การระบุการหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อน: เกรด กระบวนการ และการตรวจสอบ

การสั่งซื้อปลอกปั๊มมักจะเริ่มต้นด้วยคำถาม: ชิ้นส่วนก่อนหน้านี้ล้มเหลวเนื่องจากมีรูใกล้กับหน้าแปลนหลังจากผ่านไปสิบแปดเดือน และวิศวกรโรงงานต้องการการหล่อที่จะคงอยู่จนกว่าจะถึงการซ่อมบำรุงครั้งใหญ่ครั้งถัดไป การหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อน ไม่ค่อยถูกตัดสินจากแรงดึงเพียงอย่างเดียว ในโรงงานเคมี การบำบัดความร้อน และแปรรูปเหล็ก ปัจจัยในการตัดสินใจ ได้แก่ องค์ประกอบของโลหะผสม กระบวนการหล่อ การบำบัดความร้อน และความสมบูรณ์ภายใน บทความนี้จะอธิบายว่าปัจจัยเหล่านี้ทำงานร่วมกันอย่างไร วิธีเปรียบเทียบเกรด และสิ่งที่ต้องตรวจสอบก่อนเริ่มให้บริการการหล่อ

การหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อนคืออะไร?

การหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อนเป็นส่วนประกอบโลหะที่ขึ้นรูปโดยการเทโลหะผสมหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์ จากนั้นได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้ต้านทานการโจมตีทางเคมีที่คาดหวังในสภาพแวดล้อมการบริการ: การกัดแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก การกัดกร่อนจากความเค้นแตก หรือการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง ตระกูลวัสดุที่มักใช้ในการหล่อทางอุตสาหกรรม ได้แก่:

• สเตนเลสออสเทนนิติก เช่น 316L (เกรดการหล่อ CF3M) มีความทนทานต่อกรดหลายชนิดและตัวกลางที่มีคลอไรด์ได้ดีที่อุณหภูมิปานกลาง
• เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ เช่น 2205 (เกรดการหล่อ CD3MN) ผสมผสานความแข็งแรงสูงกว่าและทนต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ได้ดีกว่าเกรดออสเทนนิติกทั่วไป
• โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม เช่น HP-type 26Cr35Ni เลือกเมื่อส่วนประกอบต้องเผชิญกับอุณหภูมิสูงและบรรยากาศกระบวนการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

การหล่อไม่ใช่ส่วนที่ขึ้นรูปด้วยรูปทรงที่แตกต่างกัน ในระหว่างการแข็งตัว โลหะผสมที่หล่อจะมีโครงสร้างเกรนที่หยาบขึ้น สามารถแยกตัวได้ที่ระดับเดนไดรต์ และอาจเกิดการหดตัวระดับไมโครเมื่อระบบป้อนไม่ดี คุณสมบัติทั้งสามมีอิทธิพลต่อความต้านทานการกัดกร่อน การหล่อสองรายการที่มีเกรดระบุเท่ากันจึงสามารถทำงานได้แตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับโรงหล่อที่ผลิต

กลไกการกัดกร่อนที่กำหนดตัวเลือกเกรด

ก่อนที่จะเลือกเกรด ให้ระบุกลไกความล้มเหลวที่เป็นไปได้มากที่สุด สี่ประการที่โดดเด่นในการหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อนทางอุตสาหกรรม:

• การกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก: การโจมตีเฉพาะจุด ซึ่งมักขับเคลื่อนด้วยคลอไรด์ และเร่งความเร็วในพื้นที่นิ่ง ใต้ปะเก็น หรือใต้สิ่งสะสม
• การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น: ความเค้นแรงดึงรวมกับสภาพแวดล้อมเฉพาะ เช่น คลอไรด์ร้อนหรือสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อน มันมักจะทำให้เกิดการแตกหักอย่างกะทันหันและไม่คาดคิด
• การกัดกร่อนตามขอบเกรน: การโจมตีตามแนวขอบเกรน โดยทั่วไปเกิดจากการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ เมื่อโลหะผสมเกิดความไวในระหว่างการหล่อ การเชื่อม หรือการทำให้เย็นลงช้า
• การกัดกร่อนสม่ำเสมอ: สูญเสียความหนาทั่วทั้งพื้นผิว คาดการณ์ได้ง่ายกว่า แต่ยังคงกำหนดความหนาของผนังและอายุการใช้งานที่ต้องการ

ตารางด้านล่างเชื่อมโยงกลไกเหล่านี้กับการตอบสนองของโลหะผสมตามปกติ

การเลือกโลหะผสม: เริ่มต้นด้วย PREN จากนั้นมองให้ลึกยิ่งขึ้น

ค่าความต้านทานการเกิดหลุมของคลอไรด์ (PREN) เป็นเครื่องมือคัดกรองมาตรฐานสำหรับความต้านทานการเกิดหลุมของคลอไรด์: PREN = %Cr 3.3 x %Mo 16 x %N จัดอันดับเกรดออสเทนนิติกและดูเพล็กซ์ได้อย่างรวดเร็ว แถบด้านล่างแสดงค่าโดยประมาณสำหรับเกรดการหล่อทั่วไป

