Faktoreak mugatutako funtzionamendu-denbora
Duplex materialak tenperatura altuko baldintzetara jasateko eskatzen duten aplikazio tipikoak presio-ontziak, haizagailuen palak/buldegailuak edo ihes-gasen garbigailuak dira.Materialen propietateen eskakizunak erresistentzia mekaniko handitik korrosioarekiko erresistentziara bitartekoak izan daitezke. Artikulu honetan eztabaidatutako kalifikazioen konposizio kimikoa 1. taulan ageri dira.
Deskonposizio espinodala
Deskonposizio espinodala (desnahasketa edo historikoki 475 °C-ko hauskortasuna ere deitua) fase ferritikoko fase bereizketa mota bat da, 475 °C inguruko tenperaturetan gertatzen dena.Efekturik nabarmenena mikroegituraren aldaketa da, α´ fasearen eraketa eragiten duena, materialaren hauskortasuna eragiten duena.Horrek, aldi berean, azken produktuaren errendimendua mugatzen du.
1. Irudiak tenperatura-denboraren trantsizioa (TTT) diagrama erakusten du aztertutako material bikoitzetarako, deskonposizio espinodalarekin 475 °C-ko eskualdean irudikatuta.Kontuan izan behar da TTT diagrama honek Charpy-V aleen inpaktuaren gogortasunaren saiakuntzek neurtutako gogortasunaren % 50eko beherakada adierazten duela, hauskortasuna adierazten duen moduan onartu ohi dena.Aplikazio batzuetan gogortasunaren beherakada handiagoa onar daiteke, eta horrek TTT diagramaren forma aldatzen du.Beraz, OT maximo jakin bat ezartzeko erabakia hauskortasun-maila onargarritzat jotzen denaren araberakoa da, hau da, azken produktuaren gogortasuna murriztea.Aipatu beharra dago historikoki TTT-grafikoak ere atalase bat erabiliz ekoitzi zirela, 27J adibidez.
Aleazio maila altuagoak
1. irudiak erakusten du LDX 2101 kalifikaziotik SDX 2507 kalifikaziora arteko aleazio-elementuen igoerak deskonposizio-tasa azkarragoa dakarrela, eta duplex argalak deskonposizioaren hasiera atzeratua erakusten duen bitartean.Kromoa (Cr) eta nikela (Ni) bezalako aleazio-elementuen eragina deskonposaketa espinodalean eta hauskortasunean aurreko ikerketek erakutsi dute.5-8 Eragin hori 2. irudian azaltzen da. Deskonposizio espinodalaren deskonposizioa areagotu egiten dela erakusten du tenperaturak. 300 °C-tik 350 °C-ra igotzen da eta bizkorragoa da aleazio maila altuagoko SDX 2507 aleazio gutxiagoko DX 2205entzat baino.
Ulermen hori erabakigarria izan daiteke bezeroei aukeratutako kalifikaziorako eta aplikaziorako egokia den OT maximoa erabakitzen laguntzeko.
Tenperatura maximoa zehaztea
Aurretik esan bezala, material duplexaren OT maximoa inpaktuaren gogortasunaren jaitsiera onargarriaren arabera ezar daiteke.Normalean, % 50eko gogortasunaren murrizketari dagokion OT-a hartzen da.
OT tenperatura eta denboraren araberakoa da
1. irudiko TTT diagramako kurben isatsen maldak erakusten du deskonposizio espinodalaren atalase-tenperaturan ez dela gertatzen soilik eta maila horretatik behera gelditzen dela.Aitzitik, etengabeko prozesu bat da material duplexak 475 °C-tik beherako funtzionamendu-tenperaturan jasaten direnean.Hala ere, argi dago, difusio-abiadura txikiagoak direla eta, tenperatura baxuagoek deskonposizioa beranduago hasiko dela eta askoz motelagoa izango dela.Hori dela eta, duplex materiala tenperatura baxuagoetan erabiltzeak agian ez du arazorik sortuko urtetan edo hamarkadetan.Hala ere, gaur egun OT maximoa ezartzeko joera dago esposizio-denbora kontuan hartu gabe.Galdera gakoa da, beraz, zein tenperatura-denbora konbinazio erabili behar den material bat erabiltzea segurua den ala ez erabakitzeko?Herzman et al.10ek ondo laburbiltzen dute dilema hau: "...Ondoren, erabilera desnahasketaren zinetika hain baxua den tenperaturetara mugatuko da, non ez baita produktuaren diseinatutako bizitza teknikoan gertatuko...".
Soldaduraren eragina
Aplikazio gehienek soldadura erabiltzen dute osagaiak elkartzeko.Jakina da soldadura-mikroegitura eta bere kimika oinarri-materialetik 3 aldatzen direla.Betegarri-materialaren, soldadura-teknikaren eta soldadura-parametroen arabera, soldaten mikroegitura gehienbat material soltearen desberdina da.Mikroegitura normalean lodiagoa da, eta horrek tenperatura altuko bero-eragindako zona (HTHAZ) ere barne hartzen du, soldaduretako deskonposizio espinodalean eragiten duena.Soldata eta soldadura arteko mikroegituraren aldakuntza hemen aztertutako gaia da.
