ΥΑΛΤΒΔ ΔΡΠΤΜΟΤ 1. ΔΗΑΓΧΓΖ ΧΑΛΤΒΕ ΕΡΠΤΜΟΤ

Transcript

1 1. ΔΗΑΓΧΓΖ ΥΑΛΤΒΔ ΔΡΠΤΜΟΤ Οι χάλυβεσ ερπυςμοφ ζχουν χρθςιμοποιθκεί ςε τεχνικζσ εφαρμογζσ για πολλά χρόνια. Θ Ιςτορία δείχνει ότι υπιρξε μια γόνιμθ αλλθλεπίδραςθ μεταξφ τθσ προόδου ςτθν τεχνολογία και ςτθν ανάπτυξθ των νζων χαλφβων. Οι νζοι χάλυβεσ ζπρεπε να αναπτυχκοφν για να κζςουν νζεσ ιδζεσ ςτθν πράξθ και από τθν άλλθ οι νζεσ τεχνολογικζσ ζννοιεσ να διεγείρουν τθ διακεςιμότθτα των νζων χαλφβων. Οι χάλυβεσ ερπυςμοφ χρθςιμοποιοφνται κυρίωσ ςτισ κερμικζσ μονάδεσ παραγωγισ ρεφματοσ και ςτθν πετροχθμικι βιομθχανία. υμπεριλαμβάνονται όλεσ οι μορφζσ προϊόντων. Μεγάλαςφυριλατακαιχυτάεξαρτιματαχρθςιμοποιοφνταιγιατθνκαταςκευιτουρμπίνων,ενϊ ςωλινεσ, ελάςματα και εξαρτιματα ςωλθνϊςεων είναι τα τυπικά προϊόντα ςτισ εφαρμογζσ δοχείων πίεςθσ, ςτουσ λζβθτεσ και ςτα ςυςτιματα ςωλθνϊςεων. Εκτόσ από τθν υψθλι αντοχι ερπυςμοφ, άλλεσ ιδιότθτεσ των υλικϊν είναι επίςθσ ςθμαντικζσ, π.χ. ικανότθτα ςκλιρυνςθσ, αντοχι ςτθ διάβρωςθ, και ςυγκολλθςιμότθτα. Από τθ ςθμαςία αυτϊν των ιδιοτιτων εξαρτϊνται ςυγκεκριμζνεσ εφαρμογζσ. Για παράδειγμα, θ καλι ικανότθτα ςκλιρυνςθσ είναι πολφ ςθμαντικι για το χάλυβα που χρθςιμοποιείται ςε ςτροβίλουσ τουρμπινϊν, ενϊ θ ςυγκολλθςιμότθτα είναι προαπαιτοφμενο για εφαρμογζσ ςωλθνϊςεων ςε μονάδεσ παραγωγισ ρεφματοσ. Παρά το γεγονόσ ότι οι διαφορετικζσ απαιτιςεισ για κάκε εφαρμογι αντανακλϊνται από τισ διάφορεσ χθμικζσ ςυςτάςεισ, όλεσ οι μορφζσ των προϊόντων χρθςιμοποιοφν τουσ ίδιουσ μθχανιςμοφσ ϊςτε να βελτιϊςουν τθν αντοχι ςε ερπυςμό. το παρϊν κεφάλαιο οι χάλυβεσ που χρθςιμοποιοφνται για ςωλινεσ και αγωγοφσ πρόκειται να εξεταςτοφν κυρίωσ λόγω των απαιτιςεω νςυγκολλθςιμότθτασ που ζχουν. Σα τελευταία χρόνια θ ανάπτυξθ των χαλφβων ερπυςμοφ ζχει οδθγθκεί από τθν απαίτθςθ για τθ βελτίωςθ τθσ οικονομικισ απόδοςθσ ςτθ λειτουργία των ςτακμϊν παραγωγισ ενζργειασ. Οι βελτιϊςεισ του ςχεδιαςμοφ, κακϊσ και θ εφαρμογι των νζων χαλφβων με καλφτερεσ ιδιότθτεσ χρθςιμοποιοφνται για τθν επίτευξθ αυτισ τθσ απαίτθςθσ. Οι πιο ςφγχρονοι ατμοθλεκτρικοί ςτακμοί παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ που βρίςκονται ςε λειτουργία, ζχουν απόδοςθ που κυμαίνεται περίπου ςτο 42% με κερμοκραςία των ατμϊν ςτουσ 600 C και πίεςθςτα bar. Θ επόμενθ γενιά των ατμοθλεκτρικϊν ςτακμϊν παραγωγισ θλεκτρικοφ ρεφματοσ κα πρζπει να είναι ικανοί να λειτουργοφν με κερμοκραςίεσ ατμοφ ςτουσ C, για να επιτευχκεί κερμικι απόδοςθ περίπου ςτο 45%. Σα ιςχφοντα ευρωπαϊκά πρότυπα για τουσ χάλυβεσ ερπυςμοφ είναι το EN Flat products made of steels for pressure purposes - Part 2:Non-alloy and alloy steels with specified elevated temperature properties, τοen Seamless steel tubes for 1

2 pressure purposes - Technical delivery conditions - Part 2: Non-alloy and alloy steel tubes with specified elevated temperature properties και ΕΝ Steel forgings for pressure purposes Part 2: Ferritic and martensitic steels with specified elevated temperature properties. 2. ΚΑΣΖΓΟΡΗΔ ΥΑΛΤΒΧΝ ΔΡΠΤΜΟΤ Για τθν ονομαςία των χαλφβων ερπυςμοφ, ςφμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα, χρθςιμοποιοφνται οι απαιτιςεισ του προτφπου ΕΝ (ονομαςία χαλφβων ςφμφωνα με χθμικι ςφνκεςθ). Ο πίνακασ 1 παρουςιάηει μια επιςκόπθςθ των τυπικϊν ονομαςιϊν. Ο πίνακασ 1 δίνει μια επιςκόπθςθ για τουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ ερπυςμοφ που χρθςιμοποιοφνται ςε ςτακμοφσ θλεκτροπαραγωγισ και διυλιςτιρια ςε ςωλινεσ και αγωγοφσ. Ο κατάλογοσ των χαλφβων μπορεί να υποδιαιρεκεί ςε χάλυβεσ C-Mn (Νο.1 & 2), χάλυβεσmo (Νο.3 & 4), χάλυβεσ Cr-Mo (No.5-9), και χάλυβεσ 9-12% Cr(No.10-15). Λόγω του μεγάλου αρικμοφ διαφορετικϊν ποιοτιτων χάλυβα, μόνο μερικζσ τυπικζσ αντιπροςωπευτικζσ ποιότθτεσ κάκε τφποσ κα μποροφςαν να περιλαμβάνονται ςτον πίνακα. Ο πίνακασ κάνει αναφορά τόςο ςτισ νζεσ ονομαςίεσ χάλυβα ςφμφωνα με τα Ευρωπαϊκά πρότυπα (EN) και όπου ιταν δυνατόν, ςυγκριτικά με τα πρότυπα ASTM. Μερικζσ από τισ νεότερεσ διαβακμίςεισ χάλυβα ζχουν ςυμπεριλθφκεί μόνο από το πρότυπο ASTM και δεν ζχουν ακόμθ ςυμπεριλθφκεί ςτα Ευρωπαϊκά πρότυπα. Πίνακασ 1.Επιςκόπθςθ των τυπικϊν ποιοτιτων χαλφβωνερπυςμοφ και των ονομαςιϊν τουσ, ςφμφωνα με τα πρότυπα ΕΝ και ASTM 2

3 3. ΜΔΣΑΛΛΟΤΡΓΗΑ ΣΧΝ ΥΑΛΤΒΧΝΔΡΠΤΜΟΤ ΧΑΛΤΒΕ ΕΡΠΤΜΟΤ Όπωσ μπορεί να φανεί από τον πίνακα 1, ζνα πολφ ςφνκετο φάςμα χθμικϊν ςυνκζςεων ζχει χρθςιμοποιθκεί για τθν επίτευξθ ικανοποιθτικϊν ιδιοτιτων ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, θ οποία καταλιγει ςε πολυπλοκότθτα τθσ μικροδομισ. Διαφορετικοί μθχανιςμοί ςκλιρυνςθσ ζχουν χρθςιμοποιθκεί για να επιτευχκεί ζνα βελτιςτοποιθμζνο προϊόν. Χάλυβεσ Ερπυςμοφ C-Mn Αυτοί οι χάλυβεσ, όπωσ το P235GH, είναι παρόμοιοι με άλλουσ μθ κραματωμζνουσ χάλυβεσ φερριτικοφσ περλιτικοφσ που ζχουν καλυφκεί ςε άλλα κεφάλαια. Ο C και το περιεχόμενο Mn είναι οι κφριοι παράγοντεσ που επθρεάηουν τισ ιδιότθτεσ αντοχισ, αλλά θ αντοχι ςτον ερπυςμό των υλικϊν αυτϊν δεν βελτιϊνεται και θ δυνατότθτα χριςθσ τουσ κακϊσ και ο χρόνοσ ηωισ τουσ περιορίηεται ςε κερμοκραςίεσ μζχρι 400 Cαπό τθ διαδικαςία ερπυςμοφ. Μία ενδιαφζρουςα παραλλαγι αυτϊν των χαλφβωνp235gh είναι ο P355GH ο οποίοσ με τθν προςκικθ Νb ζχει ςθμαντικά αυξθμζνο όριο εφελκυςμοφ λόγω τθσ ςμίκρυνςθσ των κόκκων. Ωςτόςο, θ αφξθςθ τθσ αντοχισ του ερπυςμοφ είναι μάλλον μικρι. Θ αφξθςθ αυτι μπορεί να οφείλεται κυρίωσ ςτθν αφξθςθ του μαγγανίου, το οποίο είναι ζνα ςτοιχείο ικανότθτασ ςκλιρυνςθσ. Πάλι για αυτό το υλικό, ο ερπυςμόσ γίνεται ο περιοριςτικόσ παράγοντασ για τθ λειτουργία του ςε κερμοκραςίεσ άνω των 400 C. Θ μζγιςτθ κερμοκραςία λειτουργίασ των 400 C ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ προζρχεται από τθν τομι τθσ καμπφλθσ του όριο εφελκυςμοφ με τθν αντοχι ςτον ερπυςμό όπωσ φαίνεται ςτο χιμα 1. Σχιμα 1. Μθχανικζσ ιδιότθτεσ των χαλφβων C-Mn και Mo. 3

