline?

U području izmjenjivača topline tradicionalne zavarene čelične cijevi s dupleksom odavno su mučile intergranularnu koroziju uzrokovanu zonom zahvaćenom toplinom (HAZ). Suština ovog fenomena je da lokalna visoka temperatura (1000-1350 ℃) tijekom zavarivanja uzrokuje difuziju ugljikovih i dušičnih elemenata u dupleksnom čeliku, tvoreći zonu siromašne kroma (sadržaj Cr <12%) na sučelju između faze Austenita i faze ferita, koji za korrovitni metak postaje proboj. Dupleksni čelični izmjenjivač topline bešavne cijevi eliminira ovu skrivenu opasnost od izvora materijala koji se formira kroz inovaciju vrućih ekstruzija i procesa liječenja centrifugalnim liječenjem, pružajući novu paradigmu za dugoročni rad opreme u korozivnim uvjetima.

Jezgra proizvodnje dupleks čelik bešavne cijevi leži u preciznoj kontroli polja temperature i naprezanja. U postupku vruće ekstruzije, greda prolazi kroz poseban matricu (brzina deformacije 0,1-10 mm/s) u rasponu od 850-1150 ℃, a tvori jednolične ekvializirane kristale (veličina zrna 8-15 μm) pod djelovanjem dinamičke rekristalizacije (DRX). Tijekom ovog postupka, unutarnja gustoća dislokacije materijala je čak 10¹²/m², što osigurava pokretačku silu za migraciju granice faze austenita/ferita i stabilizira omjer dvostruke faze na 45: 55 ± 3%. U usporedbi s postupkom zavarivanja, ne postoji lokalna zona pregrijavanja u postupku vruće ekstruzije, a koeficijent difuzije kroma smanjuje se za dva reda veličine.

Tehnologija centrifugalnog lijevanja ostvaruje usmjereno očvršćivanje rastaljenog metala kroz polje centrifugalne sile (100-200G). Pri temperaturi lijevanja od 1450 ℃, dvofazna čelična talina tvori stupnu kristalnu strukturu u rotirajućem bakrenom kalupu (brzina 800-1200rpm), a njegov primarni razmak dendrita (PDAS) se kontrolira unutar 30 µM. Ključni parametri procesa uključuju kontrolu nadmašivanja (ΔT = 15-25k) i brzinu hlađenja plijesni (> 100 ℃/s), osiguravajući da se feritna faza preferirano nukleati na zidu kalupa i faza austenita jednoliko na kraju otkida.

Lamelarna dvofazna struktura (lamelarni razmak 0,5-2 μm) nastala tijekom postupka formiranja bešavne cijevi ima jedinstveni mehanizam zaštite od korozije. U mediju koji sadrži CL⁻, austenit (γ faza) predstavlja kostur pasivacijskog filma kao elektrokemijski inertnu fazu, a ferit (α faza) preferirano se otapa kao anoda, ali gradijent koncentracije CR elementa (Δ [Cr] = 3-5WT%u međuprostoru. XPS analiza pokazuje da ova dinamička ravnoteža održava debljinu površinskog CR₂O₃ filma na 4-6nm, učinkovito blokirajući prodor korozivnih medija.

Tijekom toplinskog ciklusa, dvofazna struktura bešavne cijevi pokazuje izvrsnu žilavost transformacije faze. Kad se temperatura raste iznad točke MS (oko -40 ℃), dio austenita prolazi martenzitsku transformaciju faze (ε → α '), a volumen se širi za oko 3%. Ova reverzibilna fazna transformacija (ΔV = 0,02) može apsorbirati toplinski stres i inhibirati pokretanje pukotina umora. Eksperimenti pokazuju da se nakon 2000 puta od -40 ℃ → 350 ℃ toplinskog udara, površinska hrapavost RA bešavne cijevi povećava samo za 0,12 μm, dok zavarena cijev ima očite mikropukotine zbog zamljenja HAZ -a.

Analizom elektrokemijske impedance spektroskopije (EIS), otpor polarizacije (RP) bešavnih cijevi u otopini od 3,5 wt% NaCl dosegao je 1,2 × 10 ω · cm², što je 40% veće od one zavarenih cijevi. U kritičnom testu temperature (CPT), bešavna cijev ostala je pasivna u otopini 4MOL/L FECL₃ na 85 ° C, dok je zavarena cijev pokazala stabilno pitting na 65 ° C. To je zbog uklanjanja zone osjetljivosti HAZ-a bešavnom strukturom (širina zone oborina karbida smanjena je s 20-50 μm zavarene cijevi na 0).

U eksperimentu pucanja korozije (SCC), metoda savijanja u četiri točke korištena je za primjenu zateznog napona od 80% čvrstoće prinosa. Nakon uranjanja u ključajuću otopinu Mgcl₂ za 3000H, brzina rasta pukotina bešavne cijevi bila je DA/DT = 5 × 10⁻ tempera/s, što je bila dva reda magnitude niže od zavarene cijevi. Mikroskopski mehanizam je da ujednačena dvofazna struktura bešavne cijevi povećava gustoću zamke vodika (dislokacija, fazna granica) za 3 puta, učinkovito bilježeći difuzne atome vodika.

Trenutačno istraživanje usredotočeno je na granični inženjering faze nano-skale: dodavanjem količina u tragovima NB i TI elemenata (0,1-0,3WT%), karbidi MC-tipa (veličina 5-20Nm) formiraju se na dvofaznom sučelju kako bi se dodatno povećala učinak zamke vodika. Razviti gradijentnu strukturu bešavnu cijev (vanjski zid bogat austenitom za otpor erozije, unutarnji zid bogat feritom za otpornost na koroziju) i postići gradijent sastava kontrolirajući postupak očvršćivanja elektromagnetskim miješanjem.