Hvordan løser duplex -stålets sømløse rørformningsproces problemet med korrosion af varmeveksler?

Inden for varmevekslere er traditionelle svejste duplex -stålrør længe blevet urolig af intergranulær korrosion forårsaget af den varme påvirkede zone (HAZ). Essensen af ​​dette fænomen er, at den lokale høje temperatur (1000-1350 ℃) under svejsning forårsager diffusion af carbon og nitrogenelementer i duplex-stålet, hvilket danner en krom-fattig zone (CR-indhold <12%) ved grænsefladen mellem austenitfasen og ferritfasen, som bliver et gennembrud for det korrosive medium. Duplex stålvarmeveksler problemfrit rør eliminerer denne skjulte fare for kilden til materiale, der dannes gennem innovationen af ​​varm ekstrudering og centrifugalstøbningsprocesser, hvilket giver et nyt paradigme til langvarig drift af udstyr under ætsende forhold.

Kernen i fremstillingen af Duplex stål sømløse rør ligger i den nøjagtige kontrol af temperatur- og stressfelter. I den varme ekstruderingsproces passerer billeten gennem en speciel matrice (deformationshastighed 0,1-10 mm/s) i området 850-1150 ℃ og danner ensartede ækvie-krystaller (kornstørrelse 8-15μm) under handlingen af ​​dynamisk omkrystallisation (DRX). Under denne proces er materialets interne dislokationstæthed så høj som 10¹²/m², hvilket giver en drivkraft til migration af austenit/ferritfasegrænsen og stabiliserer dobbeltfaseforholdet ved 45: 55 ± 3%. Sammenlignet med svejseprocessen er der ingen lokal overophedningszone i den varme ekstruderingsproces, og kromskoefficienten for diffusionskoefficient reduceres med to størrelsesordener.

Centrifugalstøbningsteknologi realiserer retningsbestemt størkning af smeltet metal gennem et centrifugalkraftfelt (100-200G). Ved en støbetemperatur på 1450 ℃ danner den dobbelte fase stålsmelt en søjle-krystalstruktur i en roterende kobberform (hastighed 800-1200rpm), og dens primære dendritafstand (PDA'er) styres inden for 30 um. De vigtigste procesparametre inkluderer superkølingskontrol (ΔT = 15-25K) og formkølingshastighed (> 100 ℃/s), hvilket sikrer, at ferritfasen fortrinsvis nukleater på formen og den austenitfase udfælder ensartet ved afslutningen af ​​solidificering.

Den lamellære dobbeltfasestruktur (lamellær afstand 0,5-2 μm) dannet under den sømløse rørdannelsesproces har en unik korrosionsbeskyttelsesmekanisme. I et CL⁻-holdigt medium udgør austenit (γ-fase) skelettet af passiveringsfilmen som en elektrokemisk inert fase, og ferrit (α-fase) opløses fortrinsvis som en anode, men CR-elementets koncentrationsgradient (Δ [CR] = 3-5WT%) ved grænsefladen mellem den to faser fremmer selv-gentagelsen af ​​passivfilmen. XPS-analyse viser, at denne dynamiske balance opretholder tykkelsen af ​​Surface Cr₂o₃-filmen på 4-6 nm, hvilket effektivt blokerer penetrationen af ​​ætsende medier.

Under den termiske cyklus udviser den dobbelte fasestruktur af det sømløse rør fremragende fasetransformationsejhed. Når temperaturen stiger over MS -punktet (ca. -40 ℃), gennemgår en del af austeniten en martensitisk fase -transformation (ε → α '), og volumenet udvides med ca. 3%. Denne reversible fase -transformation (ΔV = 0,02) kan absorbere termisk stress og hæmme initieringen af ​​trætheds revner. Eksperimenter viser, at efter 2000 gange af -40 ℃ → 350 ℃ termisk chok, øges overfladen ruhed RA af det sømløse rør kun med 0,12μm, mens det svejste rør har åbenlyse mikrokrakker på grund af HAZ -omfavnelse.

Gennem elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) -analyse nåede polarisationsmodstanden (RP) af sømløse rør i 3,5 WT% NaCl -opløsning 1,2 × 10⁶Ω · cm², hvilket er 40% højere end for svejste rør. I den kritiske pittingtemperatur (CPT) -test forblev det sømløse rør passivt i 4mol/L fecl₃ -opløsning til 85 ° C, mens det svejste rør udviste stabil pitting ved 65 ° C. Dette skyldes eliminering af sensibiliseringszonen for HAZ ved den sømløse struktur (bredden af ​​carbidudfældningszonen reduceres fra 20-50μm af det svejste rør til 0).

I stresskorrosionskrækkelseseksperimentet (SCC) eksperimentet blev fire-punkts bøjningsmetoden anvendt til at påføre en trækspænding på 80% af udbyttestyrken. Efter nedsænkning i kogende MGCL₂ -opløsning i 3000 timer var revnevæksthastigheden for det sømløse rør DA/DT = 5 × 10⁻¹¹mm/s, som var to størrelsesordener lavere end for det svejste rør. Den mikroskopiske mekanisme er, at den ensartede dobbeltfasestruktur af det sømløse rør øger brintfældedensiteten (dislokation, fasegrænse) med 3 gange, hvilket effektivt fanger de diffunderede brintatomer.

Aktuel forskning fokuserer på nano-skala fasegrænseteknik: Ved at tilføje spormængder af NB- og Ti-elementer (0,1-0,3wt%) dannes MC-type carbider (størrelse 5-20nm) ved den dobbelte fase-grænseflade for yderligere at forbedre hydrogenfældeffekten. Udvikle en gradientstruktur problemfrit rør (austenitrig ydre væg til erosionsmodstand, ferritrige indre væg til korrosionsbestandighed) og opnå en sammensætningsgradient ved at kontrollere størkningsprocessen gennem elektromagnetisk omrøring.