4 Χάλυβεσ Ερπυςμοφ Mo Αυτοί οι χάλυβεσ είναι βαςικά ίδιοι με τουσ χάλυβεσ C-Mn με τθν προςκικθ περίπου 0,3% Μο.Σο Μολυβδαίνιο είναι το ςτοιχείο που ςυμβάλλει κυρίωσ ςτθν αντοχι του ερπυςμοφ των υλικϊν.θ βελτίωςθ τθσ αντοχισ ερπυςμοφ αποδίδεται ςτθ ςκλιρυνςθ μζςω ςτερεοφ διαλφματοσ ςτουσ χάλυβεσ από αυτό το ςτοιχείο. Ο τφποσ 9NiCuMoNb5-6-4,δείχνει μια δραματικι αφξθςθ του ορίου του εφελκυςμοφ, θ οποία και πάλι εν μζρει προκαλείται από τθν ςμίκρυνςθ των κόκκων που επιτυγχάνεται με τθν προςκικθ Nb. Επιπρόςκετα ςκλιρυνςθ λόγω τθσ κατακριμνιςθσ χαλκοφ αυξάνει τθν αντοχι ςε εφελκυςμό. Όπωσ φαίνεται ςτο χιμα 1, θ προςκικθ 0,3%Μο ςτοντφπο16mo3 είναι επαρκισ για να αυξιςει τθν προτεινόμενθ κερμοκραςία λειτουργίασ ςτουσ 455 C (ςθμείο τομισ τθσ αντοχισ εφελκυςμοφ με τθ αντοχι ερπυςμοφ), ενϊ θ προτεινόμενθ κερμοκραςία λειτουργίασ για 9NiCuMoNb παραμζνει ςτουσ 400 C, δεδομζνου ότι θ πολφ υψθλι αντοχι εφελκυςμοφ που δεν ςυνοδεφεται από ςχετικι αφξθςθ ςτθν αντοχι ερπυςμοφ, ζτςι το ςθμείο τομισ των δφο καμπυλϊν είναι ςε χαμθλότερθ κερμοκραςία. Χάλυβεσ Ερπυςμοφ Cr-Mo Ζχει βρεκεί ότι θ ενίςχυςθ τθσ αντοχισ ςε ερπυςμό που επιτυγχάνεται με τθν προςκικθ μολυβδαινίου δεν μπορεί να χρθςιμοποιθκεί πλιρωσ, αφοφ θ ολκιμότθτα ςε ςυνκικεσ ερπυςμοφ μειϊνεται ςθμαντικά με τθν αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ του μολυβδαινίου. Ζνασ άλλοσ περιοριςμόσ ςτθν εφαρμογι των χαλφβων Mo παρατθρικθκε από τθν αποςφνκεςθ των καρβιδίων του ςιδιρου πάνω από τουσ 500 C (γραφιτοποίθςθ). Μια λφςθ ςτα δφο αυτά προβλιματα ιταν θ χριςθ του χρωμίου ωσ ςυςτατικό ςτοιχείο των κραμάτων ςε ςυνδυαςμό με μολυβδαίνιο. τθν πραγματικότθτα οι χάλυβεσ Cr-Mo ιταν οι πρϊτοι που επιτρζπονταν ςε κερμοκραςίεσ ατμοφ, ςε ςτακμοφσ παραγωγισ θλεκτρικοφ ρεφματοσ, άνω των 500 C. Οι κλαςικοί χάλυβεσ Cr-Mo είναι οι 13CrMo4-5 (Σ/Ρ11) και 11CrMo9-10 (Σ/P22). Θ αντοχι ερπυςμοφ είναι ςαφϊσ υψθλότερθ από τουσ απλοφσ χάλυβεσ Μο (χιμα 2), που είναι κυρίωσ αποτζλεςμα τθσ υψθλότερθσ περιεκτικότθτασ ςε Μο. Οι χάλυβεσ Cr-Mo ςχθματίηουν καρβίδια του χρωμίου τα οποία είναι ςτακερά πάνω από τουσ 500 C. Ωσ εκ τοφτου θ γραφιτοποίθςθ δεν είναι πλζον ζνα πρόβλθμα. Σο χρϊμιο προωκεί επίςθσ τθ χριςθ ςε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ λόγω τθσ κετικισ επιρροισ του ςτθν αντοχι ςε οξείδωςθ. 4

5 Σχιμα 2. Ιδιότθτεσ χαλφβων Cr-Mo ςυμπεριλαμβανομζνων των τροποποιθμζνων τφπων. Ζνασ άλλοσ ενδιαφζρων τφποσ χαλφβων είναι ο 8CrMoNiNb9-10. Αυτοί είναι επίςθσ χάλυβεσ νιόβιου, οι οποίοι αντανακλοφν μια άλλθ πτυχι τθσ χριςθσ των φερριτικϊν χαλφβων ερπυςμοφ. Ο χάλυβασ ζχει αναπτυχκεί για πυρθνικζσ εφαρμογζσ ςε αναπαραγωγικοφσ πυρθνικοφσ αντιδραςτιρεσ που ψφχονται με υγρό νάτριο. Ζνα πρόβλθμα που ζχει προκφψει ςε αυτι τθν εφαρμογι κατά τθν χριςθ χαμθλισ περιεκτικότθτασ φερριτικοφ χάλυβα χρωμίου, όπωσ ο T/Ρ22, ςε ςυνδυαςμό με τουσ ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ υψθλοφ χρωμίου είναι ότι θ ιςχυρότερθ ςχζςθ του άνκρακα με τουσ ωςτενιτικοφσ χάλυβεσ υψθλοφ χρωμίου προκαλεί μια μαηικι διάχυςθ του άνκρακα από το φερριτικό χάλυβα μζςω του υγροφ νατρίου ςτον ωςτενιτικό χάλυβα. Αυτό ζχει ωσ αποτζλεςμα, τθν ιςχυρι μείωςθ τθσ αντοχισ του φερριτικοφ χάλυβα και τθν δθμιουγία ψακυρότθτασ ςτον ωςτενιτικό χάλυβα. Σο πρόβλθμα λφκθκε με τθν προςκικθ νιοβίου ςτα κράματα Σ/Ρ22 και τον ςχθματιςμό καρβιδίων νιόβιου αντί των καρβιδίων χρωμίου. Θ ιςχυρι ςχζςθ του άνκρακα με το νιόβιο εμποδίηει τθν εξάντλθςθ του άνκρακα ςτουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ και κατά ςυνζπεια, τθν μείωςθ τθσ αντοχισ εφελκυςμοφ. Θ αφξθςθ του χρωμίου ςε χάλυβεσ Cr-Mo πάνω από 7% οδθγεί ςε ζνα τφπο χαλφβων που ζχει μια μαρτενςιτικι μικροδομι ωσ κοινό χαρακτθριςτικό. Αυτι θ μικροδομι ειςάγει ζνα νζο ςτοιχείο τθν ςκλιρυνςθ λόγω μικροδομισ. Χαρακτθρίηεται από υψθλι πυκνότθτα διαταραχϊν και μία λεπτόκοκκθ δομι φυλλοειδοφσ μαρτενςίτθ θ οποία ςτακεροποιείταιαπότθνκατακριμνιςθκαρβιδίωνm 23 C 6. Ζτςι θ ςκλιρυνςθ λόγω μικροδομισ είναι υπεφκυνθ για τθ μεγάλθ αφξθςθ τθσ αντοχισ του X11CrMo9-1, ςε ςφγκριςθ με 11CrMo9-10 (χιμα 3). 5

6 Σχιμα 3. Ιδιότθτεσ χαλφβων 9-12% Cr ςυμπεριλαμβανομζνων των τροποποιθμζνων τφπων. Θ ειςαγωγι του X20CrMoNiV11-1 ςτθν αρχι τθσ δεκαετίασ του 1960 ιταν ζνα ςθμαντικό βιμα για τθν αφξθςθ τθσ απόδοςθσ των ςτακμϊν παραγωγισ ενζργειασ. Θ αντοχι ερπυςμοφ ςε κερμοκραςία 540 C είναι ςχεδόν θ διπλάςια από αυτι των διακζςιμων φερριτικϊνχαλφβωνμε χαμθλότερθ περικτικότθτακραματικϊν ςτοιχείων εκείνθστθσ περιόδου (π.χ. 10CrMo9-10 με 10 5 h αντοχι ερπυςμοφ των 78 MPa ςε ςφγκριςθ με 147 MPa για X20CrMoNiV11-1). Θ ςυμπεριφορά μεταςχθματιςμοφ και θμικροδομι είναι ςυγκρίςιμθ με X11CrMo9-1. Θ υψθλότερθ αντοχι ερπυςμοφ τουτφπουx20crmoniv11-1 προκαλείται κυρίωσ από τθν μεγάλθ ποςότθτα τωνκαρβιδίων M 23 C 6 ςαν αποτζλεςμα τθσ υψθλισ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα. Χάλυβεσ Ερπυςμοφ Cr-Mo-V Περαιτζρω ανάπτυξθ ςτουσ χάλυβεσ ερπυςμοφ επιτεφχκθκε με ερευνθτικζσ εργαςίεσ που ζγιναν ςτα μζςα τθσ δεκαετίασ του 1970,οι οποίεσ επζτρεψαν τθν επίτευξθ πολφ υψθλότερων αντοχϊν. Αυτό επιτεφχκθκε με τα κραματικά ςτοιχεία βανάδιο και νιόβιο. ΑυτοίοιχάλυβεσχρθςιμοποιοφντθνκατακριμνιςθμικροφμεγζκουσκαρβονιτριδίωντουNb/V (ενδομεταλλικζσενϊςεισμχ)γιατθνπαροχιεπιπλζονςκλιρυνςθσ.ε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ είναι απαραίτθτο να εξιςορροπθκεί θ ςφνκεςθ τουσ, γιατίθβζλτιςτθδιαςποράκαιμζγεκοστωνενδομεταλλικϊνενϊςεωνμχμπορείναεπιτευχκείμό νοαπότονκατάλλθλολόγοnb/vκαιτθνπεριεκτικότθταςεάηωτο. Χαρακτθριςτικό παράδειγμα αυτϊν των χαλφβων είναι ο τροποποιθμζνοστφποσχαλφβων9% Cr Σ/P91 (ονομαςία κατά EN: 6

