Određivanje odljevaka otpornih na koroziju: stupnjevi, postupci i provjera

Narudžba zamjene za čahuru pumpe obično počinje pitanjem: prethodni dio je otkazao zbog rupa u blizini prirubnice nakon osamnaest mjeseci, a inženjer postrojenja želi odljevak koji će trajati do sljedećeg velikog zaokreta. Odljevci otporni na koroziju rijetko se ocjenjuju samo na temelju vlačne čvrstoće. U postrojenjima za kemijsku obradu, toplinsku obradu i obradu čelika, odlučujući čimbenici su sastav legure, postupak lijevanja, toplinska obrada i unutarnja čvrstoća. Ovaj članak objašnjava kako ti čimbenici rade zajedno, kako usporediti ocjene i što provjeriti prije nego što odljevak krene u upotrebu.

Što je odljevak otporan na koroziju?

Odljevak otporan na koroziju metalna je komponenta oblikovana izlijevanjem rastaljene legure u kalup, zatim projektirana da bude otporna na kemijski napad koji se očekuje u radnom okruženju: rupičasta korozija, pukotinska korozija, pucanje uslijed korozije pod naponom ili oksidacija na visokoj temperaturi. Porodice materijala koje se najčešće koriste u industrijskim odljevcima su:

• Austenitni nehrđajući čelici kao što je 316L (razred lijevanja CF3M), s dobrom sveobuhvatnom otpornošću na mnoge kiseline i medije koji sadrže kloride na umjerenim temperaturama.
• Dvostruki nehrđajući čelici kao što je 2205 (CD3MN stupanj lijevanja), kombiniraju veću čvrstoću s boljom otpornošću na pucanje od korozije uslijed naprezanja klorida od običnih austenitnih razreda.
• Legure nikal-kroma kao što je HP-tip 26Cr35Ni, odabrane kada se komponenta suočava s visokom temperaturom i korozivnom procesnom atmosferom.

Odljevak nije kovani dio različitog oblika. Tijekom skrućivanja, lijevane legure razvijaju strukturu grubljeg zrna, mogu se odvojiti na razini dendrita i mogu sadržavati mikroskupljanje kada je sustav napajanja loš. Sve tri značajke utječu na otpornost na koroziju. Dva odljevka s istom nominalnom ocjenom stoga mogu imati vrlo različite rezultate ovisno o ljevaonici koja ih je proizvela.

Mehanizmi korozije koji određuju izbor kvalitete

Prije odabira stupnja utvrdite koji je mehanizam kvara najvjerojatniji. Četiri dominiraju u industrijskim odljevcima otpornim na koroziju:

• Jamičasta i pukotinska korozija: lokalizirani napad, obično potaknut kloridima, a ubrzan u stagnirajućim područjima, ispod brtvila ili ispod naslaga.
• Pucanje uzrokovano naponskom korozijom: vlačno naprezanje u kombinaciji sa specifičnim okruženjem, kao što su vrući kloridi ili kaustične otopine; često dovodi do iznenadnog, neočekivanog prijeloma.
• Interkristalna korozija: napad duž granica zrna, obično uzrokovan taloženjem krom karbida kada legura postane osjetljiva tijekom lijevanja, zavarivanja ili sporog hlađenja.
• Ravnomjerna korozija: ravnomjeran gubitak debljine po površini; jednostavnije predvidjeti, ali ipak diktira potrebnu debljinu stijenke i životni vijek.

Donja tablica povezuje ove mehanizme s uobičajenim odgovorom legure.

Odabir legure: Počnite s PREN-om, a zatim pogledajte dublje

Ekvivalentni broj otpornosti na piting (PREN) standardni je alat za provjeru otpornosti klorida na piting: PREN = %Cr 3,3 x %Mo 16 x %N. Brzo rangira austenitne i dupleksne stupnjeve. Donje trake prikazuju približne vrijednosti za uobičajene kvalitete lijevanja.

PREN je polazna točka, a ne konačni odgovor. Ne govori ništa o ravnomjernoj koroziji u redukcijskim kiselinama i ne može otkriti nedostatke u lijevanju koji djeluju kao mjesta inicijacije pitinga. Za kritične komponente, uparite PREN s podacima o ispitivanju korozije ili servisnim iskustvom. Duplex odljevak 2205 obično će preživjeti vrući klorid koji brzo izlučuje 316L, ali samo ako je mikrostruktura ispravna nakon žarenja otopinom. Kada je toplinska obrada pogrešna, štetne faze se stvaraju na granicama zrna i odljevak postaje ranjiv iako njegov kemijski sastav zadovoljava certifikat.

Kako proces lijevanja mijenja učinak korozije

Put lijevanja izravno utječe na korozijsko ponašanje jer određuje strukturu zrna, poroznost i kvalitetu površine. Tri procesa dominiraju u proizvodnji komponenti otpornih na koroziju, a svaki ostavlja drugačiji potpis.

