Устойчивость Super Duplex 2507 к хлориду SCC: пороговые пределы в сравнении с 316L и 904L

Что вызывает хлоридное коррозионное растрескивание нержавеющей стали?

Хлоридный SCC образуется, когда растягивающее напряжение (остаточное в результате сварки, формовки или при эксплуатации) соединяется с хлорид-содержащим электролитом при повышенной температуре на чувствительной аустенитной микроструктуре. Ионы хлорида локально разрушают пассивную пленку оксида хрома-, а в однофазных аустенитных нержавеющих сталях результирующая анодная атака распространяется по транскристаллитному пути почти без видимых потерь металла, образуя ветвящиеся трещины, которые могут проникнуть через стену за несколько недель.

Кривая Копсона, давно-установленная зависимость в металлургии нержавеющей стали, показывает, что восприимчивость к этому механизму не является постоянной для всех аустенитных марок: она достигает максимума в сплавах с примерно 8–10 % никеля и падает по мере дальнейшего увеличения содержания никеля, в конечном итоге приближаясь к устойчивости в сплавах с высоким-никелем. Поскольку содержание никеля в 316L (10–14%) находится близко к этой чувствительной полосе, а в 904L (23–28%) – значительно за ее пределами, эти две марки начинают с совершенно разных позиций еще до того, как можно будет рассматривать молибден, азот или микроструктуру.

Какие пороговые значения содержания хлоридов и температуры применяются к 316L?

В отраслевых руководствах концентрация хлорида обычно составляет 1000 ppm в качестве практического потолка для непрерывной, некислотной эксплуатации при температуре 316/316L выше умеренной, поскольку задокументированные сбои в работе происходили при уровнях хлорида значительно ниже этого значения при наличии концентрирующего механизма.

В независимом руководстве по хлоридам SCC отмечается, что аустенитные марки, такие как 316L, как известно, трескаются при низких концентрациях хлоридов, когда температура превышает примерно 55 градусов - цифра, широко используемая, как правило,--потолка для этого семейства марок.

Риск отказа усугубляется концентрацией испарений: влажный/сухой интерфейс, щель для прокладки или изоляция, которая удерживает влагу от горячего металла, могут повысить объемный уровень хлоридов с нескольких сотен частей на миллион до десятков тысяч частей на миллион на поверхности металла, поэтому отказы 316L так часто связаны с изолированными трубами, сварными щелями или застойными зонами, а не с самой объемной технологической жидкостью.

Источник: Прокатные сплавы, «Что такое коррозионное растрескивание под напряжением»; Мир нержавеющей стали, «Насколько они устойчивы к дуплексным нержавеющим сталям и хлоридному SCC -?»

Как повышенное содержание никеля и молибдена в 904L меняет пороговое значение?

Сталь 904L была разработана как супераустенитная марка специально для увеличения стойкости за пределами 316/317 в агрессивных, хлоридных-кислотных средах, и содержащиеся в ней добавки 23–28 % никеля, 4–5 % молибдена и 1–2 % меди работают в одном направлении: никель подавляет механизм SCC непосредственно, выводя сплав за пределы наиболее-чувствительного диапазона состава, в то время как молибден и медь повысить устойчивость к точечной коррозии и образованию щелей, которые в первую очередь часто инициируют образование хлоридных SCC-трещин.

Собственные производители 904L ясно заявляют, что это улучшение по степени, а не по сути: 904L обеспечивает «хорошую стойкость к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением, хотя и не полную стойкость», как продемонстрировали лабораторные испытания хлорида магния при сильном кипении. На практике это означает, что 904L представляет собой хороший вариант модернизации стали 316L для работы с хлоридами, который не соответствует требованиям к дуплексным или супер-дуплексным характеристикам. - Трубные решетки теплообменников с охлаждением морской водой и пульпой-отбеливание пульпы являются типичными применениями -, но он не обеспечивает такую же-полную устойчивость к хлоридам, как дуплексные и супердуплексные марки, а также геометрию щелей, приложенное напряжение, и температуру все равно необходимо проверять в каждом конкретном случае.

Источник: Технический паспорт ATI 904L; ССИНА, «Хлоридное коррозионное растрескивание под напряжением»

Почему Super Duplex 2507 считается практически невосприимчивым к хлориду SCC?

Супердуплекс 2507 (UNS S32750) — это не просто более легированная версия аустенитного сплава; его двух-фазовая микроструктура меняет сам механизм растрескивания. Ферритная фаза имеет объемно--центрированную-кубическую кристаллическую структуру и более высокую энергию дефекта упаковки-, чем аустенит, а хлоридная SCC-трещина, зарождающаяся в одном аустенитном зерне, физически блокируется или отклоняется, когда достигает окружающего феррита. Поскольку феррит обычно составляет 40–50% микроструктуры, непрерывная транскристаллитная трещина, которая беспрепятственно распространяется через 316L или 904L, просто не может образоваться таким же образом.