7 X10CrMoVNb9-1) που εφευρζκθκε ςτισ ΘΠΑ. Χρθςιμοποιείται ςε νζουσ ςτακμοφσ, κακϊσ και ςτισ εργαςίεσ ςυντιρθςθσ των ζργων υψθλισ πίεςθσ/ υψθλισ κερμοκραςίασ αγωγϊν. Παρά το γεγονόσ ότι θ περιεκτικότθτα ςε άνκρακα είναι μικρότερθ, θ αντοχι ερπυςμοφ των Σ/P91 είναι ςαφϊσ υψθλότερθ από εκείνθ τθσ X20CrMoNiV11-1 λόγω των επιπλζον κραματικϊν ςτοιχείων με V και Nb, όπωσ περιγράφεται παραπάνω. Τελευταίεσ εξελίξεισ ςτουσχάλυβεσ ερπυςμοφ Θ αυξανόμενθ ανάγκθ για ςτακμοφσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ που λειτουργοφν με αυξθμζνθ απόδοςθ, ειδικά ςιμερα που οι εκπομπζσ CO 2 κεωροφνται πολφ ςθμαντικζσ, ζχει οδθγιςει ςτθν ανάπτυξθ νζων χαλφβων ερπυςμοφ οι οποίοι χαρακτθρίηονται από υψθλότερεσ αντοχζσ. Αυτοί οι χάλυβεσ ζχουν αναπτυχκεί χρθςιμοποιϊντασ ωσ βάςθ τισ υπάρχουςεσ ςυνκζςεισ χάλυβα και προςκζτοντασ το βολφράμιο (W) και το βόριο (Β). Αρχικάπιςτευότανότιτοβολφράμιοδραμεζναμθχανιςμόςκλιρυνςθσςτερεοφδιαλφματοσλόγ ωτουμεγάλουατομικοφτουμεγζκουσ.ωςτόςο, ζχει βρεκεί αργότερα ότι το βολφράμιο κα κατακρθμνιςτεί ςαν φάςθ laves κατά τθν διάρκεια τθσ λειτουργίασ. Σο βόριο πιςτεφεται ότι μειϊνει τον ρυκμό μεγζκυνςθσ τω νκαρβιδίων. Συπικά παραδείγματα τζτοιων χαλφβων είναι θ 7CrMoVTiB10-10 (T/Ρ24) και Σ/Ρ23, τα οποία χαρακτθρίηονται από εξαιρετικά υψθλζσ ιδιότθτεσ αντοχισ ςε εφελκυςμό (χιμα 2). Αυτοί οι χάλυβεσ ζχουν αναπτυχκεί πρόςφατα με βάςθ τουσ Σ/Ρ22. Ζχοντασ παρόμοια μικροδομι με τουσ Σ/Ρ22, οι ιδιότθτεσ αντοχϊν ζχουν αυξθκεί ςθμαντικά με τθν προςκικθ των κραματικϊν ςτοιχείων τιτάνιου, βαναδίου και του βόριου ςτθν περίπτωςθ των Σ/Ρ24 κακϊσ και του βολφραμίου, βαναδίου, νιόβιου και του βόριου ςτθν περίπτωςθ Σ/P23.Τποκατθγορίεσ των νζων ποιοτιτων χάλυβα ζχουν αναπτυχκεί ςτθ βάςθ των Σ/P91, όπωσ X11CrMoWVNb9-1-1 (Σ/P911), Σ/P92 και Σ/P122 (χιμα 2). Αυτζσ οι ποιότθτεσ χάλυβα αντιπροςωπεφουν παροφςα κατάςταςθ ανάπτυξθσ για ανκεκτικοφσ φερριτικοφσ χάλυβεσ ερπυςμοφ. Θ βαςικι ςφςταςθ αυτϊν των χαλφβων αντιςτοιχεί ςε εκείνθ του Σ/P91. Σο ιδιαίτερο χαρακτθριςτικό τουσ είναι ότι περιζχουν περίπου 2% βολφράμιο ενϊ περιζχουν και προςκικεσ βόριου, επίςθσ. Προκειμζνου να αποφευχκεί θ δθμιουργία του δ- φερρίτθ ςτθ μικροδομι, θ περιεκτικότθτα ςε μολυβδαίνιο των χαλφβων υψθλισ περιεκτικότθτασ ςε W ζχει μειωκεί ςε περίπου 0,5%. Για τουσ T/P122 θ περιεκτικότθτα ςε χρϊμιο ζχει αυξθκεί περίπου ςε 12%, προκειμζνου να βελτιωκεί θ αντοχι ςτθν οξείδωςθ. Θ αυξθμζνθ περιεκτικότθτα ςε χρϊμιο, ωςτόςο, επθρεάηει τθ ςτακερότθτα τθσ φάςθσ, ζτςι ϊςτε να απαιτείται προςκικθ0,9% χαλκοφ προκειμζνου να ςχθματιςτεί μια ςχεδόν πλιρθσ μαρτενςιτικι μικροδομι. 7

8 3.1 ΠΑΡΑΓΟΝΣΔ ΠΟΤ ΔΠΖΡΔΑΕΟΤΝ ΣΗ ΗΓΗΟΣΖΣΔ Δ ΤΦΖΛΔ ΘΔΡΜΟΚΡΑΗΔ Οι χάλυβεσ ερπυςμοφ χρθςιμοποιοφνται μόνο για τμιματα των καταςκευϊν που εκτίκενται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ λειτουργίασ, όπωσ ατμολζβθτεσ, τουρμπίνεσ, δοχεία υπό πίεςθ, αγωγοί και μθχανζσ αυτοκινιτων. Οι χάλυβεσ ερπυςμοφ ζχουν κακοριςμζνεσ ιδιότθτεσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ (ζωσ 600 C) κατά τθν εφαρμογι μακροχρόνιων φορτίων. Οι απαιτιςεισ είναι: Αντοχι ερπυςμοφ Επαρκισ αντίςταςθ κατά τθσ διάβρωςθσ / κλιμάκωςθσ ( scaling) Επαρκισ δυςκραυςτότθτα καλι επεξεργαςιμότθτα ςυγκολλθςιμότθτα Από τθν περιγραφι των ομάδων των υλικϊν παραπάνω, γίνεται φανερό ότι οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ ενόσ ςυγκεκριμζνου τφπου χάλυβα είναι αποτζλεςμα μιασ περίπλοκθσ αλλθλεπίδραςθσ μεταξφ τθσ αντοχισ ςε εφελκυςμό, τθσ μικροδομισ, τθσ κερμικι επεξεργαςίασ και τθσ ςφνκεςθσ του κράματοσ. ε αυτι τθν ενότθτα κα αναλφςουμε περαιτζρω τα ςτοιχεία αυτά που δίνουν τισ τελικζσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ ενόσ χάλυβα ερπυςμοφ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Όριο διαρροισ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ ε ςφγκριςθ με τθν κερμοκραςία περιβάλλοντοσ θ επίδραςθ του ορίου διαρροισ χάνεται ςε αυξθμζνεσ κερμοκραςίεσ. φμφωνα με το διάγραμμα Hookμια ςυνεχισ μετάβαςθ ςτθν περιοχι τθσ ροισ κα είναι το αποτζλεςμα. Με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ θ διάχυςθ και θ κίνθςθ των διαταραχϊν διευκολφνονται. Θ αντοχι ερπυςμοφ των μεταλλικϊν υλικϊν κατά κφριο λόγο χαρακτθρίηεται από τθ ςυμπεριφορά τουσ κατά τθν αςτοχία ςε ςυνκικεσ ερπυςμοφ (creep rupture strength). 8

9 Σχιμα 4. Διαγράμματα τάςθσ - παραμόρφωςθσ απλοφ καταςκευαςτικοφ χάλυβα ςε διάφορεσ κερμοκραςίεσ. Ανάλογα με τθ κερμοκραςία, οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ, ςε μθ κραματωμζνουσ καταςκευαςτικοφσ χάλυβεσ αλλάηουν. Με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ το όριο διαρροισ μειϊνεται ςυνεχϊσ. Σχιμα 5. Χαρακτθριςτικζσ τιμζσ μθχανικϊν ιδιοτιτων των μθ κραματικϊν χαλφβων ανάλογα με τθ κερμοκραςία. 9

10 Μθχανιςμοί Ενδυνάμωςθσ (Strengthening Mechanisms) Θ αντοχι ερπυςμοφ ενόσ χάλυβα επθρεάηεται από τθν τυπικι ονομαςτικι αντοχι ςε εφελκυςμό, τθ ςμίκρυνςθ των κόκκων, το μθχανιςμό ςκλιρυνςθσ, ο οποίοσ αφορά τθν επιπλζον ςκλιρυνςθ ενόσ χάλυβα που προκφπτει από τθν ςυνεργαςία διαφόρων κραματικϊν ςτοιχείων αντικατάςταςθσ και παρεμβολισ (solid solution hardening) και τθ ςκλιρυνςθ που δθμιουργείται από τθν κατακριμνιςθ των καρβιδίων. Από τισ ιδιότθτεσ αυτζσ, θ ςμίκρυνςθ των κόκκων είναι ίςωσ πιο μοναδικι, διότι είναι ο μόνοσ μθχανιςμόσ βελτίωςθσ τθσ δυςκραυςτότθτασ. Θ αντοχι ερπυςμοφ ενόσ χάλυβα Cr Mo προζρχεται από τον μθχανιςμό ςκλιρυνςθσ που προκφπτει από τθν ςυνεργαςία διαφόρων κραματικϊν ςτοιχείων αντικατάςταςθσ και παρεμβολισ (solid solution hardening) και των φαινομζνων που δθμιουργοφνται από τθν κατακριμνιςθ των καρβιδίων. τα αρχικά ςτάδια ερπυςμοφ, τα αποτελζςματα τθσ ςκλιρυνςθσ ενόσ χάλυβα που προκφπτει από τθν ςυνεργαςία διαφόρων κραματικϊν ςτοιχείων αντικατάςταςθσ και παρεμβολισ, είναι θ μεγαλφτερθ ςυμβολι ςτθν αντοχι ερπυςμοφ. Κακϊσ ο χρόνοσ προχωρεί, θ ςκλιρυνςθ που δθμιουργείται από τθν κατακριμνιςθ των καρβιδίων(κυρίωσ Mo 2 C ςτθν περίπτωςθ του χάλυβα μολυβδαινίου)ςυμβάλλει περιςςότερο ςτθν αντοχι ερπυςμοφ. Με το πζραςμα του χρόνου, θ ςκλιρυνςθ που προςφζρουν τα καρβίδια μειϊνεται κακϊσ αυτά μεγεκφνονται και μζςω διάχυςθσ μετατρζπονται ςε πιο ςτακερζσ φάςεισ που δεν βοθκοφν ςτθν ςκλιρυνςθ τθσ δομισ. Θ ςκλιρυνςθ ενόσ χάλυβα που προκφπτει από τθν ςυνεργαςία διαφόρων κραματικϊν ςτοιχείων αντικατάςταςθσ με κραματικά ςτοιχεία παρεμβολισ (solid solution hardening) είναι ζνασ μθχανιςμόσ που περιλαμβάνει τθν αλλθλεπίδραςθ μεταξφ αυτϊν των ςτοιχείων. Αυτι θ διαδικαςία πραγματοποιείται ςε φερριτικά κράματα που περιζχουν ςτοιχεία ςτερεϊν διαλυμάτων παρεμβολισ και αντικατάςταςθσ που ζχουν κάποια ςυγγζνεια μεταξφ τουσ. Ωσ αποτζλεςμα αυτισ τθσ ιςχυρισ ζλξθσ, ηεφγθ ι ομάδεσ ατόμων κα μποροφςαν να ςχθματίςουν περιοχζσ διαταραχϊν οι οποίεσ εμποδίηουν τθν κίνθςθ των διαταραχϊν και ςκλθραίνουν τον χάλυβα. Άλλοι μθχανιςμοί ςτερεϊν διαλυμάτων που προκφπτουν είτε από ςτοιχεία αντικατάςταςθσ είτε από ςτοιχεία παρεμβολισ δεν παρζχουν από μόνοι τουσ βελτίωςθ τθσ αντοχισ ερπυςμοφ ςε χάλυβεσ C Mn και χάλυβεσmo. Θ προςκικθ ςτοιχείων παρεμβολισ ςτον ςίδθρο δεν προςφζρει ςθμαντικι βελτίωςθ τθσ αντοχισ ςε ερπυςμοφ πάνω από τουσ 450 C, ενϊ ςτοιχεία αντικατάςταςθσ όπωσ τα Mn, CrκαιMo προκαλοφν μόνο μικρι αφξθςθ ςτθν αντοχι εφελκυςμοφ ςε απουςία ςτοιχείων παρεμβολισ. Ωςτόςο, όταν είναι παρόντεσ οριςμζνοι ςυνδυαςμοί ςτοιχείων ςτερεϊν διαλυμάτων παρεμβολισ και αντικατάςταςθσ μαηί (για παράδειγμα, Mn-N, Mo-C, και Mo-N), υπάρχει μία ςθμαντικι αφξθςθ ςτθν αντοχι ερπυςμοφ. Οι ςυνδυαςμοί αυτοί προκαλοφν ενίςχυςθ τθσ ςκλιρυνςθσ ενόσ χάλυβα που προκφπτει από τθν ςυνεργαςία διαφόρων κραματικϊν ςτοιχείων αντικατάςταςθσ με κραματικά ςτοιχεία παρεμβολισ (solid solution hardening). Θ ςκλιρυνςθ λόγω κατακριμνιςθσ δεν παίηει ςθμαντικό ρόλο ςτουσ χάλυβεσ C-Mn που ςυνικωσ χρθςιμοποιοφνται ςε εφαρμογζσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν, αν και αφξθςθ τθσ 10