Faktore mugatzaileak laburbiltzea
Aurreko atalek ondorio hauetara eramaten dute:
- Duplex material guztiak daude gaia
deskonposizio espinodalera 475 °C inguruko tenperaturan. - Aleazio-edukiaren arabera, deskonposizio-abiadura azkarragoa edo motelagoa espero da.Cr eta Ni eduki handiagoak desnahasketa azkarragoa sustatzen du.
- Funtzionamendu-tenperatura maximoa ezartzeko:
– Funtzionamendu denboraren eta tenperaturaren konbinazioa kontuan hartu behar da.
– Gogortasunaren murrizketa maila onargarria, hau da, nahi den azken gogortasunaren maila ezarri behar da - Osagai mikroegitural osagarriak sartzen direnean, hala nola soldadurak, OT maximoa zati ahulenaren arabera zehazten da.
Estandar globalak
Proiektu honetarako Europako eta Amerikako hainbat estandar berrikusi ziren.Presio-ontzietan eta hoditeria-osagaietako aplikazioetan zentratu ziren.Oro har, berrikusitako estandarren artean gomendatutako OT maximoari buruzko desadostasuna Europako eta Amerikako ikuspuntu batean bana daiteke.
Altzairu herdoilgaitzetarako Europako materialen zehaztapen-arauek (adibidez, EN 10028-7, EN 10217-7) 250 °C-ko OT gehienez ere suposatzen dute, materialaren propietateak tenperatura horretara baino ez direlako ematen.Gainera, presio-ontzien eta hodien diseinu-arau europarrek (EN 13445 eta EN 13480, hurrenez hurren) ez dute informazio gehiago ematen beren material-arauetan ematen den OT maximoari buruz.
Aitzitik, Amerikako materialaren zehaztapenak (adibidez, ASME II-A sekzioko ASME SA-240) ez du batere tenperatura altuko daturik aurkezten.Datu horiek, ordez, ASME II-D atalean, 'Propietateak', presio-ontzien eraikuntza-kode orokorrak onartzen ditu, ASME VIII-1 eta VIII-2 atalean (azken hauek diseinu-bide aurreratuagoa eskaintzen dute).ASME II-D-n, OT maximoa esplizituki 316 °C gisa adierazten da aleazio duplex gehienentzat.
Presio-hodien aplikazioetarako, diseinu-arauak eta materialaren propietateak ASME B31.3-n ematen dira.Kode honetan, datu mekanikoak 316 °C arteko duplex aleazioetarako ematen dira OT maximoaren adierazpen argirik gabe.Dena den, informazioa ASME II-Dn idatzitakoa betetzeko interpreta dezakezu, eta, beraz, Amerikako estandarrentzako OT maximoa 316 °C-koa da kasu gehienetan.
Gehienezko OT informazioaz gain, estatubatuar zein europar estandarrek adierazten dute tenperatura altuetan (>250 °C) hauskortasuna topatzeko arriskua dagoela esposizio-denbora luzeagoetan, eta orduan kontuan hartu behar da diseinuan zein zerbitzu-fasean.
Soldaduretarako, estandar gehienek ez dute inolako adierazpen irmorik egiten espinodalaren deskonposizioaren eraginari buruz.Hala ere, estandar batzuek (adibidez, ASME VIII-1, UHA 32-4 taula) soldadura osteko tratamendu termiko espezifikoak egiteko aukera adierazten dute.Hauek ez dira ez derrigorrez ez debekatuta, baina egitean arauan aurrez ezarritako parametroen arabera egin behar dira.
Industriak dioena
Duplex altzairu herdoilgaitzezko beste hainbat fabrikatzailek ekoitzitako informazioa berrikusi zen, haien kalifikazioen tenperatura-tarteei buruz zer komunikatzen duten ikusteko.2205 315 °C-tan mugatzen du ATIk, baina Acerinox-ek OT-a maila bererako ezartzen du 250 °C-tan soilik.Hauek dira 2205 gradurako goiko eta beheko OT mugak, eta horien artean beste OT batzuk Aperam (300 °C), Sandvik (280 °C) eta ArcelorMittal (280 °C) komunikatuta daude.Horrek frogatzen du fabrikatzailetik fabrikatzailerako propietate oso konparagarriak izango dituen kalifikazio bakarrerako iradokitako gehienezko OT-ak hedatuta daudela.
Fabrikatzaile batek OT jakin bat ezarri duen atzeko atzeko arrazoia ez da beti agerian uzten.Kasu gehienetan, estandar jakin batean oinarritzen da.Estandar ezberdinek OT desberdinak komunikatzen dituzte, horregatik balioetan hedatzen da.Ondorio logikoa da Amerikako enpresek balio handiagoa ezartzen dutela ASME arauaren adierazpenen ondorioz, eta Europako enpresek, berriz, EN arauaren ondorioz.
Zer behar dute bezeroek?
Azken aplikazioaren arabera, materialen hainbat karga eta esposizio espero dira.Proiektu honetan, deskonposizio espinodalaren ondoriozko hauskortasuna izan zen interes handiena presio-ontzietan oso aplikagarria baita.
