การเลือกท่อเหล็กทนความร้อนที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องมีความสมดุลระหว่างขีดจำกัดอุณหภูมิในการทำงาน ความแข็งแรงของการคืบ และความต้านทานต่อออกซิเดชันกับข้อจำกัดทางเศรษฐกิจ เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก เช่น 310H ให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า 650°C ในขณะที่โลหะผสมเฟอร์ริติก-มาร์เทนซิติก เช่น P91 ให้ค่าการนำความร้อนสูงและการขยายตัวทางความร้อนต่ำกว่าในราคาที่คุ้มต้นทุนมากกว่าสำหรับการใช้งานในการผลิตพลังงานระดับกลาง
กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง ตั้งแต่การผลิตพลังงานที่วิกฤตยิ่งยวดไปจนถึงการกลั่นปิโตรเคมี ต้องอาศัยความสมบูรณ์ทางโครงสร้างของระบบท่อที่ทำงานภายใต้ความเครียดทางความร้อนและทางกลที่รุนแรง ที่อุณหภูมิสูงกว่า 500°C เหล็กกล้าคาร์บอนมาตรฐานจะเกิดการย่อยสลายอย่างรวดเร็วผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชัน การปรับขนาด และการสูญเสียความต้านทานแรงดึงอย่างรุนแรง วิศวกรจึงต้องระบุวัสดุท่อเหล็กทนความร้อนขั้นสูงที่ออกแบบมาเพื่อทนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรเหล่านี้โดยไม่เกิดความเสียหายร้ายแรง
เมื่อเลือกวัสดุสำหรับการบริการที่อุณหภูมิสูง การทำความเข้าใจกลไกการย่อยสลายเบื้องต้นเป็นสิ่งสำคัญ โลหะที่ได้รับความร้อนอย่างต่อเนื่องเผชิญกับภัยคุกคามหลักสามประการ ได้แก่ การเสียรูปของการคืบ การเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง และความล้าจากความร้อน
การคืบคลานคือการเสียรูปถาวรอย่างช้าๆ และก้าวหน้าของวัสดุภายใต้ความเค้นเชิงกลคงที่ที่อุณหภูมิสูง สำหรับก ท่อเหล็กทนความร้อน โดยทั่วไปการคืบคลานจะกลายเป็นเกณฑ์การออกแบบที่โดดเด่นเมื่ออุณหภูมิในการทำงานเกิน 40% ของจุดหลอมเหลวสัมบูรณ์ของวัสดุ นอกจากนี้ การสัมผัสกับก๊าซไอเสียที่อุดมด้วยออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะทำให้อะตอมของโลหะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ทำให้เกิดชั้นเกล็ดพรุนที่ทำให้ผนังท่อบางลงเมื่อเวลาผ่านไป
ตลาดสำหรับท่อที่อุณหภูมิสูงแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้างๆ ในกลุ่มโลหะวิทยา ได้แก่ เหล็กกล้าออสเทนนิติก และเหล็กกล้าเฟอร์ริติก-มาร์เทนซิติก แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อจำกัดทางกลที่แตกต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การใช้งาน
| คุณสมบัติ / พารามิเตอร์ | เหล็กกล้าออสเทนนิติก (เช่น TP310H, TP347H) | เหล็กเฟอริติก-มาร์เทนซิติก (เช่น P91, P92) |
|---|---|---|
| อุณหภูมิในการทำงานสูงสุด | สูงถึง 900°C - 1,050°C | สูงถึง 600°C - 650°C |
| ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน | สูงกว่า (~16-18 x 10^-6 /K) | ต่ำกว่า (~11-12 x 10^-6 /K) |
| การนำความร้อน | ต่ำกว่า (ประมาณ 15 วัตต์/เมตร·เคลวิน) | สูงกว่า (ประมาณ 30 วัตต์/เมตร·เคลวิน) |
| ความแรงของการคืบคลานที่ 600°C | ปานกลาง | ยอดเยี่ยม |
| ฟิลด์แอปพลิเคชันหลัก | เตาปิโตรเคมีส่วนแผ่รังสี | ท่อไอน้ำหลักในหม้อไอน้ำแบบวิกฤตยิ่งยวด |
เกรด P91 (เหล็ก 9Cr-1Mo ดัดแปลง) ปฏิวัติโรงไฟฟ้าพลังความร้อนสมัยใหม่ โลหะผสมนี้ได้รับการพัฒนาโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Oak Ridge โดยแนะนำการรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างระดับจุลภาคผ่านการเติมวาเนเดียม ไนโอเบียม และไนโตรเจนที่ควบคุมได้
