الفولاذ المقاوم للصدأ 347H: درجة مستقرة من النيوبيوم عالي الكربون للخدمة في درجات الحرارة العالية

ما هو الفولاذ المقاوم للصدأ 347H؟

347H هو عضو عالي الكربون ومثبت بالنيوبيوم في عائلة الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي 18-8، والذي يتم توفيره بموجب UNS S34709. يتم الاحتفاظ بالكروم بنسبة 17.0-19.0% والنيكل بنسبة 9.0-13.0%، بينما يتم رفع الكربون إلى 0.04-0.10% مقابل الحد الأقصى المسموح به في المعيار 347 وهو 0.08%. ولا يعد النيوبيوم بالإضافة إلى التنتالوم إضافة عرضية: حيث يتم التحكم فيه بما لا يقل عن ثمانية أضعاف محتوى الكربون، وبحد أقصى 1.10%، بحيث يكون المثبت الكافي موجودًا دائمًا للدمج مع الكربون أثناء التعرض الطويل لدرجة الحرارة.

هذا التغيير الفردي، المزيد من الكربون المستقر بالكامل بواسطة النيوبيوم، هو ما يفصل 347H عن 347 في تصميمات محدودة الزحف ويشرح سبب سيطرة الدرجة على مواصفات الأنابيب والأنابيب والمطروقات لخدمة السخان الفائق وإعادة التسخين.

التركيب الكيميائي والمواصفات الحاكمة

تعكس الحدود الموضحة أدناه تحليل الحرارة المستخدم في أشكال منتجات الأنابيب والأنابيب والألواح 347H.

عنصر	347 ح أونس S34709	دور في الخدمة
الكربون	0.04-0.10%	يرفع قوة التمزق الزحف عند درجة 540-816
الكروم	17.0-19.0%	مقاومة الأكسدة والتحجيم
النيكل	9.0-13.0%	يستقر الهيكل الأوستنيتي
النيوبيوم + التنتالوم	8 × C كحد أدنى، 1.10% كحد أقصى	يمنع التحسس عن طريق ربط الكربون
المنغنيز	2.00% كحد أقصى	إزالة الأكسدة والتحكم في النيتروجين
السيليكون	0.75% كحد أقصى	مقاومة الأكسدة، إزالة الأكسدة
الفوسفور / الكبريت	0.045% / 0.030% كحد أقصى	التحكم المتبقي في المتانة وقابلية اللحام

تغطية المواصفات النموذجية هي ASTM A213 للغلايات الحديدية والأوستنيتية غير الملحومة، وأنابيب التسخين والمبادلات الحرارية، وASTM A312 للأنابيب الأوستنيتي غير الملحومة والملحومة، وASTM A240 للألواح والصفائح والأشرطة، وASTM A182 للفلنجات والتجهيزات والصمامات المطروقة أو المدرفلة. تنطبق تسميات ASME SA المقابلة على أوعية الضغط والأعمال النووية، حيث تكون إمكانية تتبع نسبة Nb/C عادةً مطلبًا موثقًا.

زحف قوة التمزق وسلوك الأكسدة

يتم قبول الدرجة 347H بشكل روتيني للخدمة المستمرة حتى 816 درجة، وهو سقف يتم تحديده بواسطة سلوك الأكسدة والقياس بدلاً من القوة قصيرة المدى. في النطاق 540-700 درجة، تتجاوز قوة تمزق الزحف قوة 347 بهامش واضح لأن توزيع كربيد النيوبيوم الأدق والأكثر كثافة يؤخر حركة الخلع وانزلاق حدود الحبوب. ولذلك يختار مهندسو التصميم 347H عندما يكون هناك حاجة إلى تقليل سمك الجدار أو عمر تصميم أطول عند نفس ضغط التشغيل.

مقاومة الأكسدة قابلة للمقارنة مع الدرجات المستقرة 18-8 الأخرى. يتشكل أكسيد وقائي غني بالكروم ويظل ملتصقًا تحت التحميل الحراري الدوري، مما يحد من فقدان المعدن على جانب النار من أنابيب الغلايات وعلى جانب الغاز الساخن من مجاري الهواء. في البخار عالي الضغط، يقاوم الصف أيضًا الأكسدة الداخلية ويحتفظ ببنية مجهرية مستقرة بعد عشرات الآلاف من الساعات في درجة الحرارة، بشرط الحفاظ على توازن النيوبيوم إلى الكربون ضمن المواصفات.

مقاومة التآكل بين الحبيبات وقابلية اللحام

نظرًا لأن النيوبيوم يتحد بشكل تفضيلي مع الكربون، فإن الكربون الحر غير متاح للترسيب على شكل كربيد الكروم عند حدود الحبوب أثناء اللحام أو الخدمة في درجات الحرارة المرتفعة. وبالتالي يتم قمع المنطقة المستنفدة للكروم التي تسبب هجومًا بين الخلايا الحبيبية في الدرجات غير المستقرة، ويعتبر 347H مناسبًا للتجمعات الملحومة التي لا يمكن تلدينها بالمحلول بعد التصنيع.