Hala ere, hainbat aplikazio daude duplex kalifikazioak karga mekaniko ertainei soilik jartzen dizkietenak, hala nola, scrubbers11-15.Beste eskaera bat haizagailuen palekin eta bulkorrekin lotuta zegoen, neke-kargak jasaten dituztenak.Literaturak erakusten du deskonposizio espinodalak modu ezberdinean jokatzen duela neke-karga aplikatzen denean15.Fase honetan, argi geratzen da aplikazio hauen OT maximoa ezin dela ezarri presio-ontzietarako bezala.
Beste eskaera-klase bat korrosioarekin lotutako aplikazioetarako soilik da, hala nola itsas ihes-gasen garbigailuak.Kasu hauetan, korrosioarekiko erresistentzia karga mekaniko baten azpian OT muga baino garrantzitsuagoa da.Hala ere, bi faktoreek azken produktuaren funtzionamenduan eragiten dute, eta hori kontuan hartu behar da OT maximoa adierazteko orduan.Berriz ere, kasu hau aurreko bi kasuetatik desberdina da.
Oro har, bezero bati bere duplex kalifikaziorako gehienezko OT egokiaren berri ematean, aplikazio motak berebiziko garrantzia du balioa ezartzeko.Honek, gainera, kalifikazio baterako OT bakarra ezartzearen konplexutasuna erakusten du, materiala zabaltzen den inguruneak eragin handia baitu hauskortasun-prozesuan.
Zein da duplexaren funtzionamendu-tenperatura maximoa?
Esan bezala, funtzionamendu-tenperatura maximoa deskonposizio espinodalaren zinetika oso baxuak ezartzen du.Baina nola neurtzen dugu tenperatura hori eta zer dira zehazki "zinetika baxua"?Lehenengo galderaren erantzuna erraza da.Dagoeneko esan dugu gogortasun-neurketak normalean egiten direla deskonposizioaren abiadura eta aurrerapena kalkulatzeko.Hau fabrikatzaile gehienek jarraitzen duten estandarretan ezartzen da.
Bigarren galdera, zinetika baxuarekin zer esan nahi den eta tenperatura-muga ezartzen dugun balioa konplexuagoa da.Hau da, neurri batean, tenperatura maximoaren muga-baldintzak bai tenperatura maximotik bertatik (T) bai tenperatura hori mantentzen den funtzionamendu-denboratik (t) konpilatzen direlako.Tt konbinazio hau balioztatzeko, gogortasun "baxuena"ren hainbat interpretazio erabil daitezke:
• Beheko muga, historikoki ezarrita dagoena eta soldaduretarako aplika daitekeena 27 Joule (J) da.
• Estandarren barruan gehienbat 40J ezartzen da muga gisa.
• Hasierako gogortasunaren % 50eko beherapena ere maiz aplikatzen da beheko muga ezartzeko.
Horrek esan nahi du OT maximoari buruzko adierazpenak gutxienez adostutako hiru hipotesietan oinarritu behar direla:
• Azken produktuaren tenperatura-denbora esposizioa
• Gogortasunaren gutxieneko balio onargarria
• Azken aplikazio-eremua (kimika soilik, karga mekanikoa bai/ez, etab.)
Ezagutza esperimental bateratuak
Datu eta estandar esperimentalen inkesta zabal baten ondoren, aztergai dauden lau duplex kalifikazioetarako gomendioak biltzea posible izan da, ikus 3. taula. Onartu behar da datu gehienak 25 °C-ko tenperatura-pausoekin egindako laborategiko esperimentuetatik sortu direla. .
Kontuan izan behar da, halaber, gomendio hauek RTn geratzen den gogortasunaren %50ari gutxienez erreferentzia egiten diotela.Taulan "denbora-epe luzeagoa" adierazten denean, ez da RT-ren jaitsiera nabarmenik dokumentatu.Gainera, soldadura -40 °C-tan bakarrik probatu da.Azkenik, kontuan izan behar da DX 2304rako esposizio-denbora luzeagoa aurreikusten dela, 3.000 orduko probaren ondoren duen gogortasun handia kontuan hartuta.Hala ere, esposizioa zenbateraino handitu daitekeen froga gehiagorekin egiaztatu behar da.
Kontuan izan beharreko hiru puntu garrantzitsu daude:
• Gaur egungo aurkikuntzek adierazten dute soldadurak egonez gero, OT 25 °C inguru gutxitzen dela.
• Epe laburreko puntuak (dozenaka ordu T=375 °C-tan) onargarriak dira DX 2205erako. DX 2304 eta LDX 2101 aleazio maila baxuagokoak direnez, epe laburreko tenperatura-puntu konparagarriak ere onar daitezke.
• Deskonposizioaren ondorioz, materiala haustu egiten denean, DX 2205-rako 550 – 600 °C-tan eta SDX 2507rako 500 °C-tan 550 – 600 °C-tan egindako tratamendu termikoak ordubetez gogortasuna % 70 berreskuratzen laguntzen du.
Argitalpenaren ordua: 2023-04-04