1. V: Kaj je UNS N06002 in kakšna je njegova glavna razlika v družini superzlitin-na osnovi niklja?
O: UNS N06002, splošno znan po trgovskem imenu Hastelloy X, je zlitina niklja-kroma-železa-molibdena. Za razliko od mnogih drugih nikljevih zlitin, ki so optimizirane izključno za odpornost proti koroziji v vodi, je UNS N06002 superzlitina, utrjena s trdno-raztopino, zasnovana predvsem za visoko-temperaturno trdnost in odpornost proti oksidaciji.
Njegova glavna razlika je dvojna-namenska kemija:
Nikelj (ravnotežje): Zagotavlja stabilno avstenitno matriko in odpornost na naogljičenje.
Krom (20,5–23,0 %): Zagotavlja izjemno odpornost proti oksidaciji in sulfidaciji pri temperaturah do 1200 stopinj (2200 stopinj F).
Molibden (8,0–10,0 %): Zagotavlja krepitev trdne-raztopine in odpornost na redukcijska okolja pri povišanih temperaturah.
Železo (17,0–20,0 %): več kot pri večini zlitin serije C-; prispeva k stroškovni-učinkovitosti in metalurški stabilnosti, hkrati pa ohranja visoko{4}}temperaturne lastnosti.
Kobalt (0,5–2,5 %): prisoten v nadzorovanih količinah; povečuje odpornost proti lezenju.
Za razliko od N10276 (C-276), ki je korozijska zlitina, ki se uporablja pri temperaturah okolice, N06002 ohranja uporabne mehanske lastnosti pri temperaturah nad 1000 stopinj. Običajno ni določeno za mokro klorovodikovo kislino; namesto tega je izbrani material za zgorevalne komore plinskih turbin, komponente industrijskih peči in kemične procesne reaktorje, ki delujejo pri rdeči vročini.
2. V: Kakšne so ključne zahteve glede mehanskih lastnosti za ploščo UNS N06002 po ASTM B435 in kako se te lastnosti spremenijo pri povišanih temperaturah?
O: V skladu z ASTM B435 (standardna specifikacija za ploščo iz zlitine niklja-kroma-molibdena-železa) so zahteve za mehanske lastnosti pri sobni temperaturi za UNS N06002 v stanju žarjenega v raztopini:
| Lastnina | Zahteva |
|---|---|
| Natezna trdnost | Najmanj 690 MPa (100 ksi) |
| Meja tečenja (0,2 % odmik) | Najmanj 283 MPa (41 ksi) |
| Raztezek (v 2 in./50 mm) | Najmanj 30 % |
Zmogljivost pri povišani temperaturi:
Prava vrednost N06002 se pokaže pri povišanih temperaturah:
Odpornost proti lezenju: pri 815 stopinjah (1500 stopinj F) ima N06002 življenjsko dobo proti lezenju približno 100 ur pri 69 MPa (10 ksi). To daleč presega nerjavna jekla 304H in 310S, zaradi česar je primerno za-nosilne komponente pri ekstremnih temperaturah.
Odpornost proti oksidaciji: Zaradi 22 % vsebnosti kroma in manjših dodatkov silicija in mangana tvori N06002 počasi-rastočo, sprijeto oblogo Cr₂O₃. Možna je neprekinjena uporaba na zraku pri 1200 stopinjah s sprejemljivimi stopnjami izgube kovine.
Termična stabilnost: Dolgotrajna izpostavljenost pri 540–760 stopinjah lahko povzroči obarjanje karbidov in intermetalnih faz (predvsem μ faze). To obarjanje poveča natezno trdnost, vendar zmanjša duktilnost in udarno žilavost. Za kritične rotirajoče komponente v plinskih turbinah je treba to vedenje staranja upoštevati pri ocenah življenjskega cikla.
Toplotna utrujenost: N06002 kaže odlično odpornost proti toplotni utrujenosti zaradi relativno nizkega koeficienta toplotnega raztezanja (v primerjavi z avstenitnimi nerjavnimi jekli) in visoke toplotne prevodnosti.