Это структурное преимущество усиливается составом: 2507 содержит 24–26% хрома, 3–5% молибдена и 0,24–0,32% азота, что дает ему эквивалентное число стойкости к точечной коррозии (PREN) примерно 42 -, что намного выше, чем у 904L, примерно 34, и более чем на 70 % выше, чем у 316L, примерно 24. Потому что точечная коррозия часто является местом инициирования хлорида. Трещина SCC, более высокий PREN выполняет двойную функцию: повышает температуру и концентрацию хлоридов, необходимые для образования ямки, помимо микроструктурного сопротивления распространению трещины, если она уже существует. Совокупный эффект является причиной того, что супердуплексные и супераустенитные марки описываются в данных поставщика о коррозии как пригодные для использования при концентрациях хлоридов примерно до 50 000 частей на миллион -, значительно превышающих содержание хлоридов в морской воде примерно 19 000 частей на миллион -, и как "практически невосприимчивые" к хлоридному SCC в не-кислотной среде, уровень производительности 316L и 904L не достигают.

Источник: Прокатные сплавы, «Что такое коррозионное растрескивание под напряжением»; Sandmeyer Steel, «Плита из дуплексной нержавеющей стали из сплава 2507»

Как сравниваются состав и PREN в трех классах?

Эквивалентное число стойкости к точечной коррозии (PREN) рассчитывается как %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, и хотя оно было разработано для ранжирования устойчивости к точечной коррозии, а не непосредственно к стойкости к растрескиванию, оно тесно коррелирует с пороговым значением хлоридного растрескивания, поскольку точечная коррозия является обычным явлением,-инициирующим образование трещин. В таблице ниже приведены номинальные диапазоны составов ASTM A240 и типичный PREN для каждой марки.

Источник: Номинальный состав ASTM A240 варьируется в зависимости от марки; Значения PREN соответствуют данным дуплексной коррозии Sandmeyer Steel (316L, 904L) и PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N, рассчитанных на основе номинального состава ASTM A240 для стали 2507.

Что показывает тест ASTM G36 на кипящий MgCl2?

ASTM G36 оценивает стойкость к SCC, подвергая подвергнутые стрессу образцы воздействию кипящего раствора хлорида магния при постоянной температуре 155,0 ± 1,0 градуса, сознательно выбранной в качестве ускоренной среды для наихудшего-случая, а не для моделирования какого-либо конкретного состояния предприятия. В ходе этого испытания стандартные аустенитные марки, такие как 316L, быстро трескаются, часто в течение нескольких часов.

Производители 904L напрямую описывают его стойкость в терминах G36: сплав демонстрирует «хорошую стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением в хлориде, хотя и не полную стойкость, что оценивается по чрезвычайно суровому» испытанию с кипящим хлоридом магния -, что означает, что 904L превосходит 316L в этом тесте, но все же может расколоться при достаточном времени и нагрузке. Супердуплексные сорта снова работают намного лучше, что соответствует их гораздо более высокому PREN и двухфазной-структуре, хотя ни один сорт не должен рекламироваться как абсолютно -устойчивый к взлому в таких суровых условиях испытаний.

Практический вывод для составителей спецификаций заключается в том, чтобы рассматривать G36 как инструмент сравнительного ранжирования для выбора марки и квалификации качества -, а не как замену-фактической рабочей температуры и концентрации хлоридов, которые будет наблюдаться в компоненте. Компонент 316L, работающий при 40 градусах в разбавленной хлоридной воде, даже отдаленно не эквивалентен испытательному образцу G36 при 155 градусах в почти -насыщенном MgCl2, а пороговые данные в следующем разделе более репрезентативны для реальных рабочих пределов.

Источник: область применения ASTM G36-24; Технический паспорт ATI 904L

Как пороговые значения содержания хлоридов меняются в зависимости от температуры эксплуатации?

Пороговое значение SCC для хлоридов никогда не выражается одним числом; это кривая, которая меняет концентрацию хлоридов в зависимости от температуры. В приведенной ниже матрице приведены репрезентативные рекомендации по не-кислотному обслуживанию для каждого класса. Его следует рассматривать как инструмент планирования, а не как таблицу соответствия -нормам-. Фактические пределы также зависят от приложенного и остаточного напряжения, pH, растворенного кислорода и геометрии щелей, а полный выбор материала должен основываться на применимых нормах проектирования и данных о коррозии для конкретной жидкости.

Источник: Руководство SCC по хлоридам прокатных сплавов; Обзор дуплексного SCC в мире нержавеющей стали; Технический паспорт ATI 904L; АСТМ Г36-24

Изменяют ли NACE MR0175/ISO 15156-3 и NORSOK M-001 методы расчета выбора?

