¿Cuáles son las diferencias en el rendimiento de las bridas hechas de diferentes materiales en ambientes de alta temperatura?

La diferencia de rendimiento de las bridas hechas de diferentes materiales en entornos de alta temperatura se refleja principalmente en la capacidad de mantener la resistencia, la resistencia a la oxidación, la resistencia a la fluencia, la estabilidad térmica y la compatibilidad con el medio, etc. El siguiente análisis se lleva a cabo a partir de las categorías de materiales típicos:
I. Bridas de acero al carbono (por ejemplo, Q235, acero 20#): la elección básica para escenarios de baja y media temperatura.
La resistencia a altas temperaturas se atenúa obviamente.
La temperatura de uso del acero al carbono generalmente no supera los 425℃, y su límite elástico disminuirá en más del 30% cuando la temperatura supere los 350℃ (por ejemplo, el límite elástico del acero 20# cae de 245MPa a 180MPa a 400℃). Cuando la temperatura supera los 350℃, su límite elástico disminuirá en más del 30% (por ejemplo, el límite elástico del acero 20# disminuye de 245MPa a 180MPa a 400℃). Si continúa operando por encima de los 450℃, el tamaño del grano puede agrandarse debido a la “esferoidización de la perlita”, lo que finalmente conducirá a la fractura por fluencia.
Resistencia limitada a la oxidación
el acero al carbono a 300 ℃ por encima del inicio de la oxidación rápida, la superficie de la formación de una capa de óxido suelta Fe ₃ O ₄, cuanto mayor sea la temperatura, más rápida será la velocidad de oxidación (por ejemplo, 500 ℃ cuando la velocidad de oxidación de 300 ℃ es 5 veces). Si el medio contiene azufre o vapor de agua, la corrosión por oxidación se agravará aún más.
Segundo, bridas de acero inoxidable austenítico (304/316, etc.): la principal escena de corrosión a alta temperatura
la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la oxidación son mejores que las del acero al carbono
El límite superior de temperatura de uso del acero inoxidable 304 es de aproximadamente 870 ° C, 316L debido a los elementos de molibdeno, en los 650 ° C por debajo aún puede mantener una buena resistencia (límite elástico ≥ 120MPa), y la resistencia a la oxidación mejora significativamente (la velocidad de oxidación a 800 ° C es inferior a la del acero al carbono en un 90%). 90% menos de velocidad de oxidación que el acero al carbono a 800℃).
Principio: La estabilidad de la organización austenítica hace que sea menos propensa a la esferoidización de la perlita a altas temperaturas, y el elemento cromo (18%~20%) forma una película de óxido Cr₂O₃ densa, evitando la difusión de átomos de oxígeno.
Riesgos potenciales a altas temperaturas
Corrosión sensibilizada: Si se usa durante un período prolongado de tiempo en el rango de 450~850°C, el acero inoxidable 304 puede provocar corrosión intergranular debido a la precipitación de carburos, lo que debe mejorarse mediante “tratamientos de estabilización” (por ejemplo, titanio agregado al acero inoxidable 321).
Limitación de fluencia: por encima de 650℃, la velocidad de deformación por fluencia del acero inoxidable austenítico se acelera, el diseño necesita reducir la tensión admisible (como 316L a 700℃ cuando la tensión admisible es solo el 15% de la temperatura ambiente).
Tercero, brida de acero dúplex (2205, 2507, etc.): alta temperatura y entorno corrosivo fuerte de la elección rentable
propiedades mecánicas a alta temperatura entre el acero al carbono y el acero inoxidable austenítico
El acero dúplex 2205 suele ser ≤ 300 ° C, el acero súper dúplex 2507 puede ser 350 ° C, y su límite elástico a 300 ° C todavía se mantiene en más de 400MPa (2 veces el acero inoxidable 304), pero superior a 350 ° C, la fase ferrítica de la fase ferrita se acelera, el diseño necesita reducir la tensión admisible (como 316L a 700 ° C la tensión admisible es solo el 15% a temperatura ambiente). ℃, la resistencia a la fluencia de la fase ferrita disminuye, la resistencia es más rápida que la del acero inoxidable austenítico.
Cuarto, brida de acero al cromo y molibdeno (15CrMo, P91, etc.): condiciones de trabajo de alta temperatura y alta presión de los materiales centrales
la resistencia a altas temperaturas y la resistencia a la fluencia mejoran significativamente
El acero 15CrMo (cromo 1% ~ 1,5%, molibdeno 0,5%) se puede utilizar a una temperatura de hasta 550 ° C, 500 ° C, cuando el límite elástico aún se mantiene en más de 200MPa; el acero P91 de mayor grado (9% de cromo + 1% de molibdeno) puede estar a largo plazo 650 ° C la siguiente operación, la resistencia a la fractura por fluencia es más que el acero inoxidable austenítico. Operación, la resistencia a la fractura por fluencia es 2 veces la de 15CrMo (como 600 ℃ P91 100.000 horas de resistencia a la fluencia de 100MPa, 15CrMo solo 40MPa).
V. Bridas de aleación a base de níquel (Inconel 625, Hastelloy C-276, etc.): la solución definitiva para entornos corrosivos extremos a alta temperatura
El rendimiento a ultra alta temperatura aplasta otros materiales
Inconel 625 a 1093 ℃ aún puede mantener una resistencia a la tracción de más de 100MPa, Hastelloy C-276 puede ser resistente a la oxidación a 1200 ℃ e inferior, y a altas temperaturas la vida útil de la fractura por fluencia de hasta 10 millones. Vida útil de la fractura por fluencia de hasta 100.000 horas o más (como 800 ℃, la resistencia a la fluencia de C-276 es 5 veces la de 316L).
“Todoterreno” anticorrosión compleja a la temperatura
En ácido fuerte a alta temperatura (como 150 ℃ de ácido sulfúrico concentrado), medios que contienen flúor/cloro o petróleo y gas que contienen azufre a alta temperatura y alta presión, las aleaciones a base de níquel debido al sistema de aleación de alto níquel (≥50%), alto cromo (20% a 30%), alto molibdeno (10% a 16%), pueden resistir simultáneamente la corrosión oxidativa, la corrosión por tensión y la corrosión intergranular. Corrosión intergranular. Por ejemplo: la industria química del carbón en el gasificador de carbón a alta temperatura (temperatura 650 ℃, que contiene H ₂ S / CO ₂), solo las bridas de aleación a base de níquel pueden cumplir los requisitos de más de 20 años de servicio.