3. V: Kako se varilna metalurgija UNS N06002 razlikuje od standardnih avstenitnih nerjavnih jekel in katere dodajne kovine so potrebne?
O: Metalurgija varjenja N06002 se razlikuje od nerjavnih jekel zaradi visoke vsebnosti molibdena in popolnoma avstenitne strukture strjevanja.
Ključni metalurški vidiki:
Odpornost proti vročim razpokam: Za razliko od popolnoma avstenitnih nerjavnih jekel (npr. 310S), ki so zelo dovzetna za vroče razpoke, N06002 kaže dobro odpornost na mikrorazpoke. To se pripisuje nadzorovanim nivojem manjših elementov (silicija, mangana, ogljika) in odsotnosti pomembnega ločevanja bora ali fosforja.
Brez tvorbe feritov: za razliko od nerjavnih jekel 304/316 N06002 ne vsebuje feritnih stabilizatorjev (titan, niobij) in se strdi kot 100 % avstenit. Inšpektorji za varjenje ne morejo uporabljati meritev magnetnega ferita za preverjanje kakovosti zvara.
Izločanje karbida: med varjenjem se lahko -karbidi, bogati s kromom (M₂₃C₆), izločajo v območju izpostavljenosti toploti- pri 650–900 stopinjah. Vendar pa je za uporabo pri visokih-temperaturah ta precipitacija pogosto koristna, saj zagotavlja sekundarno ojačitev. Za uporabo vodne korozije (redko za to zlitino) bi bilo potrebno žarjenje v raztopini po varjenju.
Priporočila za polnilno kovino:
Ustrezna dodajna kovina je ERNiCrMo-2 (AWS A5.14). To polnilo ohranja kritično ravnovesje kroma, molibdena in železa, ki je potrebno za trdnost pri visokih temperaturah.
Za različne zvare:
Za nerjavno jeklo: ERNiCrMo-2 je še vedno prednostna.
Za ogljikovo jeklo: ERNiCr-3 (Inconel 82/182) se pogosto uporablja za prilagajanje redčenja.
Za C-276: Izbere se lahko ERNiCrMo-4, čeprav je sprejemljiv ERNiCrMo-2.
Varilni parametri:
Postopek: prednostna sta GTAW (TIG) in GMAW (MIG). SAW je možen, vendar zahteva posebej oblikovane tokove.
Vnos toplote: zmeren (1,0–2,5 kJ/mm). Previsok vnos toplote spodbuja grobljenje zrn in izločanje karbida preko-.
Interpass Temperature: največ 100 stopinj (212 stopinj F) se priporoča za nadzor toplotne izpostavljenosti.
4. V: V katerih specifičnih visokotemperaturnih-industrijskih okoljih je plošča UNS N06002 določena namesto nerjavečega jekla 310S ali Inconel 600?
O: UNS N06002 je določen za 310S (25/20 nerjavno jeklo) in Inconel 600 (N06600) v okoljih, ki združujejo visoko temperaturo z agresivno plinasto korozijo ali ciklično termično in mehansko obremenitev.
Posebne aplikacije:
Zgorevalne komore za plinske turbine: N06002 je podedovan material za zgorevalne komore za letala in industrijske plinske turbine. Prekaša 310S zaradi vrhunske trdnosti lezenja pri 900 stopinjah + in odpornosti na toplotno utrujenost zaradi ponavljajočih se ciklov vžiga. Inconel 600, čeprav je močan, trpi zaradi sulfidacijskega napada v onesnaževalcih goriva; Višja vsebnost kroma v N06002 zagotavlja boljšo odpornost proti sulfidaciji.
Dušilci in retorte v industrijskih pečeh: V pečeh za svetlo žarjenje trakov iz nerjavečega jekla mora dušilec vzdržati notranjo vodikovo atmosfero in produkte zunanjega zgorevanja. 310S prekomerno polzi pri 1100 stopinjah. N06002 ohranja obliko in je odporen na naogljičenje zaradi krekiranih ogljikovodikov.