11 αντοχισ από μικροφ μεγζκουσ καρβίδια του νιοβίου ζχει παρατθρθκεί. Hςκλιρυνςθ που δθμιουργείται από τθν κατακριμνιςθ των καρβιδίων είναι πιο ςθμαντικι ςε χάλυβεσ Mo, για τα οποία θ ςκλιρυνςθ κατακρθμνίςεων οφείλεται κυρίωσ ςτθν κατακριμνιςθ φάςεωνmo 2 C και Mo 2 N. Περαιτζρω αφξθςθ ςτθν ςκλιρυνςθ λόγω κατακρθμνίςεων μπορεί να επιτευχκεί με προςκικεσ νιόβιου ι βανάδιου ςε χάλυβεσ Cr-Mo. Θ ςτακερότθτα των καρβιδίων αυξάνεται με τθν ακόλουκθ ςειρά των ςτοιχείων κράματοσ: χρϊμιο, μολυβδαίνιο, βανάδιο και νιόβιο. Για αυτό αρχικά προτιμάται θ κατακριμνιςθ μικροφ μεγζκουσ και με πυκνι διαςπορά NbC και VC και ακολοφκωσ θ κατακριμνιςθ των άλλων καρβιδίων. Αυτι θ ςκλιρυνςθ κατακριμνιςθσ επθρεάηει τον ερπυςμό ςε χάλυβεσ Cr-Mo και ςχετίηεται με δευτερογενι ςκλιρυνςθ θ οποία λαμβάνει χϊρα κατά τθ διάρκεια τθσ κερμικισ κατεργαςίασ επαναφοράσ από το ςχθματιςμό καρβιδίων του Cr, V, και Μο. Σόςο ο μθχανιςμόσ ςκλιρυνςθσ ο οποίοσ αφορά ςτθν επιπλζον ςκλιρυνςθ ενόσ χάλυβα που προκφπτει από τθν ςυνεργαςία διαφόρων κραματικϊν ςτοιχείων αντικατάςταςθσ με κραματικά ςτοιχεία παρεμβολισ (solid solution hardening) όςο και θ ςκλιρυνςθ που δθμιουργείται από τθν κατακριμνιςθ των καρβιδίων γίνονται αςτακείσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Όςον αφορά τον μθχανιςμό ςκλιρυνςθσ λόγω ςτερεϊν διαλυμάτων, θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ μεγαλϊνει τον ρυκμό διάχυςθσ των διαλυτοποιθμζνων ατόμων ςτισ περιοχζσ των διαταραχϊν ενϊ τθν ίδια ςτιγμι διαςκορπίηει τα άτομα που δθμιουργοφν τισ διαταραχζσ κάνοντασ ευκολότερθ τθν κίνθςθ τουσ. τθν ςκλιρυνςθ που δθμιουργείται από τθν κατακριμνιςθ των καρβιδίων, θ κζρμανςθ του κράματοσ ςε υπερβολικά υψθλι κερμοκραςία μπορεί να προκαλζςει διαλυτοποίθςθ των φάςεων κατακριμνιςθσ. ε ενδιάμεςεσ κερμοκραςίεσ, οι κατακρθμνίςεισ μπορεί να μεγεκυνκοφν και να γίνουν λιγότερο αποτελεςματικζσ ςτο να εμποδίηουν τθν κίνθςθ των διαταραχϊν. Τψθλζσ τάςεισ και κυκλικζσ φορτίςεισ με υψθλι παραμόρφωςθ μποροφν επίςθσ να οδθγιςουν ςε επιταχυνόμενθ μείωςθ τθσ ςκλιρυνςθσ που προςφζρουν οι κατακρθμνίςεισ. Μικροδομι του χάλυβα. Οι διάφορεσ δομζσ των χαλφβων ερπυςμοφ ζχει αποδειχτεί ότι παίηουν ςθμαντικό ρόλο ςτθν τελικι αντοχι του ςε ερπυςμό. Για παράδειγμα είναι εδραιωμζνο ότι θ αντοχι ςε εφελκυςμό και θ δυςκραυςτότθτα των χαλφβων Cr-Mo με πλιρθ μπαινιτικι δομι είναι καλφτερεσ από εκείνεσ των φερριτικϊν περλιτικϊν μικροδομϊν. Θ μπαινιτικι μικροδομι των χαμθλά κραματωμζνων χαλφβων ζχει υψθλότερθ αντοχι ςε ςυνκικεσ ερπυςμοφ με υψθλζσ τάςεισ, αλλά αποδομείται γρθγορότερα από τθν περλιτικι δομι. αν αποτζλεςμα, τα φεριττοπερλιτκά υλικά ζχουν καλφτερθ αντοχι ςε ερπυςμό υπό χαμθλζσ τάςεισ και για ενδιάμεςα χρονικά διαςτιματα. Θ μεγάλθ αντοχι ςε ερπυςμό των υψθλά κραματωμζνων χαλφβων, οφείλεται ςτθν μαρτενςιτικι δομι που ςτακεροποιείται από τθν παρουςία διαφόρων καρβιδίων. 11

12 Θερμικι Κατεργαςία Οι κραματωμζνοι χάλυβεσ ερπυςμοφ ςφμφωνα με τα πρότυπα, προςφζρονται είτε με μία κερμικι κατεργαςία ομαλοποίθςθσ και επαναφοράσ, είτε με μία κερμικι κατεργαςία βαφισ και επαναφοράσ. Θ τελικι κερμικι κατεργαςία τθσ επαναφοράσ είναι πολφ ςθμαντικι για αυτοφσ τουσ χάλυβεσ, κακϊσ κακορίηει τον βακμό επίδραςθσ των διαφόρων μθχανιςμϊν ςκλιρυνςθσ. Οι ςυνκικεσ τθσ τελικισ κερμικισ κατεργαςίασ επαναφοράσ κακορίηονται από τθν ιςορροπία που απαιτείται μεταξφ αντοχισ του χάλυβα και ολκιμότθτασ για κάκε εφαρμογι. Χθμικι Σφςταςθ Οι μθχανικζσ ιδιότθτεσ των χαλφβων C και των ελαφρά κραματωμζνων χαλφβων προςδιορίηονται κυρίωσ από τθ χθμικι ςφςταςθ και τθ κερμικι κατεργαςία. Θεπίδραςθτωνκραματικϊνςτοιχείωνςεχάλυβεσπουζχουνυποςτείανόπτθςθ, ομαλοποίθςθ και επαναφορά και βαφι και επαναφορά αναφζρονται παρακάτω. Ο Άνκρακασ (C), αυξάνει τόςο τθν αντοχι εφελκυςμοφ όςο και τθ ςκλθρότθτα του χάλυβα ςε κερμοκραςία δωματίου, αλλά μειϊνει τθ ςυγκολλθςιμότθτα και τθ δυςκραυςτότθτα. τουσ χάλυβεσ C και C-Mo που προορίηονται για λειτουργία ςε αυξθμζνεσ κερμοκραςίεσ, θ περιεκτικότθτα ςε Cπεριορίηεται ςε περίπου ςτο 0,20% ςε οριςμζνεσ κατθγορίεσ ςωλθνϊςεων για λζβθτεσ, ωςτόςο, θ περιεκτικότθτα ςε άνκρακα μπορεί να φτάνει μζχρι0.35%. Για χάλυβεσ που περιζχουν χρϊμιο, θ περιεκτικότθτα ςε άνκρακα ςυνικωσ περιορίηεται ςε 0,15%. Ο άνκρακασ αυξάνει τθν αντοχι ςε εφελκυςμό, αλλά δεν προςκζτει ςθμαντικά ςτθν αντοχι ερπυςμοφ ςε κερμοκραςίεσ άνω των 540 C, γιατί τα καρβίδια τελικά ςφαιροποιοφνται ςε αυτζσ τισ κερμοκραςίεσ. Το Μαγγάνιο (Mn), εκτόσ από τθν κανονικι λειτουργία τθσ πρόλθψθσ τθσ ψακυροποίθςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ (hot shortness)με ςχθματιςμό εγκλειςμάτων ςουλφιδίου του μαγγανίου, φαίνεται επίςθσ ςτουσ απλοφσ ανκρακοφχουσ χάλυβεσ να βελτιϊνει τθν αποτελεςματικότθτα του Ν για βελτίωςθ τθσ αντοχισ τουσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Σο μαγγάνιο βελτιϊνει τθν ικανότθτα ςκλιρυνςθσ ενόσ χάλυβα αλλά παράλλθλα προςφζρει και ςτθν ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ (temper embrittlement). Σο Φϊςφορο και κείο (P&S)κεωροφνται ανεπικφμθτα ςτοιχεία και μειϊνουν ςθμαντικά τθν ολκιμότθτα ερπυςμοφ του χάλυβα. Αυτι θ μείωςθ ςτθν ολκιμότθτα, καταδεικνφει μείωςθ ςτο χρόνο ηωι του ερπυςμοφ και ςτο χρόνο ηωισ τθσ κερμικισ κόπωςθσ. Ο φϊςφοροσ μετριάηει τθν ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ (temper embrittlement). Το Πυρίτιο (Si)Αυξάνει τθν αντοχι του χάλυβα ςτισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ, ενϊ παίηει αρνθτικό ρόλο ςτθν ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ. Το χρϊμιο (Cr)ε περιεκτικότθτεσ μζχρι 0,5% δθμιουργεί ςτακερά καρβίδια ενϊ ςε μεγαλφτερεσ ποςότθτεσ (μζχρι 9% ι περιςςότερο), αυξάνει ςθμαντικά τθν αντοχι των 12