• Centrifugalno lijevanje je poželjno za cilindrične komponente: rukavce otporne na koroziju, radijacijske cijevi, valjke za peći i dijelove cijevi. Metal se skrućuje u smjeru od vanjske stijenke prema unutra, stvarajući gustu, fino zrnatu strukturu s malo šupljina skupljanja. Centrifugalnim lijevanjem mogu se proizvoditi dijelovi promjera od 50 mm do 1000 mm i duljine do 4000 mm.
• Lijev za investicije (izgubljeni vosak) odabire se zbog složenih geometrija, tankih stijenki i dobre završne obrade površine. Budući da kalup za ljusku ostaje topao, metal se može sporo hladiti osim ako se ne kontrolira temperatura izlijevanja i kalupa, tako da je žarenje otopinom nakon lijevanja kritično.
• Kalup od smole i pijeska odgovara velikim dijelovima kao što su kućišta pumpe, tijela ventila i mješalice. Teški dijelovi se neravnomjerno hlade, povećavajući rizik od segregacije i taloženja karbida. Ovi dijelovi još više ovise o pravilno dizajniranom ciklusu toplinske obrade.

Praktični zaključak je navesti potrebnu toplinsku obradu zajedno s stupnjem, uključujući temperaturu žarenja i metodu hlađenja i, gdje je relevantno, dopušteni raspon za tvrdoću i sadržaj ferita.

Što provjeriti kada kupujete odljevke otporne na koroziju

Problemi s nabavom obično dolaze zbog nepotpunih specifikacija, a ne zbog loše sreće. Robusna specifikacija za odljevak otporan na koroziju treba uključivati:

1. Vrsta lijevanja s kemijskim sastavom kreće se od standarda lijevanja kao što su ASTM A743, ASTM A744 ili ASTM A890, a ne standarda kovane ploče ili šipke.
2. Zahtjev za toplinsku obradu, obično žarenje u otopini, izražen temperaturnim rasponom i metodom hlađenja, plus granice prihvatljivosti za tvrdoću i, za dupleks stupnjeve, sadržaj ferita.
3. Zahtjevi ispitivanja bez razaranja: ispitivanje tekućim penetrantom za površinske pukotine, radiografija za unutarnju čvrstoću i hidrostatsko ispitivanje za dijelove pod pritiskom.
4. Dokumentacija: potvrda o ispitivanju materijala sa stvarnom analizom lonca, plus spektrometrijska i metalografska izvješća za kritične odljevke.
5. Tolerancije dimenzija i svi zahtjevi za strojnu obradu vezani uz crtež.

Ovdje je bitan hardver za provjeru ljevaonice. Spektrometri s izravnim očitavanjem potvrđuju stvarnu kemiju svakog zagrijavanja, metalografska analiza provjerava strukturu nakon toplinske obrade, a 3D skeniranje provjerava odgovara li isporučena geometrija modelu. Odljevak s izvrsnim nominalnim sastavom još uvijek može rano propasti ako nosi ugrađene nedostatke.

Gdje se koriste odljevci otporni na koroziju

Odljevci otporni na koroziju rijetko su roba za kupnju; oni su određeni za dužnost. Tipične primjene uključuju:

• Kemijska i petrokemijska postrojenja: 2205 i 316L rukavci otporni na koroziju za procesne cijevi, HP-tip 26Cr35Ni miješalice za reaktore i komponente ventila ili pumpe u agresivnim medijima.
• Toplinska obrada i obrada čelika: radijacijske cijevi, valjci peći i valjci na dnu peći koji su izloženi visokoj temperaturi u kombinaciji s oksidirajućom, ponekad sulfidizirajućom atmosferom.
• Spaljivanje otpada: komponente rešetke i elementi izmjenjivača topline izloženi plinovima izgaranja i naslagama bogatim kloridima.

Ekonomski ulog je veći od cijene dijela. Industrijske studije procjenjuju globalni trošak korozije na otprilike 2,5 trilijuna USD, oko 3,4% globalnog BDP-a, a većina tog troška pojavljuje se kao izgubljena proizvodnja i neplanirano gašenje, šteta koja često počinje s lokalno korodiranim odljevkom.

Odljevci otporni na koroziju nagrađuju discipliniran pristup. Identificirajte mehanizam korozije, provjerite stupanj i toplinsku obradu i potvrdite unutarnju čvrstoću prije nego što dio dosegne crtu. Proizvođač kao što je Wuxi Dongmingguan Special Metal Manufacturing koji kontrolira taljenje, centrifugalno i investicijsko lijevanje, toplinsku obradu, strojnu obradu i inspekciju kvalitete pod jednim krovom može odgovoriti na ova pitanja svojim vlastitim podacima. Kada ocjenjujete dobavljača, postavite tri pitanja: kako je dio očvrsnut, kako je toplinski obrađen i kako znate da isporučena kemija odgovara certifikatu? Odgovori razdvajaju odljevke koji samo nose naziv kvalitete, kao što je 316L ili 2205, od odljevaka koji stvarno traju u upotrebi.