Comment le processus de formation de tuyaux en acier duplex en acier résout-il le problème de la corrosion de l'échangeur de chaleur?

Dans le domaine des échangeurs de chaleur, les tuyaux traditionnels en acier duplex soudés ont longtemps été troublés par la corrosion intergranulaire causée par la zone affectée par la chaleur (HAZ). L'essence de ce phénomène est que la haute température locale (1000-1350 ℃) pendant le soudage provoque la diffusion des éléments de carbone et d'azote dans l'acier duplex, formant une zone pauvre en chrome (teneur en Cr <12%) à l'interface entre la phase d'austénite et la phase de ferrite, qui devient une percée pour l'interface. Le tuyau sans couture de la chaleur en acier duplex élimine ce danger caché de la source de formation de matériaux grâce à l'innovation de l'extrusion à chaud et des processus de coulée centrifuges, fournissant un nouveau paradigme pour le fonctionnement à long terme de l'équipement dans des conditions corrosives.

Le cœur de la fabrication de tuyaux sans couture en acier duplex réside dans le contrôle précis des champs de température et de contrainte. Dans le processus d'extrusion à chaud, la billette passe à travers une matrice spéciale (taux de déformation de 0,1 à 10 mm / s) dans la plage de 850-1150 ℃, et forme des cristaux équiaxés uniformes (taille de grain 8-15 μm) sous l'action de la recristallisation dynamique (DRX). Au cours de ce processus, la densité de dislocation interne du matériau est aussi élevée que 10¹² / m², qui fournit une force motrice pour la migration de la limite de la phase austénite / ferrite et stabilise le rapport double phase à 45: 55 ± 3%. Par rapport au processus de soudage, il n'y a pas de zone de surchauffe locale dans le processus d'extrusion à chaud, et le coefficient de diffusion du chrome est réduit de deux ordres de grandeur.

La technologie de coulée centrifuge réalise la solidification directionnelle du métal fondu à travers un champ de force centrifuge (100-200G). À une température de coulée de 1450 ℃, la fusion en acier à double phase forme une structure cristalline colonne dans un moule en cuivre rotatif (vitesse 800-1200 tr / min), et son espacement de dendrite principal (PDA) est contrôlé à moins de 30 μm. Les paramètres de processus clés incluent le contrôle de surfolisation (ΔT = 15-25K) et le taux de refroidissement de la moisissure (> 100 ℃ / s), en s'assurant que la phase de ferrite ne nucléés de préférence sur la paroi de la moisissure et que la phase d'austénite précipite uniformément à la fin de la solidification.

La structure à double phase lamellaire (espacement lamellaire de 0,5 à 2 μm) formé pendant le processus de formation de tuyaux sans couture a un mécanisme de protection contre la corrosion unique. Dans un milieu contenant du Cl⁻, l'austénite (phase γ) constitue le squelette du film de passivation en tant que phase électrochimiquement inerte, et la ferrite (phase α) se dissout préférentiellement comme une anode, mais le gradient de concentration des éléments Cr (Δ [CR] = 3-5WT%) à l'interface entre les deux phases favorise le film d'adhésion du film passival. L'analyse XPS montre que cet équilibre dynamique maintient l'épaisseur du film Cr₂o₃ de surface à 4-6 nm, bloquant efficacement la pénétration des milieux corrosifs.

Pendant le cycle thermique, la structure à double phase du tuyau transparent présente une excellente ténacité de transformation de phase. Lorsque la température monte au-dessus du point MS (environ -40 ℃), une partie de l'austénite subit une transformation de phase martensitique (ε → α '), et le volume s'étend d'environ 3%. Cette transformation de phase réversible (ΔV = 0,02) peut absorber la contrainte thermique et inhiber l'initiation des fissures de fatigue. Les expériences montrent qu'après 2000 fois -40 ℃ → 350 ℃ Shock thermal, la rugosité de surface RA du tuyau sans couture n'augmente que 0,12 μm, tandis que le tuyau soudé a des microfissures évidentes en raison de la fragilisation de HAZ.

Grâce à l'analyse de la spectroscopie électrochimique d'impédance (EIS), la résistance à la polarisation (RP) des tuyaux transparentes dans une solution de NaCl à 3,5WT a atteint 1,2 × 10⁶Ω · cm², ce qui est 40% plus élevé que celui des tuyaux soudés. Dans le test de température de piqûres critiques (CPT), le tuyau sans couture est resté passif dans une solution FECL₃ 4mol / L à 85 ° C, tandis que le tuyau soudé a montré des piqûres stables à 65 ° C. Cela est dû à l'élimination de la zone de sensibilisation du HAZ par la structure transparente (la largeur de la zone de précipitation du carbure est réduite de 20 à 50 μm du tuyau soudé à 0).

Dans l'expérience de fissuration de corrosion de contrainte (SCC), la méthode de flexion en quatre points a été utilisée pour appliquer une contrainte de traction de 80% de la limite d'élasticité. Après immersion dans la solution de MGCL₂ bouillante pour 3000h, le taux de croissance des fissures du tuyau transparent était da / dt = 5 × 10⁻¹rap / s, qui était deux ordres de grandeur inférieure à celui du tuyau soudé. Le mécanisme microscopique est que la structure uniforme en phase biphasée du tuyau transparent augmente la densité du piège à hydrogène (dislocation, limite de phase) de 3 fois, capturant efficacement les atomes d'hydrogène diffus.

Les recherches actuelles se concentrent sur l'ingénierie des limites de phase nano-échelle: en ajoutant des traces d'éléments NB et Ti (0,1-0,3WT%), les carbures de type MC (taille 5-20 nm) sont formés à l'interface double phase pour améliorer davantage l'effet de piège à hydrogène. Développer une structure de gradient Pipe sans couture (paroi extérieure riche en austénite pour la résistance à l'érosion, paroi interne riche en ferrite pour la résistance à la corrosion) et atteindre un gradient de composition en contrôlant le processus de solidification par agitation électromagnétique.