13 χαλφβων ςτθν οξείδωςθ. Σο χρϊμιο επθρεάηει επίςθσ τθ ςκλθρότθτα. Θ δράςθ του Cr ςτουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ ερπυςμοφ είναι πολφπλοκθ. Θ προςκικθ Cr από μόνθ τθσ οδθγεί ςε κάποια βελτίωςθ τθσ αντοχισ ςε ερπυςμό αν και θ αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ ςε χρϊμιο ςτουσ ομάδεσ χαλφβων χαμθλότερθσ περιεκτικότθτασ ςε άνκρακα δεν αυξάνει τθν αντίςταςθ ςε παραμόρφωςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. ε χάλυβεσ που περιζχουν Μο το μζγιςτο όριο ερπυςμοφ παρατθρείται ςε περιεκτικότθτα Cr 2,25%. Σο χρϊμιο είναι πιο αποτελεςματικό ςτθν ενίςχυςθ τθσ αντοχισ ερπυςμοφ ςτουσ χάλυβεσmo (0,5 ζωσ 1,0% Μο), όταν χρθςιμοποιείται ςε ποςότθτεσ από 1 ζωσ 2 1/2%. Το Μολυβδαίνιο (Μο) είναι ζνα βαςικό ςτοιχείο κραματοποίθςθσ ςε φερριτικοφσ χάλυβεσ όπου απαιτείται καλι αντοχι ερπυςμοφ πάνω από 450 C (840 F). Ακόμθ και ςε μικρζσ ποςότθτεσ (0,1 ζωσ 0,5%), το μολυβδαίνιο αυξάνει τθν αντοχι των χαλφβων αυτϊν ςε παραμόρφωςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Πολφ μεγαλφτερθ αντοχι ερπυςμοφ μπορεί να επιτευχκεί με τθν αφξθςθ του ποςοςτοφ του μολυβδαίνιο ζωσ περίπου 1%, παράλλθλα μειϊνεται ςθμαντικά θ ολκιμότθτα ερπυςμοφ. Προςκικεσ χρωμίου μποροφν να βελτιϊςουν τθν ολκιμότθτα ερπυςμοφ. Σο μολυβδαίνιο είναι ςτακεροποιθτισ των καρβιδίων και αποτρζπει τθγραφιτοποίθςθ. Για οριςμζνεσ περιοχζσ καταπονιςεων και κερμοκραςίασ, θ διαλυτοποίθςθ των καρβιδίων του ςιδιρου και θ ταυτόχρονθ κατακριμνιςθ καρβιδίων του μολυβδαινίου προκαλοφν ενδοτράχυνςθ (strain hardening) ςε αυτοφσ τουσ χάλυβεσ. Σο μολυβδαίνιο ςε ποςότθτεσ από 0,5% ι λιγότερο ελαχιςτοποιεί τθν ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ. Το Νιόβιο και Βανάδιο (Nb&V) προςτίκενται για τθ βελτίωςθ των μθχανικϊν ιδιότθτων ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Σο βανάδιο προςτίκεται επίςθσ ςε μερικοφσ από τουσ χάλυβεσ υψθλοφ άνκρακα για να παρζχουν πρόςκετθ αντίςταςθ ςτθν επαναφορά τθσ δομισ και να επιβραδφνει τθν μεγζκυνςθ των καρβιδίων ςε κερμοκραςίεσ λειτουργίασ. Σο Νιόβιο προςτίκεται μερικζσ φορζσ ςε χάλυβεσ για να αυξιςουν τθν αντοχι τουσ μζςω του ςχθματιςμοφ καρβιδίων. Και τα δφο αυτά ςτοιχεία ςυνειςφζρουν ςτθν αφξθςθ τθσ αντοχισ ςε ερπυςμό, μζςω τθσ κατακριμνιςθσ καρβονιτριδίων. Και τα δφο αυτά ςτοιχεία μπορεί να οδθγιςουν ςτθν δθμιουργία ρωγμϊν ανακζρμανςθσ. Το Βόριο (Βο) προςτίκεται για να αυξθκεί θ ςκλιρυνςθ. Σο βόριο μπορεί να προκαλζςει ψακυροποίθςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ και μείωςθ τθσ δυςκραυςτότθτασ. Το Βολφράμιο (W)αυξάνει τθν αντοχι ςε ερπυςμό με τον ίδιο μθχανιςμό που δρα το Μο και ζχει προτακεί να αντικαταςτιςει τθν χριςθ Μο ςε πυρθνικζσ εφαρμογζσ. 4. ΜΖΥΑΝΗΜΟΗ ΠΡΟΚΛΖΖ ΒΛΑΒΧΝ Δ ΤΦΖΛΔ ΘΔΡΜΟΚΡΑΗΔ Εκτόσ από τθν εμφάνιςθ του ερπυςμοφ, ζνασ αρικμόσ άλλων μθχανιςμϊν πρόκλθςθσ βλαβϊν ςυμβαίνουν ςε υψθλζσ κερμοκραςίασ λειτουργίασ. Οι μθχανιςμοί αυτοί ςυνοπτικά 13

14 αναλφονται παρακάτω. Θα πρζπει να ςθμειωκεί ότι πολλζσ φορζσ, περιςςότεροι από ζνασ, μθχανιςμοί βλάβθσ εμφανίηονται και μποροφν επίςθσ να αλλθλεπιδροφν μεταξφ τουσ. 4.1 ΔΡΠΤΜΟ Ιδιότθτεσ των υλικϊν ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ Δοκιμι εφελκυςμοφ: Θ δοκιμι εφελκυςμοφ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ χρθςιμεφει για να προςδιοριςτεί το όριο διαρροισ εν κερμϊ Rp0,2/κ ςτθ δοκιμι εφελκυςμοφ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Αντοχι ερπυςμοφ: Κατά τθ διάρκεια τθσ δοκιμισ ερπυςμοφ θ αφξθςθ τθσ παραμόρφωςθσ μετράται ςε ςχζςθ με μια ςτακερι δφναμθ δοκιμισ. Εκτόσ από το φορτίο, θ κερμοκραςία και θ περίοδοσ του φορτίου που αςκείται είναι ουςιϊδεισ παράγοντεσ που τθν επθρεάηουν. Μζςω τθσ δοκιμισ κραφςθσ ςε ερπυςμό (stress rupture test) κακορίηονται: θ αντοχι ερπυςμοφ, τα όρια διαρροισ για διάφορεσ χρονικζσ ςτιγμζσ, θ παραμόρφωςθ ερπυςμοφ κατά τθ κραφςθ και θ μείωςθ τθσ διατομισ κατά τθν κραφςθ ςε ερπυςμό. Σχιμα 6. Μθχανικζσ ιδιότθτεσ που μετρϊνται κατά τθν δοκιμι κραφςθσ ςε ερπυςμό. 14

15 Περιγραφι του φαινομζνου του ερπυςμοφ Ο Ερπυςμόσ είναι το φαινόμενο κατά το οποίο ζνα υλικό παραμορφϊνεται αργά και ςυνεχόμενα όταν βρεκεί υπό τάςθ ςε υψθλι κερμοκραςία. Θ ςυνεχιηόμενθ αυτι παραμόρφωςθ μπορεί τελικά να οδθγιςει ςε αςτοχία του υλικοφ. Ο ερπυςμόσ είναι μια διεργαςία εξαρτϊμενθ από τθ κερμοκραςία και διακρίνεται από τα ακόλουκα χαρακτθριςτικά: Κινιςεισ διαταραχϊν Διάχυςθ διάκενων Ολίςκθςθ των ορίων των κόκκων Διάχυςθ των ορίων των κόκκων Σο φαινόμενο του ερπυςμοφ χωρίηεται ςε τρία ςτάδια όπωσ φαίνεται ςτο παρακάτω χιμα 7. Μετά τθν αρχικι ελαςτικι-πλαςτικι παραμόρφωςθ που προκφπτει από τισ άμεςεσ επιδράςεισ του εφαρμοηόμενου φορτίου, υπάρχει μια περιοχι τθσ αφξθςθσ τθσ πλαςτικισ παραμόρφωςθσ ςε ζνα μειοφμενο ρυκμό (πρϊτο ςτάδιο, ι πρωτογενισ ερπυςμόσ). Ακολουκϊντασ τθν πρωτογενι περιοχι ερπυςμοφ, υπάρχει μια περιοχι όπου θ παραμόρφωςθ ερπυςμοφ αυξάνεται ελάχιςτα και είναι ςχεδόν ςτακερό το ποςοςτό τθσ πλαςτικισ παραμόρφωςθσ (δεφτερο ςτάδιο, ι δευτερεφων ερπυςμόσ). Αυτό το ονομαςτικά ποςοςτό ςτιγμιαίου ερπυςμοφ είναι γενικά γνωςτό ωσ ο ελάχιςτοσ ςυντελεςτισ ερπυςμοφ και χρθςιμοποιείται ευρζωσ ςε μελζτεσ ζρευνασ και μθχανικισ. Σζλοσ, υπάρχει μια περιοχι όπου δραςτικά αυξάνεται θ τάςθ με ραγδαία επζκταςθ τθσ κραφςθσ (τρίτο ςτάδιο, ι τριτογενισ ερπυςμόσ).ο τριτογενισ ερπυςμόσ δεν ζχει καμία διακριτι αρχι, αλλά δεν αναφζρεται ςτθν περιοχι με τον αυξανόμενο ρυκμό επζκταςθσ που ακολουκεί θ κραφςθ. Τπό οριςμζνεσ ςυνκικεσ, οριςμζνα μζταλλα μπορεί να μθν παρουςιάηουν τα τρία ςτάδια τθσ πλαςτικισ επζκταςθσ. Για παράδειγμα, ςε μεγάλεσ τάςεισ ι κερμοκραςίεσ, θ απουςία του πρωτογενοφσ ερπυςμοφ δεν είναι αςυνικιςτο φαινόμενο, με δευτερεφων ερπυςμό ι ςε ακραίεσ περιπτϊςεισ, τριτογενι ερπυςμό αμζςωσ μετά τθ φόρτιςθ. 15

16 Σχιμα 7.χθματικι αναπαράςταςθ των ςταδίων του ερπυςμοφ. Κατά τθ διάρκεια των διαφόρων ςταδίων ερπυςμοφ, ςθμαντικζσ αλλαγζσ μικροδομισ ςυμβαίνουν ςε όλα τα επίπεδα. Από τθν ατομικι κλίμακα, οιδιαταραχζσδθμιουργοφνταικαιεξαναγκάηονταιςεκίνθςθμζςαςτουλικό. Αυτόοδθγείςεενδοτράχυνςθκακϊσθπυκνότθτατωνδιαταραχϊναυξάνεταιμεαποτζλεςματθν αφξθςθ τθσ δυςκολίασ ςτθν κίνθςθ τουσ. ε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ, αυτό ζχει ςαν αποτζλεςμα τον ςυνεχϊσ μειοφμενο ρυκμό ερπυςμοφ. Ωςτόςο, αν θ κερμοκραςία είναι αρκετά υψθλι, οι διαταραχζσ καταςτρζφονται και ανακατανζμονται κατά τθν διάρκεια του φαινομζνου του αναςχθματιςμοφ (recovery).θ παραμόρφωςθ ερπυςμοφ παράγει αλλαγζσ μικροδομισ, όπωσ θ ολίςκθςθ των ορίων των κόκκων, ο ςχθματιςμόσ και θ ανάπτυξθ διακζνων (cavities) και ρθγματϊςεων (περικρυςταλλικζσ και διακρυςταλικζσ). Τπάρχουν άλλοι, μερικοί από τουσ οποίουσ είναι πολφ ςθμαντικοί. Σο ζνα είναι θ γραφιτοποίθςθ που εμφανίηεται ςε ςιδθροφχα κράματα χωρίσ τθν παρουςία επαρκοφσ ποςότθτασ ςτοιχείων ςτακεροποίθςθσ των καρβιδίων. Σα καρβίδια του ςιδιρου (ςεμεντίτθσ) αποςυντίκεται ςε γραφίτθ και ςιδιρο. Θ προςκικθ χρωμίου βοθκάει ςτο να αποφευχκεί αυτό το φαινόμενο. Θ γραφιτοποίθςθ επθρεάηεται επίςθσ ζντονα από το περιεχόμενο μολυβδαίνιο και τον μθχανιςμό αποξείδωςθσ του χάλυβα κατά τθν καταςκευι του. Θ ζκταςθ των αλλαγϊν ςτθν μικροδομι είναι γενικά αυξιμζνθ κοντά κζςεισ τθσ κραφςθσ, ςε ςφγκριςθ με άλλεσ περιοχζσ. Παράγοντεσ που Επθρεάηουν τον Ερπυςμό Ο ρυκμόσ τθσ παραμόρφωςθσ ερπυςμοφ είναι ςυνάρτθςθ του υλικοφ, του φορτίου, και τθσ κερμοκραςίασ. Ο ρυκμόσ τθσ παραμόρφωςθσ,(strain rate) ςχετίηεται τόςο με το φορτίο όςο και με τθν κερμοκραςία. Γενικά, μια αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ 16