Хлоридное SCC и сульфидное растрескивание под напряжением (SSC) представляют собой родственные, но разные механизмы, и спецификации трубопроводов для морского газа или высокосернистого-газа обычно регулируются более строгими из двух. NACE MR0175/ISO 15156-3 устанавливает квалификационные требования для дуплексных и супердуплексных нержавеющих сталей, содержащих H₂S-, обычно включая максимальную твердость (часто 310 HV10), диапазон содержания феррита (обычно 35–65%), а во многих спецификациях оператора минимальный PREN - часто 40 -, прежде чем дуплексная плавка может быть квалифицирована как кислая. номинальный PREN службы. 2507, составляющий примерно 42, легко преодолевает эту планку; 904L и 316L не являются дуплексными марками и соответствуют отдельным положениям одного и того же семейства стандартов, как правило, с более жесткими пределами содержания хлоридов и напряжений для кислых применений.

Руководство по выбору материала NORSOK M-001 построено на той же логике со стороны проектирования: оно связывает допустимые классы материалов с ожидаемым содержанием хлоридов, температурой и парциальным давлением H₂S и подталкивает конструкции к более высоким дуплексным и супердуплексным классам-PREN по мере увеличения любой из этих трех переменных. Для компонента, одновременно подвергающегося воздействию теплой морской воды, попутной воды или высокосернистого газа, решающим фактором при принятии решения о выборе между 316L- и 904L-2507 часто становятся стандарты эксплуатации в кислой среде-и морские стандарты -, а не пороговое значение SCC для хлоридов в отдельности -.

Источник: Квалификационные критерии дуплекса NACE MR0175/ISO 15156-3; Система выбора материала NORSOK M-001

Стоит ли Super Duplex 2507 более высокой стоимости по сравнению с 316L и 904L?

В пересчете на-килограмм 2507 обычно имеет самую высокую закупочную цену из трех марок, что обусловлено содержанием в нем молибдена и никеля, а также особым контролем производства, применяемым для супердуплекса-. Но закупочная цена является неправильной основой для сравнения, если речь идет о риске хлоридного SCC, поскольку отказ хлоридного SCC редко является простым ремонтом: обычно это означает незапланированное отключение,-выяснение первопричин и замену вышедшего из строя компонента и часто прилегающих трубопроводов, которые имеют одинаковую историю обслуживания. 2507. Более высокая прочность также часто позволяет использовать более тонкую секцию стенки для того же номинального давления, что компенсирует часть над-килограммовой надбавки к стоимости установки.

Практическое правило принятия решения, используемое в отрасли, простое: выбирайте 316L только там, где содержание хлоридов и температура остаются в пределах рекомендуемого значения ~1000 ppm / ~55 градусов без реалистичного механизма концентрации; укажите 904L, если воздействие хлоридов явно превышает предел 316L, но остается в пределах продемонстрированного диапазона производительности 904L и не применяются требования к кислому-дуплексному обслуживанию; и укажите супердуплекс 2507, если содержание хлоридов приближается к концентрации морской воды, повышенная температура, неизбежны трещины или применяются критерии NACE/NORSOK для эксплуатации в кислых условиях- и для морских работ.

Какой класс подходит для какого приложения?

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Можно ли использовать 316L в морской воде?

Ответ: Только в легкой, кратковременной-продолжительностью или при сильном-промывании. Постоянное или застойное воздействие морской воды превышает пределы хлоридного SCC и точечной коррозии 316L, поэтому стандартными путями модернизации являются марки 904L, дуплекс или супердуплекс.

Вопрос: Является ли 904L дуплексной нержавеющей сталью?

О: Нет. 904L — это полностью аустенитный супераустенитный сорт. Устойчивость к хлоридному SCC обусловлена ​​высоким содержанием никеля, молибдена и меди, а не двухфазной микроструктурой.

Вопрос: Всегда ли более высокий PREN означает лучшую устойчивость к хлоридному SCC?

О: PREN был разработан для оценки устойчивости к точечной и щелевой коррозии, а не непосредственно к стойкости к SCC. Он сильно коррелирует с порогом хлоридного SCC, поскольку точечная коррозия является обычным явлением-зарождения трещины, но микроструктура (дуплексная или аустенитная) и приложенное напряжение также имеют значение и не фиксируются только PREN.

Вопрос: Почему для 2507 требуется содержание феррита при эксплуатации в условиях повышенного напряжения?

Ответ: Содержание феррита за пределами допустимого диапазона (обычно 35–65%) может изменить как механические свойства, так и коррозионную стойкость дуплексной нержавеющей стали, поэтому NACE MR0175/ISO 15156-3 проверяет это напрямую, а не предполагает только номинальный состав.

Вопрос: Если 2507 почти невосприимчив к хлоридному SCC, почему бы не использовать его повсеместно?

Ответ: Стоимость и технологичность. 2507 влекут за собой более высокую закупочную цену, требуют более жесткого контроля подвода сварочного тепла-для поддержания фазового баланса и не являются необходимыми там, где воздействие хлоридов и температура уже находятся в пределах допустимого для 316L или 904L.