كيف تحل عملية تشكيل الأنابيب الفولاذية المزدوجة مشكلة تآكل المبادل الحراري؟

في مجال المبادلات الحرارية ، كانت أنابيب الفولاذ المزدوجة التقليدية الملحومة منذ فترة طويلة مضطربة من خلال التآكل بين الخلايا الناتجة عن المنطقة المصابة بالحرارة (HAZ). إن جوهر هذه الظاهرة هو أن درجة الحرارة المرتفعة المحلية (1000-1350 ℃) أثناء اللحام تسبب انتشار عناصر الكربون والنيتروجين في الفولاذ المزدوج ، مما يشكل منطقة فقيرة للكروم (محتوى CR <12 ٪) في الواجهة بين مرحلة أوستنيت ومرحلة الشعرة ، والتي تصبح بمثابة تفكك للمتوسط ​​المتوسط. يزيل أنبوب حراري الصلب المزدوج المزدوج هذا الخطر الخفي من مصدر المواد التي تتشكل من خلال ابتكار عمليات البثق الساخنة وعمليات الصب المركزي ، مما يوفر نموذجًا جديدًا لتشغيل المعدات على المدى الطويل في ظل ظروف تآكل.

جوهر تصنيع أنابيب مزدوجة الفولاذ سلس يكمن في السيطرة الدقيقة في حقول درجة الحرارة والتوتر. في عملية البثق الساخنة ، يمر البليت عبر تموت خاص (معدل التشوه 0.1-10 مم/ثانية) في حدود 850-1150 ℃ ، ويشكل بلورات موحدة موحدة (حجم الحبوب 8-15μm) تحت عمل إعادة التبلور الديناميكي (DRX). خلال هذه العملية ، تكون كثافة الخلع الداخلي للمادة تصل إلى 10 × مربع ، والتي توفر قوة دافعة لترحيل حدود مرحلة الأوستينيت/الفريت وتستقر في نسبة الطور المزدوج عند 45: 55 ± 3 ٪. بالمقارنة مع عملية اللحام ، لا توجد منطقة محمومة محلية في عملية البثق الساخنة ، ويتم تقليل معامل الانتشار للكروم بترتيبين من حيث الحجم.

تدرك تقنية صب الطرد المركزي التصلب الاتجاهي للمعادن المنصهرة من خلال مجال قوة الطرد المركزي (100-200 جم). عند درجة حرارة الصب 1450 ℃ ، يشكل ذوبان الفولاذ المزدوج مرحلة ثنائية البنية البلورية العمودية في قالب النحاس الدوار (السرعة 800-1200 دورة في الدقيقة) ، ويتم التحكم في تباعده الجذاب الأساسي (PDAs) خلال 30μm. تتضمن معلمات العملية الرئيسية التحكم في التبريد الفائق (ΔT = 15-25K) ومعدل تبريد القالب (> 100 ℃/S) ، مما يضمن أن طور الفريت تفضيل على جدار القالب ومرحلة الأوستينيت تترسب بشكل موحد في نهاية التصلب.

إن بنية الطور المزدوج للصفائح (تباعد الصفائح 0.5-2 ميكرومتر) التي تشكلت خلال عملية تكوين الأنابيب غير الملحومة لها آلية فريدة من نوعها للحماية من التآكل. في وسيط يحتوي على CL⁻ ، يشكل أوستنيت (مرحلة γ) الهيكل العظمي لفيلم التخميل كمرحلة خاملة كهروكيميائيا ، ويذوب الفريت (مرحلة α) في الواجهة بين الفسخين ، ولكن تدرج عنصر CR (cr] = 3-5WT ٪) في الواجهة بين الفسادين يروجون لفيلم SESSISTER لتصرفات العزف. يوضح تحليل XPS أن هذا التوازن الديناميكي يحافظ على سماكة فيلم السطح Cr₂o₃ في 4-6nm ، مما يمنع بفعالية اختراق الوسائط المسببة للتآكل.

خلال الدورة الحرارية ، يُظهر بنية الطور المزدوج للأنبوب غير الملحوم صلابة ممتازة تحول الطور. عندما ترتفع درجة الحرارة أعلى من نقطة MS (حوالي -40 ℃) ، يخضع جزء من الأوستينيت لتحويل الطور المارسينيتي (ε → α ') ، ويتوسع حجمه بنحو 3 ٪. يمكن أن يمتص هذا التحول الطور القابل للعكس (ΔV = 0.02) الإجهاد الحراري ويمنع بدء تشققات التعب. تبين التجارب أنه بعد 2000 مرة من -40 ℃ → 350 ℃ الصدمة الحرارية ، يزداد خشونة السطح للأنبوب السلس فقط بمقدار 0.12μm ، في حين أن الأنبوب الملحوم يحتوي على microcracks واضحة بسبب التضخمة.

من خلال تحليل التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) ، وصلت مقاومة الاستقطاب (RP) للأنابيب غير الملحومة في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3.5WT ٪ إلى 1.2 × 10⁶Ω · سم مربع ، وهو أعلى بنسبة 40 ٪ من الأنابيب الملحومة. في اختبار درجة حرارة الحفر الحاسمة (CPT) ، ظل الأنابيب غير الملحومة سلبية في محلول 4 ملليول/لتر من محلول Fecl₃ إلى 85 درجة مئوية ، في حين أظهر الأنابيب الملحومة ثباتًا مستقرًا عند 65 درجة مئوية. ويرجع ذلك إلى القضاء على منطقة التوعية من HAZ بواسطة الهيكل السلس (يتم تقليل عرض منطقة هطول الأمطار كربيد من 20-50μm من الأنابيب الملحومة إلى 0).

في تجربة تكسير التآكل (SCC) ، تم استخدام طريقة الانحناء من أربع نقاط لتطبيق إجهاد شد يبلغ 80 ٪ من قوة العائد. بعد الانغماس في محلول MGCL₂ الغليان لمدة 3000H ، كان معدل نمو الكراك للأنبوب السلس DA/DT = 5 × 10⁻⁻mm/s ، والذي كان أقل من حجم الحجم من أنبوب الملحوم. الآلية المجهرية هي أن بنية الطور المزدوج الموحد للأنبوب غير الملحوم يزيد من كثافة مصيدة الهيدروجين (الخلع ، حدود الطور) بمقدار 3 مرات ، والتقاط ذرات الهيدروجين المنتشرة بشكل فعال.

يركز الأبحاث الحالية على هندسة حدود الطور النانوية: عن طريق إضافة كميات تتبع من عناصر NB و TI (0.1-0.3WT ٪) ، يتم تشكيل كربيدات MC-type (الحجم 5-20NM) في واجهة المرحلة المزدوجة لزيادة تأثير مصيدة الهيدروجين. قم بتطوير هيكل متدرج أنبوب سلس (الجدار الخارجي الغني بالأوستنايت لمقاومة التآكل ، والجدار الداخلي الغني بالفريت لمقاومة التآكل) ، وتحقيق تدرج تكوين عن طريق التحكم في عملية التصلب من خلال التحريك الكهرومغناطيسي.