17 περίπου 12 C ι μια αφξθςθ τθσ τάςθσ κατά 15% μπορεί να μειϊςει τθν υπολειπόμενθ διάρκεια ηωισ ςτο μιςό ι περιςςότερο, ανάλογα με το κράμα. Σο φαινόμενο του ερπυςμοφ ενεργοποιείται ςε κερμοκραςίεσ λειτουργίασ μεγαλφτερεσ από αυτζσ που δίνονται ςτον πίνακα 2 για κάκε χάλυβα. Σο επίπεδο των ηθμιϊν ερπυςμοφ είναι μια ςυνάρτθςθ του υλικοφ και των αντίςτοιχων τιμϊν κερμοκραςίασ/τάςθσ ςτισ οποίεσ παρουςιάηεται θ παραμόρφωςθ ερπυςμοφ. Θ διάρκεια ηωισ των μεταλλικϊν ςτοιχείων γίνεται ςχεδόν άπειρθ ςε κερμοκραςίεσ κάτω του ορίου (Πίνακασ 2), ακόμθ και ςε περιοχζσ υψθλισ καταπόνθςθσ κοντά ςτθν άκρθ μιασ ρωγμισ. Θ εμφάνιςθ τθσ βλάβθσ ερπυςμοφ με ελάχιςτθ ι καμία εμφανι παραμόρφωςθ ςυχνά λανκαςμζνα αναφζρεται ωσ ερπυςμόσ ευκραυςτότθτασ, αλλά ςυνικωσ δείχνει ότι το υλικό ζχει χαμθλι ολκιμότθτα ερπυςμοφ. Αυξθμζνθ τάςθ λόγω τθσ απϊλειασ πάχουσ από διάβρωςθ κα μειϊςει τον χρόνο τθσ αςτοχίασ. M a t e r i a l T h r e s h o l d T e m p e r a t u r e C a r b o n S t e e l F ( O C ) C - 1 / 2 M o F ( O C ) 1 1 / 4 C r - 1 / 2 M o F ( C ) 2 1 / 4 C r - 1 M o F ( C ) 5 C r - 1 / 2 M o F ( C ) 9 C r - 1 M o F ( C ) 2 1 / 4 C r - 1 M o - 1 / 4 V F ( C ) 9 C r - 1 M o - 1 / 4 V F ( C ) Πίνακασ 2.Θερμοκραςίεσ ορίων λειτουργίασ ερπυςμοφ για διάφορα υλικά Μορφολογία του Ερπυςμοφ Σα αρχικά ςτάδια του ερπυςμοφ μποροφν να προςδιοριςτοφν μόνο με θλεκτρονικό μικροςκόπιο ςάρωςθσ ι μεταλλογραφία. Σα κενά ερπυςμοφ ςυνικωσ εμφανίηονται ςτα όρια των κόκκων και ςε μεταγενζςτερα ςτάδια δθμιουργοφν διαχωριςμό των ορίων των κόκκων και ςτθ ςυνζχεια μακροςκοπικζσ ρωγμζσ. ε κερμοκραςίεσ πολφ πάνω από τα όρια, μπορεί να παρατθρθκεί αιςκθτι παραμόρφωςθ. Για παράδειγμα, οι ςωλινεσ ενόσ λζβθτα μπορεί να υποφζρουν από μακροχρόνια ηθμιά ερπυςμοφ και να παρουςιάηουν ςθμαντικι παραμόρφωςθ 17

18 πριν ςυμβεί τθν τελικι κραφςθ. (χιμα 8) Σο ποςό τθσ παραμόρφωςθσ εξαρτάται από το υλικό κυρίωσ, και τον ςυνδυαςμό κερμοκραςίασ και πίεςθσ. ε δοχεία πίεςθσ και ςτισ ςωλθνϊςεισ, κραφςθ από ερπυςμό μπορεί να ςυμβεί όταν υψθλζσ κερμοκραςίεσ μετάλλου και ςυγκεντρϊςεισ τάςεων εμφανίηονται μαηί, όπωσ κοντά ςε μεγάλεσ διαρκρωτικζσ αςυνζχειεσ ςυμπεριλαμβανομζνων τισ ενϊςεισ των ςωλθνϊςεων τφπου Σ, τα ακροφφςια, ι τα ελαττϊματα των ςυγκολλιςεων. Οι ρωγμζσ ερπυςμοφ από τθν ςτιγμι που κα δθμιουργθκοφν μπορεί να προχωριςουν πολφ γριγορα. Αντιμετϊπιςθ του Ερπυςμοφ Τπάρχει λίγα πράγματα που οι επικεωρθτζσ ι οι λειτουργοί μποροφν να κάνουν για να αποφφγουν αυτό το φαινόμενο από τθ ςτιγμι που ζνα υλικό με ευαιςκθςία βρίςκεται ςε λειτουργία ςτθ κερμοκραςιακι περιοχι ερπυςμοφ, εκτόσ από το να ελαχιςτοποιθκεί θ κερμοκραςία μετάλλου, ιδιαίτερα με τουσ ςωλινεσ ςε ζνα λζβθτα που κάνει χριςθ καυςτιρων. Θ αποφυγι ςθμείων ςυγκζντρωςθσ τάςεων είναι ςθμαντικι κατά τθ διάρκεια του ςχεδιαςμοφ και τθσ καταςκευισ. Θ χαμθλι ολκιμότθτα ερπυςμοφ μπορεί να ελαχιςτοποιθκεί με τθν προςεκτικι επιλογι τθσ ςφςταςθσ για ελαφρά κραματωμζνουσ χάλυβεσ. Τψθλότερεσ κερμοκραςίεσ ανόπτθςθσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ μπορεί να βοθκιςουν ςτθν ελαχιςτοποίθςθ τθσ ρθγάτωςθσ ερπυςμοφ ςε υλικά με χαμθλι ολκιμότθτα ερπυςμοφ. Ο ερπυςμόσ δεν είναι αναςτρζψιμοσ. Μόλισ μια ηθμία ι ρωγμζσ ανιχνεφονται, ζνα μεγάλο μζροσ τθσ ηωισ του εξαρτιματοσ ζχει εξαντλθκεί και τυπικά οι επιλογζσ είναι να επιςκευαςτεί ι να αντικαταςτακεί το κατεςτραμμζνο εξάρτθμα. Κράματα με βελτιωμζνθ αντοχι ερπυςμοφ μπορεί να απαιτοφνται για μεγαλφτερθ διάρκεια ηωισ. Οι λζβθτεσ πρζπει να ςχεδιάηονται και να λειτουργοφν για τθν ελαχιςτοποίθςθ των κερμϊν ςθμείων και τθσ τοπικισ υπερκζρμανςθσ. Ελαχιςτοποιϊντασ τισ επικακιςεισ/ακακαρςίεσ από τθν πλευρά των διεργαςιϊν (process side) και τισ επικακιςεισ/επιςτρϊςεισ οξειδίων από τθν πλεφρα των καυςαερίων (fire side) Εκτίμθςθ εναπομζνουςασ ηωισ Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί θ ηθμιά ερπυςμοφ είναι μθ αναςτρζψιμθ και ςωρευτικι ςε ζνα υλικό. Λαμβάνοντασ υπόψθ το γεγονόσ ότι υπάρχει μεγάλο ενδιαφζρον για να ςυνεχίςουν να χρθςιμοποιοφν εξοπλιςμό που εκτίκενται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ πζρα από τθν ονομαςτικι διάρκεια ηωισ του, κακϊσ επίςθσ και να είναι ςε κζςθ να αξιολογιςει το ποςοςτό εναπομζνουςασ ηωισ του εξοπλιςμοφ που ζχει καταναλωκεί από τθ ηθμιά ερπυςμοφ ςε οποιοδιποτε ςτάδιο, διάφορεσ τεχνικζσ ζχουν αναπτυχκεί για τον υπολογιςμό τθσ εναπομζνουςασ ηωισ. Αυτζσ οι τεχνικζσ περιλαμβάνουν ςυνικωσ μια ποικιλία δοκιμϊν, ςυμπεριλαμβανομζνων μθ Καταςτροφικϊν Ελζγχων (UT, RT, ΕC, 18

19 μετριςεισ διαςτάςεων) μεταλλογραφικόσ ζλεγχοσ με ρζπλικεσ, μθχανικζσ δοκιμζσ, κακϊσ και κεωρθτικοφσ υπολογιςμοφσ που κάνουν χριςθ των πειραματικϊν ιδιοτιτων αντοχισ ερπυςμοφ για κάκε υλικό. Ο μεταλλογραφικόσ ζλεγχοσ με ρζπλικεσ ζχει τθν δυνατότθτα να επιτρζψει ταξινομιςεισ τθσ ηθμιάσ τθσ μικροδομισ (χιμα 9, 10) που μποροφν να ςυςχετιςτοφν άμεςα με το ποςοςτό εναπομζνουςασ ηωισ. Θ ηθμιά του υλικοφ λόγω τθσ παραμόρφωςθσαπόερπυςμόςυμβαίνειμεζνανμθχανιςμόπυρθνοποίθςθσκαιανάπτυξθσδιακ ζνων (cavities, voids) είτε μζςα ςτουσ κόκκουσ του υλικοφ είτε ςυνθκζςτερα ςτα όρια των κόκκων. Εςωτερικάδιάκενααρχικάπυρθνοποιοφνταικατάτθνπαραμόρφωςθερπυςμοφτουυλικοφκαις τθνςυνζχεια αναπτφςςονται. Τπάρχει ςαφισ ςυςχζτιςθ αυτϊν των δεδομζνων, ζτςι ϊςτε ζνα ελάχιςτο και μζγιςτο εναπομείναν κλάςμα ηωισ να μπορεί να κακοριςτεί (Πίνακασ 3).Θ ποιοτικι-ποςοτικι ςχζςθ είναι ςυμφζρουςα, γιατί τα δεδομζνα από τον ζλεγχο με ρζπλικεσ ςτθν επιφάνεια του εξαρτιματοσ μπορεί να δϊςει ικανοποιθτικι πρόγνωςθ όςον αφορά τθ δθμιουργία μιασ ςυντθρθτικισ εκτίμθςθσ ελάχιςτου και μζγιςτου χρόνου ηωισ. Θ μζγιςτθ διάρκεια ηωισ είναι χριςιμθ κατά τθν εφαρμογι ενόσ ςυςτιματοσ ςυντιρθςθσ κακϊσ μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τον προγραμματιςμό μελλοντικϊν επιςκευϊν ι αντικατάςταςθσ εξοπλιςμοφ. Σχιμα8.Ρωγμζσ ερπυςμοφςε ςωλινα λζβθτα. Πίνακασ 3. υςχζτιςθ του επιπζδου βλάβθσ και του κλάςματοσ ηωισ που καταναλϊνεται 19

20 Σχιμα9. Αξιολόγθςθ ερπυςμοφ τθσ ηωισ με βάςθ τθν ταξινόμθςθ των κοιλοτιτων ςε χάλυβεσ λζβθτα. Σχιμα 10. Εικόνεσ μεταλλογραφικι Replica που δείχνουν ζνα P22 υλικό με τθν αρχικι μικροδομι (δεξιά) και τθ μικροδομι ζπειτα από ερπυςμό ζχοντασ καταναλϊςει το 70% του χρόνου ηωισ ςε λειτουργία (αριςτερά). Σο Παράρτθμα Α περιζχει αποςπάςματα από τα Πρότυπα EN , EN και το EN , τα οποία δίνουν τισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ διαφόρων τφπων χαλφβων ερπυςμοφ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. 20