التسخين المسبق غير مطلوب للأقسام الرقيقة؛ يجب التحكم في درجة حرارة الممر لتجنب التشقق الساخن.

يتم استخدام معدن حشو مثبت بالنيوبيوم مطابق للطبقات المحيطية والطولية.

عادة ما يتم حذف المعالجة الحرارية بعد اللحام؛ يتم تطبيق التلدين بالمحلول فقط عندما يتطلب العمل البارد أو تشكيل الضغط ذلك.

يقوم التخليل والتخميل باستعادة طبقة الأكسيد على اللحامات والمناطق الملونة بالحرارة قبل الاختبار الهيدروستاتيكي.

يعد الأداء جيدًا في البخار ذي درجة الحرارة العالية وتيارات العمليات المسببة للتآكل بشكل معتدل. تعد البيئات الرطبة الغنية بالكلوريد نقطة ضعف معروفة في عائلة الأوستنيتي، لذا فإن 347H ليس الخيار الأول لمياه البحر الراكدة أو خدمة المياه المالحة عالية الكلوريد.

347H مقابل 347، وأين يتم تطبيق كل درجة

347H:الكربون 0.04-0.10%، قوة زحف أعلى، تم اختياره لأنابيب التسخين الغلاية وأنابيب إعادة التسخين، وأنابيب البخار والمكونات النووية التي تعمل فوق 540 درجة تقريبًا.

347:الحد الأقصى للكربون 0.08٪، ليونة أفضل وأسهل تشكيل، يستخدم لأجزاء الفرن، ومنفاخ التمدد، وأجهزة العادم ومعدات الضغط المنخفض ذات درجة الحرارة العالية.

موقف التكلفة:يحمل كلا النوعين نفس عبء صناعة السبائك، لذا فإن الاختيار يكون مدفوعًا بعمر التصميم وسمك الجدار بدلاً من سعر المادة.

تم العثور على 347H في مسخن الغلايات وأنابيب إعادة التسخين، وأنابيب البخار الرئيسية وإعادة التسخين الساخن، والأنابيب الداخلية للمفاعل النووي، ومكونات عادم توربينات الغاز، ومعدات إصلاح وتكسير البتروكيماويات التي تعمل ساخنة تحت الضغط. يعتبر التشكيل على البارد مقبولاً ولكن يجب أن يتبعه التلدين عندما يتجاوز الإجهاد الحدود التي حددها قانون البناء المعمول به. يمكن مقارنة التصنيع بالدرجات الأوستنيتي الأخرى، حيث يتطلب أدوات صلبة ومبردًا سخيًا بسبب ميل العمل القوي إلى التصلب. غالبًا ما يتم تحديد حجم الحبوب لخدمة الزحف، نظرًا لأن البنية الخشنة تعمل على تحسين عمر التمزق.

الأسئلة المتداولة

س: ما هي أقصى درجة حرارة للخدمة المستمرة تبلغ 347 ساعة؟
يتم قبول الخدمة المستمرة حتى 816 درجة؛ ويخضع الحد العملي للأكسدة والقياس وليس لقوة الشد على المدى القصير.

س: هل 347H أفضل من 347 لخدمة الزحف؟
نعم. يمنح نطاق الكربون العالي 347H قوة تمزق زحف أعلى، لذلك يفضل فوق 540 درجة تقريبًا عندما يكون سمك الجدار أو عمر التصميم أمرًا بالغ الأهمية.

س: هل يمكن لحام 347H بدون المعالجة الحرارية بعد اللحام؟
في معظم تطبيقات الضغط والهيكلية، يمكن ذلك. يمنع تثبيت النيوبيوم ترسيب كربيد الكروم عند حدود الحبوب، لذلك يتم الاحتفاظ بمقاومة التآكل بين الحبيبات في حالة اللحام.

س: كيف يتصرف 347H في بيئات الكلوريد؟
إنها ليست درجة خدمة كلوريد. مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الآخر، فهو عرضة للتشقق بسبب تآكل الكلوريد، لذا يجب إحالة واجبات الكلوريد الرطب أو مياه البحر إلى درجة الموليبدينوم المزدوجة أو الأعلى.

س: كيف يتم التحكم في محتوى النيوبيوم؟
تتطلب المواصفات وجود ما لا يقل عن ثمانية أضعاف محتوى الكربون من النيوبيوم بالإضافة إلى التنتالوم، وبحد أقصى 1.10%، مما يضمن أن المثبت كافٍ دائمًا للكربون الموجود.

س: ما هي أشكال المنتجات المخزنة في 347H؟
يتم إنتاج الأنابيب والأنابيب غير الملحومة، والأنابيب الملحومة، واللوحة، والصفائح، والقضبان المستديرة والمطروقات، مما يسمح بدرجة واحدة لتغطية الأنابيب والرؤوس والفلنجات والتجهيزات في نفس الدائرة ذات درجة الحرارة العالية.