PREN เป็นจุดเริ่มต้น ไม่ใช่คำตอบสุดท้าย ไม่ได้กล่าวถึงการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอในการลดกรด และไม่สามารถตรวจจับข้อบกพร่องในการหล่อที่ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของรูพรุนได้ สำหรับส่วนประกอบที่สำคัญ ให้จับคู่ PREN กับข้อมูลการทดสอบการกัดกร่อนหรือประสบการณ์การบริการ การหล่อแบบดูเพล็กซ์ 2205 มักจะคงอยู่ในสภาวะที่มีคลอไรด์ร้อนซึ่งสามารถเจาะหลุม 316L ได้อย่างรวดเร็ว แต่เฉพาะในกรณีที่โครงสร้างจุลภาคถูกต้องหลังจากการหลอมสารละลายแล้วเท่านั้น เมื่อการให้ความร้อนไม่ถูกต้อง ระยะที่เป็นอันตรายจะเกิดขึ้นที่ขอบเขตของเกรน และการหล่อจะมีความเสี่ยงแม้ว่าคุณสมบัติทางเคมีจะเป็นไปตามใบรับรองก็ตาม

กระบวนการหล่อเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการกัดกร่อนอย่างไร

เส้นทางการหล่อส่งผลโดยตรงต่อพฤติกรรมการกัดกร่อน เนื่องจากจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของเกรน ความพรุน และคุณภาพพื้นผิว กระบวนการทั้งสามมีส่วนสำคัญในการผลิตส่วนประกอบที่ทนต่อการกัดกร่อน และแต่ละกระบวนการก็มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่แตกต่างกัน

• การหล่อแบบแรงเหวี่ยงเหมาะสำหรับส่วนประกอบทรงกระบอก: ปลอกที่ทนต่อการกัดกร่อน ท่อเรเดียน ม้วนเตาหลอม และส่วนท่อ โลหะจะแข็งตัวในทิศทางจากผนังด้านนอกเข้าด้านใน ทำให้เกิดโครงสร้างที่มีความหนาแน่นและละเอียดและมีช่องว่างการหดตัวเพียงเล็กน้อย การหล่อแบบแรงเหวี่ยงสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 50 มม. ถึง 1,000 มม. และความยาวสูงสุด 4,000 มม.
• การหล่อแบบลงทุน (แวกซ์หาย) ถูกเลือกสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน ผนังบาง และพื้นผิวหล่อที่ดี เนื่องจากแม่พิมพ์เปลือกจะคงความอบอุ่น โลหะจึงสามารถเย็นตัวลงได้ช้าๆ เว้นแต่จะมีการควบคุมอุณหภูมิของการเทและแม่พิมพ์ ดังนั้นการหลอมสารละลายหลังจากการหล่อจึงเป็นสิ่งสำคัญ
• การปั้นทรายด้วยเรซินเหมาะกับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เช่น ปลอกปั๊ม ตัววาล์ว และตัวกวน ส่วนที่มีน้ำหนักมากจะเย็นตัวไม่สม่ำเสมอ เพิ่มความเสี่ยงต่อการแยกตัวและการตกตะกอนของคาร์ไบด์ ชิ้นส่วนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับวงจรการบำบัดความร้อนที่ออกแบบมาอย่างถูกต้องมากยิ่งขึ้น

ข้อสรุปเชิงปฏิบัติคือการระบุการบำบัดความร้อนที่ต้องการพร้อมกับเกรด รวมถึงอุณหภูมิการหลอมและวิธีการทำความเย็น และช่วงที่อนุญาตสำหรับความแข็งและปริมาณเฟอร์ไรต์ (หากเกี่ยวข้อง)

สิ่งที่ต้องตรวจสอบเมื่อคุณซื้อการหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อน

ปัญหาการจัดซื้อจัดจ้างมักมาจากข้อกำหนดที่ไม่สมบูรณ์มากกว่าโชคไม่ดี ข้อมูลจำเพาะที่แข็งแกร่งสำหรับการหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อนควรประกอบด้วย:

1. เกรดการหล่อที่มีองค์ประกอบทางเคมีมีตั้งแต่มาตรฐานการหล่อเช่น ASTM A743, ASTM A744 หรือ ASTM A890 แทนที่จะเป็นมาตรฐานแผ่นเหล็กดัดหรือแท่ง
2. ข้อกำหนดในการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งมักจะเป็นการอบอ่อนสารละลาย ซึ่งแสดงด้วยช่วงอุณหภูมิและวิธีการทำความเย็น บวกกับขีดจำกัดการยอมรับสำหรับความแข็ง และสำหรับเกรดดูเพล็กซ์ก็จะมีปริมาณเฟอร์ไรต์
3. ข้อกำหนดการทดสอบแบบไม่ทำลาย: การทดสอบการแทรกซึมของของเหลวสำหรับรอยแตกที่พื้นผิว การถ่ายภาพรังสีเพื่อเสียงภายใน และการทดสอบอุทกสถิตสำหรับชิ้นส่วนที่มีแรงดัน
4. เอกสารประกอบ: ใบรับรองการทดสอบวัสดุพร้อมการวิเคราะห์ทัพพีจริง รวมถึงรายงานสเปกโตรมิเตอร์และโลหะวิทยาสำหรับการหล่อที่สำคัญ
5. ความคลาดเคลื่อนของมิติและข้อกำหนดด้านการตัดเฉือนใดๆ ที่เชื่อมโยงกับแบบร่าง

ฮาร์ดแวร์การตรวจสอบของโรงหล่อมีความสำคัญที่นี่ สเปกโตรมิเตอร์แบบอ่านโดยตรงจะยืนยันคุณสมบัติทางเคมีที่แท้จริงของความร้อนแต่ละชนิด การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาจะตรวจสอบโครงสร้างหลังการบำบัดความร้อน และการสแกน 3 มิติจะตรวจสอบว่ารูปทรงเรขาคณิตที่ส่งมานั้นตรงกับแบบจำลองหรือไม่ การหล่อที่มีองค์ประกอบที่ดีเยี่ยมยังคงสามารถล้มเหลวได้ตั้งแต่เนิ่นๆ หากมีข้อบกพร่องฝังอยู่

ในกรณีที่ใช้การหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อน

การหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อนมักไม่ค่อยมีการซื้อสินค้า ระบุไว้สำหรับการปฏิบัติหน้าที่ การใช้งานทั่วไป ได้แก่:

• โรงงานเคมีและปิโตรเคมี: ปลอกป้องกันการกัดกร่อน 2205 และ 316L สำหรับการวางท่อในกระบวนการผลิต เครื่องกวน 26Cr35Ni ประเภท HP สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ และส่วนประกอบวาล์วหรือปั๊มในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
• การอบชุบด้วยความร้อนและการแปรรูปเหล็ก: ท่อเรเดียน ม้วนเตาหลอม และม้วนก้นเตาที่เผชิญกับอุณหภูมิสูงรวมกับบรรยากาศออกซิไดซ์ ซึ่งบางครั้งก็เป็นซัลไฟด์
• การเผาขยะ: ส่วนประกอบแบบตะแกรงและองค์ประกอบตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่สัมผัสกับก๊าซเผาไหม้และคราบสะสมที่อุดมด้วยคลอไรด์

สัดส่วนการถือหุ้นทางเศรษฐกิจมีขนาดใหญ่กว่าราคาชิ้นส่วน การศึกษาในอุตสาหกรรมประเมินต้นทุนการกัดกร่อนทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 2.5 ล้านล้านดอลลาร์ หรือประมาณ 3.4% ของ GDP โลก และต้นทุนส่วนใหญ่นั้นปรากฏว่าเป็นการสูญเสียการผลิตและการปิดระบบโดยไม่ได้กำหนดไว้ ความเสียหายที่มักเริ่มต้นด้วยการหล่อที่สึกกร่อนในท้องถิ่น

การหล่อที่ทนต่อการกัดกร่อนให้รางวัลแก่แนวทางที่มีระเบียบวินัย ระบุกลไกการกัดกร่อน ตรวจสอบเกรดและการบำบัดความร้อน และยืนยันความสมบูรณ์ภายในก่อนที่ชิ้นส่วนจะถึงเส้น ผู้ผลิต เช่น Wuxi Dongmingguan Special Metal Manufacturing ที่ควบคุมการหลอม การเหวี่ยงและการหล่อการลงทุน การอบชุบ การตัดเฉือน และการตรวจสอบคุณภาพภายใต้หลังคาเดียวกัน สามารถตอบคำถามเหล่านี้ได้ด้วยข้อมูลของตนเอง เมื่อคุณประเมินซัพพลายเออร์ ให้ถามคำถามสามข้อ: ชิ้นส่วนได้รับการแข็งตัวอย่างไร ได้รับการบำบัดความร้อนอย่างไร และคุณรู้ได้อย่างไรว่าสารเคมีที่ส่งมอบนั้นตรงกับใบรับรอง คำตอบจะแยกการหล่อที่มีเพียงชื่อเกรด เช่น 316L หรือ 2205 ออกจากการหล่อที่มีอายุการใช้งานจริง