Как процесс формирования бесшовной трубы дуплексной стали решает проблему коррозии теплообменника?

В области теплообменников традиционные сварные дуплексные стальные трубы долгое время были обеспокоены межгранулярной коррозией, вызванной зоной воздействия на тепло (HAZ). Суть этого явления состоит в том, что локальная высокая температура (1000-1350 ℃) во время сварки вызывает диффузию углеродных и азотных элементов в дуплексной стали, образуя зону с хромами (содержание CR <12%) на границе между аустенитной фазой и ферритной фазой, которая становится прорывной средой. Слушащая теплообменник дуплексного теплообменника устраняет эту скрытую опасность из источника материала, образующегося за счет инноваций горячей экструзии и центробежных процессов литья, обеспечивая новую парадигму для долгосрочной работы оборудования в условиях коррозии.

Ядро производства бесшовные трубы дуплексных стали лежит в точном контроле полей температуры и напряжения. В процессе горячей экструзии заготовка проходит через специальную матрицу (скорость деформации 0,1-10 мм/с) в диапазоне 850-1150 ℃, и образует однородные экведические кристаллы (размер зерна 8-15 мкм) при действии динамической рекристаллизации (DRX). В ходе этого процесса внутренняя плотность дислокации материала достигает 10¹²/м², что обеспечивает движущую силу для миграции границы фазы аустенита/феррита и стабилизирует двойное соотношение при 45: 55 ± 3%. По сравнению с процессом сварки в процессе горячей экструзии нет локальной зоны перегрева, а коэффициент диффузии хрома уменьшается на два порядка.

Технология центробежного литья реализует направленное затвердевание расплавленного металла через центробежное силовое поле (100-200 г). При температуре литья 1450 ℃ двойная стальная расплава образует столбчатую кристаллическую структуру в вращающейся медной форме (скорость 800-1200 об / мин), а его первичное расстояние между дендритами (PDA) контролируется в пределах 30 мкм. Ключевые параметры процесса включают контроль над охлаждением (ΔT = 15-25K) и скорость охлаждения плесени (> 100 ℃/с), обеспечивая, чтобы ферритная фаза преимущественно нуклеаты на стенке плесени и фаза аустенита равномерно осаждаются в конце затвердевания.

Пластичная двойная структура (расстояние на пластинку 0,5-2 мкм), образованное в процессе бесшовного образования трубы, имеет уникальный механизм защиты от коррозии. В CL⁻-содержащей среде аустенит (γ-фаза) составляет скелет пассивирующей пленки в виде электрохимически инертной фазы, а феррит (α-фаза) растворяется преимущественно в виде анода, но градиент концентрации элемента CR (Δ [CR] = 3-5wt%) на границе между двумя фазами способствует самостоятельной пленке пассивации. Анализ XPS показывает, что этот динамический баланс поддерживает толщину поверхностной пленки Cr₂o₃ при 4-6 нм, эффективно блокируя проникновение коррозийных сред.

Во время теплового цикла двойная структура бесшовной трубы демонстрирует превосходную вязкость фазового преобразования. Когда температура повышается выше точки MS (около -40 ℃), часть аустенита подвергается мартенситной фазовой трансформации (ε → α '), а объем расширяется примерно на 3%. Это обратимое фазовое преобразование (ΔV = 0,02) может поглощать тепловое напряжение и ингибировать инициацию усталостных трещин. Эксперименты показывают, что после 2000 раз -40 → → 350 ℃ теплового шока, шероховатость поверхности бесшовной трубы увеличивается только на 0,12 мкм, в то время как сварная труба имеет очевидные микротрещины из -за охлаждения.

Посредством анализа спектроскопии электрохимической импедансной спектроскопии (EIS) сопротивление поляризации (RP) бесшовных труб в растворе 3,5 Вт% NaCl достигла 1,2 × 10⁶ω · см², что на 40% выше, чем у сварных труб. В критическом тесте температуры косичка (CPT) бесшовная труба оставалась пассивной в растворе FECL₃ 4MOL/L до 85 ° C, в то время как сварная труба показала стабильную яму при 65 ° C. Это связано с устранением зоны сенсибилизации HAC с помощью бесшовной структуры (ширина зоны осаждения карбида уменьшается с 20-50 мкм сварной трубы до 0).

В эксперименте по коррозионному растрескиванию в коррозии (SCC) метод изгиба с четырьмя точками использовался для применения растягивающего напряжения 80% от прочности урожая. После погружения в раствор MGCl₂ в кипящий MGCl₂ скорость роста трещин бесшовной трубы составляла DA/DT = 5 × 10⁻⁻ мм/с, что на два порядка ниже, чем у сварной трубы. Микроскопический механизм заключается в том, что равномерная двойная структура бесшовной трубы увеличивает плотность ловушки водорода (дислокация, фазовая граница) в 3 раза, эффективно захватывая диффузированные атомы водорода.

Текущие исследования фокусируются на наномасштабной фазовой граничной инженерии: добавляя микроэлементы элементов NB и Ti (0,1-0,3 Втт%), карбиды типа MC (размер 5-20 нм) образуются на границе с двойной фазой для дальнейшего усиления эффекта ловушки водорода. Разработайте градиентную структуру бесшовную трубку (богатая аустенитом наружную стенку для эрозионной сопротивления, богатую ферритом внутреннюю стенку для коррозионной сопротивления) и достичь градиента композиции, контролируя процесс затвердевания посредством электромагнитного перемешивания.