Komponente za pirolizo etilena (parni kreker): Medtem ko je Incoloy 800H standard, je N06002 določen za ekstremno vroče točke ali za cevne plošče in prenosne linije, ki zahtevajo višjo trdnost od 800H pri 1000–1100 stopinjah.
Gorilniki za dušikovo kislino: Pri proizvodnji dušikove kisline z izgorevanjem amoniaka so platinaste-rodijeve katalizatorske gaze podprte na keramičnih sedlih, vendar sta pokrov gorilnika in dovod kotla za odpadno toploto pogosto izdelani iz N06002. Odporen je na oksidacijski plamen (1000 stopinj +) in hitro gašenje do 400 stopinj brez razpok zaradi toplotnega šoka.
Komponente sežigalnice: za sežigalnice nevarnih odpadkov, ki ravnajo s kloriranimi ogljikovodiki, nudi N06002 boljšo odpornost na visoko-temperaturne napade klora in vodikovega klorida kot nerjavna jekla, čeprav je morda boljša zlitina C-2000 ali 59, če pride do mokre kislinske kondenzacije.
5. V: Kateri so kritični premisleki za vroče oblikovanje in toplotno obdelavo plošče UNS N06002 med izdelavo posode ali komponente?
O: UNS N06002 zahteva natančen termični nadzor med vročim oblikovanjem in toplotno obdelavo. Procesno okno je ožje kot pri avstenitnem nerjavnem jeklu in zahteva strogo upoštevanje postopka.
Vroče oblikovanje:
Temperaturno območje: Priporočeno območje vročega oblikovanja je 1040–1230 stopinj (1900–2250 stopinj F).
Ustavitev oblikovanja pod 950 stopinjami: Oblikovanje se mora nemudoma ustaviti, če temperatura plošče pade pod 950 stopinj (1740 stopinj F). Oblikovanje pod to temperaturo povzroči močno utrjevanje in lahko povzroči razpoke na robovih.
Ponovno segrevanje: Dovoljeno je večkratno ponovno segrevanje, vendar mora vsakemu ogrevalnemu ciklu slediti hitro ohlajanje, če je kumulativni čas v območju padavin 650–900 stopinj predolg.
Rešitev žarjenja:
Temperatura: 1175 stopinj (2150 stopinj F) je standardna temperatura žarjenja raztopine.
Čas namakanja: običajno 30 minut na 25 mm debeline, najmanj 30 minut.
Kaljenje: Hitro kaljenje v vodi je obvezno. Zračno hlajenje je nezadostno za plošče, debelejše od 3 mm, saj bo počasno ohlajanje za 900–600 stopinj oborilo karbide M₂₃C₆ in fazo μ, kar bo zmanjšalo duktilnost pri sobni-temperaturi in zmogljivost lezenja pri visoki-temperaturi.
Atmosfera: za zmanjšanje oksidacije je prednostna redukcijska atmosfera (vodik ali disociiran amoniak). Če se uporabljajo peči z zračno atmosfero, pride do močnega nabiranja vodnega kamna in potrebno je mehansko odstranjevanje vodnega kamna ali luženje.
Toplotna obdelava po-oblikovanju:
Za razliko od C-276, ki nikoli ne bi smel biti deležen razbremenitve napetosti, lahko N06002 zahteva žarjenje po-oblikovanju, če deformacija pri oblikovanju preseže 10–15 %. To je odvisno od resnosti oblikovanja in pogojev delovanja. Za uporabo pri visokotemperaturnem lezenju je treba vsa težka hladna dela odstraniti s polnim žarjenjem v raztopini, da se obnovi stabilna mikrostruktura.
Nadzor popačenja:
Zaradi visoke temperature žarjenja raztopine in hitrega kaljenja z vodo lahko pride do znatnega popačenja. Plošče in izdelani sklopi morajo biti med toplotno obdelavo ustrezno podprti. Mehansko ravnanje po toplotni obdelavi je običajno, vendar ga je treba izvajati previdno, da se izognete uvedbi novega hladnega dela brez kasnejšega zmanjšanja napetosti.