21 4.2 ΘΔΗΧΖ (SULFIDATION) Περιγραφι τουμθχανιςμοφ Θ διάβρωςθ του ανκρακοφχου χάλυβα και άλλων κραμάτων είναι το αποτζλεςμα τθσ αντίδραςισ τουσ με ενϊςεισ κείου ςε περιβάλλοντα υψθλισ κερμοκραςίασ. Θ παρουςία του υδρογόνου επιταχφνει τθ διάβρωςθ. Όταν θ δραςτθριότθτα του κείου (μερικι πίεςθ, ςυγκζντρωςθ) ςε περιβάλλοντα αερίων είναι επαρκϊσ υψθλι, φάςεισ ςουλφιδίου, αντί των φάςεων οξειδίου, μποροφν να ςχθματιςτοφν. Οι μθχανιςμοί ςχθματιςμοφ ςουλφιδίων ςε αζρια περιβάλλοντα και κάτω από τθγμζνεσ επικακιςεισ αλάτων, ζχουν προςδιοριςτεί τα τελευταία χρόνια. τθν πλειοψθφία των περιβαλλόντων που ςυναντϊνται ςτθν πράξθ, τα ανκεκτικά ςτθν οξείδωςθ, κράματα κα ζπρεπε να ςχθματίηουν επιςτρϊςεισ Al 2 O 3 ι Cr 2 O 3 αντί για ςουλφίδια, και θ καταςτροφικι ηθμιά λόγω κειϊςθσ (sulfidation) ςυμβαίνει κυρίωσ ςτισ περιοχζσ όπου αυτό το προςτατευτικό ςτρϊμα οξειδίου ζχει ςπάςει. Ο ρόλοσ του κείου, μόλισ ειςαχκεί ςτο κράμα, φαίνεται να είναι ο ςχθματιςμόσ ςουλφιδίων με το χρϊμιο και το αλουμίνιο, αλλάηοντασ ουςιαςτικά τθν κατανομι των ςτοιχείων που είναι υπεφκυνα για τθν δθμιουργία του προςτατευτικοφ ςτρϊματοσ ςτθν επιφάνεια του κράματοσ. Με αυτό τον τρόπο το κείο παρεμβαίνει ςτθν διαδικαςία του ςχθματιςμοφ ι τθν εκ νζου διαμόρφωςθ του προςτατευτικοφ ςτρϊματοσ. Αν επαρκισ ποςότθτα κείου ειςζλκει ςτο κράμα ζτςι ϊςτε όλα τα άμεςα διακζςιμα ςτοιχεία του χρϊμιου ι του αλουμινίου να μετατρζπουν ςε ςουλφίδια, τότε λιγότερο ςτακερά ςουλφίδια των βαςικϊν μετάλλων μποροφν να δθμιουργθκοφν λόγω τθσ μορφολογικϊν και κινθτικϊν λόγων. Είναι αυτά τα ςουλφίδια των μετάλλων, που είναι ςυχνά υπεφκυνα για τθν παρατθροφμενθ επιτάχυνςθ τθσ επίκεςθσ, επειδι μεγαλϊνουν πολφ πιο γριγορα από ό, τι τα οξείδια ι τα ςουλφίδια χρϊμιου ι αλουμίνιου. Επιπλζον, ζχουν ςχετικά χαμθλά ςθμεία τιξθσ, ζτςι ϊςτε οι τετθγμζνεσ φάςεισ ςκωρίασ είναι ςυχνά πικανζσ. Μια τυπικι ηθμιά κείωςθσ παρουςιάηεται ςτα χιματα 11, 12. Παράγοντεσ που Επθρεάηουν το Sulfidation θμαντικζσ παράγοντεσ που επθρεάηουν τθ κείωςθ είναι θ ςφνκεςθ του κράματοσ, θ κερμοκραςία και θ ςυγκζντρωςθ των διαβρωτικϊν ενϊςεων κείου. Θ ευαιςκθςία ενόσ κράματοσ ςτθ κείωςθ κακορίηεται από τθν ικανότθτά του να ςχθματίηει προςτατευτικι κλίμακα ςουλφιδίου. Θ κείωςθ των κραμάτων με βάςθ το ςίδθρο αρχίηει ςυνικωσ ςε κερμοκραςίεσ μετάλλου πάνω από 260 o C. Οι τυπικζσ επιδράςεισ τθσ αφξθςθσ τθσ κερμοκραςίασ, το περιεχόμενο χρωμίου και τθν περιεκτικότθτα ςε κείο ςτθν απϊλεια μετάλλου φαίνεται ςτο χιμα 13. ε γενικζσ γραμμζσ, θ αντίςταςθ των κραμάτων με βάςθ το ςίδθρο και νικζλιο κακορίηεται από τθν περιεκτικότθτα ςε χρϊμιο του υλικοφ. Θ αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ ςε χρϊμιο αυξάνει ςθμαντικά τθν αντίςταςθ ςτθν κείωςθ. 21

22 Ανοξείδωτοι χάλυβεσ τθσ ςειρά 300, όπωσ οι τφποι 304, 316, 321 και 347, είναι ιδιαίτερα ανκεκτικοί ςτο περιβάλλον των περιςςότερων διεργαςιϊν ενόσ διυλιςτθρίου. Κράματα με βάςθ το νικζλιο είναι παρόμοια με ανοξείδωτουσ χάλυβεσ από το γεγονόσ ότι παρόμοια επίπεδα χρωμίου παρζχουν παρόμοια αντίςταςθ ςτθν κείωςθ. Σο αργό πετρζλαιο, ο άνκρακασ και άλλεσ πθγζσ υδρογονανκράκων περιζχουν κείο ςε διάφορεσ ςυγκεντρϊςεισ. Θ ςυνολικι περιεκτικότθτα ςε κείο αποτελείται από πολλζσ διαφορετικζσ ενϊςεισ που περιζχουν κείο. Θ κείωςθ προκαλείται κυρίωσ από H 2 S και άλλα αντιδραςτικά είδθ κείου, ωσ αποτζλεςμα τθσ κερμικισ αποςφνκεςθσ των ενϊςεων κείου ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Μερικζσ ενϊςεισ του κείου αντιδροφν πιο εφκολα και ςχθματίηουν H 2 S. Ωσ εκ τοφτου, μπορεί να είναι παραπλανθτικό να προβλεφκοφν τα ποςοςτά διάβρωςθσ με τθν περικτικότθτα μόνο ςε κείο. Ζνα ςτρϊμα ςουλφιδίου ςτθν επιφάνεια του εξαρτιματοσ προςφζρει διαφόρουσ βακμοφσ προςταςίασ ςε άλλου τφπου διάβρωςθ ανάλογα με το κράμα και τθν φφςθ του προϊόντοσ τθσ διεργαςίασ. Σχιμα11.Τψθλισ κερμοκραςίασ κείωςθ του ςωλινα εναλλάκτθ κερμότθτασ. 22

23 Σχιμα12.Θείωςθ μίασ καμπφλθ κολλθμζνθσ ςε φλάντηα ςε γραμμι τροφοδοςίασ H 2 S. Αξίηει να ςθμειωκεί θ φπαρξθ ςτρϊματοσ κειοφχου ςιδιρου με μεγάλο πάχοσ. Θ εικόνα SEM δείχνει τθν εξωτερικι ςτρϊςθ λεπτοφ οξειδίου, το υπόλοιπο του μετάλλου ςτθ μζςθ και το παχφ ςτρϊμα κειοφχου ςτθν εςωτερικι επιφάνεια. Σχιμα 13.Συπικό φαινόμενο κείωςθσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ για διάφορα υλικά 23

24 Μορφολογία του Sulfidation Ανάλογα με τισ ςυνκικεσ λειτουργίασ, το φαινόμενο είναι πιο ςυχνά με τθ μορφι ομοιόμορφθσ λζπτυνςθσ αλλά μπορεί να ςυμβαίνει ωσ εντοπιςμζνθ διάβρωςθ ι υψθλι ταχφτθτα διάβρωςθσ - ηθμιάσ. Ζνα ςτρϊμαςουλφίδιου κα καλφπτει ςυνικωσ τθν επιφάνεια των εξαρτθμάτων. Οι εναποκζςεισ μπορεί να είναι παχιζσ ι λεπτζσ ανάλογα το κράμα, διαβρωτικι ικανότθτα του προϊόντοσ, τθν ταχφτθτα του ρευςτοφ και τθν παρουςία προςμείξεων (χιμα 11). Πρόλθψθ Ζθμιϊν Αντοχι ςε κείωςθ επιτυγχάνεται γενικά με τθν αναβάκμιςθ ςε υψθλότερα κράματα χρωμίου. Οι ςωλθνϊςεισ και ο εξοπλιςμόσ καταςκευαςμζνα ι επιςτρωμζνα με ανοξείδωτουσ χάλυβεσ ςειράσ 300 ι 400 μπορεί να προςφζρει ςθμαντικι αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ. Μία επεξεργαςία διάχυςθσ Αλουμίνιου ςε εξαρτιματα ελαφρά κραματωμζνων χαλφβων χρθςιμοποιείται μερικζσ φορζσ για να μειϊςει τα ποςοςτά κείωςθσ και τθν ελαχιςτοποίθςθ του ςχθματιςμοφ επικάλυψθσ, ωςτόςο, αυτό δεν μπορεί να προςφζρει πλιρθ προςταςία. 4.3 HIGH TEMPERATURE HYDROGEN ATTACK (HTHA) Περιγραφι του Φαινομζνου Σο φαινόμενο αυτό δθμιουργείται παρουςία υδρογόνου, το οποίο με τισ κατάλλθλεσ ςυνκικεσ κερμοκραςίασ και μερικισ πίεςθσ ειςχωρεί ςτον χάλυβα και αντιδρά με καρβίδια δθμιουργϊντασ μεκάνιο. Fe 3 C 3Fe + C C + 2H 2 CH 4 Θ πίεςθ του μεκανίου αυξάνεται ςτο εςωτερικό του χάλυβα και δθμιουργεί κφλακεσ μεκανίου οι οποίοι τελικά μπορεί να οδθγιςουν ςτθν δθμιουργία ρωγμϊν ςτο υλικό Θ κραφςθ μπορεί να ςυμβεί όταν οι ρωγμζσ μειϊνουν τθν ικανότθτα μεταφοράσ φορτίου του εξοπλιςμοφ υπό πίεςθ. 24