ท่อเหล็กทนความร้อนมาตรฐานที่ทำจาก P91 มีค่าความต้านทานการคืบที่ยอมรับได้ประมาณสองเท่าของเหล็กกล้าโลหะผสมต่ำแบบดั้งเดิม เช่น P22 ที่อุณหภูมิ 600°C ความแข็งแรงสูงนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถลดความหนาของผนังได้อย่างมาก ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักโดยรวมของระบบท่อ และลดความเครียดจากความร้อนที่เกิดจากรอบการเริ่มต้นและการปิดระบบ อย่างไรก็ตาม P91 จำเป็นต้องปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัดในการอุ่นก่อน การบำบัดความร้อนหลังการเชื่อม (PWHT) และควบคุมอัตราการทำความเย็นเพื่อป้องกันการเปราะของมาร์เทนไซต์ที่ไม่ได้รับการปรับอุณหภูมิ
เมื่อพารามิเตอร์การปฏิบัติงานเกินขีดจำกัดของเหล็กกล้าเฟอร์ริติก-มาร์เทนซิติก เกรดออสเทนนิติก เช่น TP310H จึงกลายเป็นข้อบังคับ ประกอบด้วยโครเมียมประมาณ 25% และนิกเกิล 20% ทำให้ TP310H ก่อให้เกิดสเกลโครเมียมออกไซด์ (Cr2O3) ที่ยึดติดแน่นและหนาแน่น ซึ่งทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการแพร่กระจายที่แข็งแกร่งต่อการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติม
ในการทดสอบเตาเปรียบเทียบที่อุณหภูมิ 900°C ในก๊าซไอเสียสังเคราะห์ ท่อออสเตนิติกแสดงให้เห็นว่าน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นถึง 75% ต่ำกว่าทางเลือกเฟอร์ริติกมาตรฐาน แม้จะมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ยอดเยี่ยม แต่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่สูงขึ้นของสเตนเลสออสเทนนิติกจำเป็นต้องมีการวางแผนเค้าโครงอย่างระมัดระวัง รวมถึงการปรับระยะห่างการรองรับท่อให้เหมาะสมและลูปที่ขยายเพื่อดูดซับการเติบโตทางความร้อน
การจัดหาท่อเหล็กทนความร้อนที่มีความสมบูรณ์สูงมีความเกี่ยวข้องมากกว่าแค่การจับคู่การกำหนดเกรดบนแผ่นข้อมูล โครงการวิศวกรรมที่มีมูลค่าสูงจำเป็นต้องมีระเบียบการประกันคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือในระยะยาว
อุณหภูมิการทำงานสูงสุดขึ้นอยู่กับเกรดโลหะผสมโดยเฉพาะเป็นอย่างมาก โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าเฟอริติก-มาร์เทนซิติก เช่น P91 จะมีอุณหภูมิสูงประมาณ 600°C ถึง 650°C ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกอัลลอยด์สูง เช่น TP310H สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงถึง 1,050°C
การอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อมถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ P91 ในการปรับสภาพมาร์เทนไซต์ที่แข็งและเปราะที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม PWHT ที่เหมาะสมจะบรรเทาความเค้นตกค้างและคืนความเหนียวในการกระแทกและความแข็งแรงของการคืบตามที่ต้องการในแนวเชื่อม
วัสดุจะขยายตัวอย่างมากเมื่อถูกความร้อน เหล็กกล้าออสเทนนิติกมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนสูงกว่าเหล็กกล้าเฟอร์ริติก โดยต้องมีการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังของลูปการขยายตัว ส่วนรองรับสปริง และจุดยึด เพื่อป้องกันความเครียดทางกลสูงบนหัวฉีดของอุปกรณ์
ความเสียหายจากการคืบเกิดจากผลรวมของความเครียดทางกลที่คงอยู่และอุณหภูมิสูงตลอดชั่วโมงการทำงานที่ยาวนาน ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของไมโครโมฆะภายใน ขอบเขตของเกรนเลื่อน และการแตกร้าวในที่สุด
ไม่ควรใช้เหล็กกล้าคาร์บอนในการทำงานต่อเนื่องที่อุณหภูมิเกิน 400°C เนื่องจากเหล็กกล้าคาร์บอนจะทนทุกข์ทรมานจากการเกิดออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว การสร้างกราไฟท์อย่างรุนแรง และความแข็งแรงของผลผลิตลดลงอย่างมาก นำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร
โทรศัพท์: +86-13382893387
TEL: +86-510-85308522
FAX: +86-510-85308166
WHATSAPP: +86-15161506024
EMAIL: [email protected]
ADDRESS: เลขที่ 8 ถนน Jingfa 6th เขตความเข้มข้นอุตสาหกรรม Shuofang เขตใหม่ เมืองอู๋ซี
มือถือ
ลิขสิทธิ์ © Wuxi Dongmingguan Special Metal Manufacturing Co., Ltd. สงวนลิขสิทธิ์.