25 Παράγοντεσ που Επθρεάηουν το ΗΤΗΑ Για ζνα ςυγκεκριμζνο υλικό, θ HTHA εξαρτάται από τθ κερμοκραςία, τθ μερικι πίεςθ υδρογόνου, το χρόνο και τθν τάςθ φόρτιςθσ. Ο χρόνοσ λειτουργίασ είναι ακροιςτικόσ. κατά τθν εξζλιξθ του HTHA προθγείται ζνα χρονικό διάςτθμα όταν δεν υπάρχει αξιοςθμείωτθ αλλαγι ςτισ ιδιότθτεσ του υλικοφ που να είναι ανιχνεφςιμθ με τεχνικζσ κανονικισ επικεϊρθςθσ. Θ περίοδοσ επϊαςθσ είναι το χρονικό διάςτθμα κατά τθ διάρκεια του οποίου ζχει ςθμειωκεί αρκετι ηθμιά για να μετρθκεί με τισ διακζςιμεσ τεχνικζσ ελζγχου και μπορεί να ποικίλει από ϊρεσ ςε πολφ δφςκολεσ ςυνκικεσ εϊσ πολλά χρόνια. Σο χιμα 14δείχνει τθν φπαρξθ καμπυλϊν οι οποίεσ υποδεικνφουν τα περικϊρια αςφαλισ λειτουργίασ για διάφορεσ τιμζσ μερικισ πίεςθσ υδρογόνου και κερμοκραςίασ για ανκρακοφχουσ και χαμθλά κραματωμζνουσ χάλυβεσ. Οι καμπφλεσ είναι αρκετά ςυντθρθτικζσ για ανκρακοφχουσ χάλυβεσ και για τιμζσ μερικισ πίεςθσ υδρογόνου μζχρι περίπου psi. Θ ειρά 300 SS, κακϊσ τα κράματα με 9και 12%Cr, δεν είναι ευπακι ςε HTHA ςε φυςιολογικζσ ςυνκικεσ ςτισ μονάδεσ διυλιςτθρίου. Μθ κραματωμζνοι χάλυβεσ και χάλυβεσ ερπυςμοφ με περιεκτικότθτα ςε Cr ζωσ 5% είναι επιρρεπείσ ςτθν εμφάνιςθ του φαινομζνου. Μορφολογία των Ζθμιϊν Θ HTHA μπορεί να επιβεβαιωκεί με τθ χριςθ εξειδικευμζνων τεχνικϊν, ςυμπεριλαμβανομζνων μεταλλογραφικισ ανάλυςθσ τθσ ηθμιάσ όπωσ περιγράφεται παρακάτω. Θ αντίδραςθ άνκρακα - υδρογόνου μπορεί να προκαλζςει απανκράκωςθ ςτθν επιφάνεια του χάλυβα. Εάν θ διάχυςθ του άνκρακα ςτθν επιφάνεια είναι περιοριςμζνθ, θ αντίδραςθ μπορεί να οδθγιςει ςε εςωτερικζσ απανκρακϊςεισ, ςχθματιςμό μεκανίου και ρωγμζσ. τα πρϊτα ςτάδια τθσ HTHA, φυςαλίδεσ / κοιλότθτεσ μπορεί να ανιχνευκοφν ςε δείγματα από ζνα μικροςκόπιο ςάρωςθσ, αν και μπορεί να είναι δφςκολο να βρεκεί θ διαφορά μεταξφ των κοιλοτιτων HTHA και ερπυςμοφ. Οριςμζνεσ λειτουργίεσ του διυλιςτιριου εκκζτουν τουσ χαμθλοφ άνκρακα χάλυβεσ και ςτισ δφο αυτζσ ηθμιζσ. Πρϊιμα ςτάδια τθσ HTHA μποροφν να επιβεβαιωκοφν μζςω των προθγμζνων μεταλλογραφικϊν αναλφςεων των κατεςτραμμζνων περιοχϊν (χιμα 15). ε μεταγενζςτερα ςτάδια τθσ ηθμιάσ, απανκράκωςθ ι / και ρωγμζσ μποροφν να φανοφν με εξζταςθ δειγμάτων ςτο μικροςκόπιο και μπορεί μερικζσ φορζσ να βρεκεί από επιτόπου μεταλλογραφία (χιμα 16). Οι ρωγμζσ είναι περικρυςταλλικζσ και εμφανίηονται δίπλα ςε περλιτικζσ (καρβίδιο του ςιδιρου) περιοχζσ των ανκρακοφχων χαλφβων. 25

26 Πρόλθψθ Ζθμιϊν Θ χριςθ χαλφβων χρωμίου και μολυβδαίνιου για να αυξθκεί θ ςτακερότθτα του καρβίδιου και να μειωκεί θ δθμιουργία μεκανίου. Άλλα ςτακεροποιθτικά ςτοιχεία των καρβιδίων είναι το βολφράμιο και το βανάδιο. Θ ςυνικθσ πρακτικι του ςχεδιαςμοφ είναι να χρθςιμοποιείται ζνασ ςυντελεςτισ αςφαλείασ από 14 o Cζωσ 28 o C για τισ καμπφλεσ που φαίνονται ςτο χιμα 11. Ενϊ οι καμπφλεσ ζχουν λειτουργιςει ςτθ βιομθχανία καλά, υπιρξαν αρκετζσ αποτυχίεσ ςε χάλυβεσ C-0,5Μο ςτθ λειτουργία του διυλιςτθρίου κάτω από ςυνκικεσ που προθγουμζνωσ κεωροφνταν αςφαλείσ. Θ μειωμζνθ ςτακερότθτα των καρβίδιων ςε αυτοφσ του χάλυβεσ υπό ςυνκικεσ HTHA μπορεί να οφείλεται τουλάχιςτον εν μζρει ςτα διάφορα καρβίδια που ςχθματίηονται κατά τθ διάρκεια των διαφόρων κερμικϊν κατεργαςιϊν που εφαρμόηονται ςτθν καταςκευι του εξοπλιςμοφ. Ωσ αποτζλεςμα των προβλθμάτων με τα χάλυβεσ 0,5 Μο, θ καμπφλθ τουσ ζχει αφαιρεκεί από το κφριο ςφνολο των καμπυλϊν και το υλικό δεν ςυνιςτάται για νζεσ καταςκευζσ ςε διεργαςίεσ κερμοφ υδρογόνου. Για τον υπάρχοντα εξοπλιςμό, αυτι θ ανθςυχία ζχει προκαλζςει μια οικονομικι αναςκόπθςθ του κόςτουσ μίασ αςτοχίασ ςε ςχζςθ με τθν αντικατάςταςθ με ζνα πιο κατάλλθλο κράμα. Θ επικεϊρθςθ είναι πολφ δφςκολθ γιατί προβλιματα ζχουν παρουςιαςτεί ςε κερμικά επθρεαςμζνεσ ηϊνεσ κακϊσ και ςτο μζταλλο βάςθσ μακριά από τθν ςυγκόλλθςθ. Επίςτρωςθ με ανοξείδωτα κράματα τθσ ςειράσ 300 χρθςιμοποιείται ςε διεργαςίεσ υδρογόνου όπου το μζταλλο τθσ βάςθσ δεν ζχει επαρκι αντοχι ςε κείωςθ (sulfidation). Αν και αναγνωρίηεται ότι θ κανονικά μεταλλουργικά ςυνδεδεμζνθ ωςτενιτικι επικάλυψθ / επζνδυςθ κα μειϊςει τθ μερικι πίεςθ του υδρογόνου που υφίςταται ςτο υποκείμενο μζταλλο, τα περιςςότερα διυλιςτιρια φροντίηουν ϊςτε το αρχικό βαςικό μζταλλο να ζχει επαρκι αντοχι ςτθ HTHA υπό ςυνκικεσ λειτουργίασ. ε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ, τα διυλιςτιρια λαμβάνουν υπόψθ τουσ αυτι τθν μείωςθ τθσ μερικισ πιζςεωσ όταν αξιολογείται θ ανάγκθ για τθν απομάκρυνςθ του υδρογόνου ενϊ ςταματάει θ λειτουργία του εξοπλιςμοφ με μεγάλο πάχοσ ελάςματοσ. 26

27 Σχιμα 14.Αςφαλισ λειτουργία για αποφυγι HTHA ςε διάφορουσ χάλυβεσ. 27

28 Σχιμα 15.Τψθλισ μεγζκυνςθσ μεταλλογραφικι εικόνα που δείχνει πολφ μικρζσ ρωγμζσ λόγω HTHA. Σχιμα 16.Μεταλλογραφικι εικόνα που δείχνει διαςφνδεςθ των μικρορωγμϊν να ςχθματίςουν ςυνεχείσ ρωγμζσ. θμειϊςτε ότι θ ηθμία αυτι ςυνοδεφεται από ζνα ςθμαντικό ποςό απανκράκωςθσ 28

29 4.4 ΟΞΔΗΓΧΖ ΤΦΖΛΧΝ ΘΔΡΜΟΚΡΑΗΧΝ Περιγραφι των ηθμιϊν Σο Οξυγόνο αντιδρά με ανκρακοφχο χάλυβα και άλλα κράματα ςε υψθλι κερμοκραςία και μετατρζπει το χάλυβα ςε οξείδιο. Σο οξυγόνο βρίςκεται ςτον αζρα που χρθςιμοποιείται για τθν λειτουργία των καυςτιρων ςτουσ λζβθτεσ. Παράγοντεσ που Επθρεάηουν τθν Οξείδωςθ Οι κφριοι παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν οξείδωςθ υψθλισ κερμοκραςίασ είναι θ κερμοκραςία και θ ςφςταςθ του χάλυβα. Θ οξείδωςθ γίνεται πολφ ςθμαντικι πάνω από τουσ 538 C. Σο ποςοςτό απϊλειασ του μετάλλου αυξάνει με τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ. Θ παρουςία Cr μειϊνει ςθμαντικά τον ρυκμό οξείδωςθσ λόγω του ςχθματιςμοφ ενόσ προςτατευτικοφ ςτρϊματοσ οξειδίου. Θ ςειρά SS300 είναι ανκεκτικι ςτθν διάβρωςθ μζχρι περίπου 816 o C. Βλ. Πίνακα 4. Μορφολογία Οξείδωςθσ Υψθλισ Θερμοκραςίασ Οι περιςςότεροι χάλυβεσ ερπυςμοφ παρουςιάηουν οξείδωςθ και υπόκεινται ςε μείωςθ του πάχουσ τουσ ενϊ ζνα ςτρϊμα οξειδίου καλφπτει τθν εξωτερικι τουσ επιφάνεια. (χιμα 14). Αντιμετϊπιςθ τθσ Οξείδωςθσ Υψθλισ Θερμοκραςίασ Αντοχι ςτθν οξείδωςθ επιτυγχάνεται με τον πιο αποτελεςματικό τρόπο με τθν αφξθςθ τθσ περιεκτικότθτασ ςε Cr. Άλλα κραματικά ςτοιχεία όπωσ το Αl και το Si προςφζρουν αντοχι ςτθν διάβρωςθ αλλά δεν χρθςιμοποιοφνται ευρζωσ λόγω των προβλθμάτων που δθμιουργοφν ςτισ μθχανικζσ ιδιότθτεσ των χαλφβων. Χρθςιμοποιοφνται ςυχνά ειδικά κράματα για εφαρμογζσ όπωσ ςτθρίγματα ςωλινων ςε λζβθτεσ, ακροφφςια και άλλα εξαρτιματα καυςτιρων 29

30 Πίνακασ 4.Εκτιμϊμενθ διάβρωςθ για τθν οξείδωςθ υψθλισ κερμοκραςίασ. Σχιμα 17. Οξείδωςθ ςτισ ςυγκολλιςεισ ςωλινων ςτον τόιχο (waterwall) ενόσ λζβθτα. 30

31 5. ΤΓΚΟΛΛΖΗΜΟΣΖΣΑ ΥΑΛΤΒΧΝ ΔΡΠΤΜΟΤ ΧΑΛΤΒΕ ΕΡΠΤΜΟΤ 5.1 ΣΑΖ ΓΗΑ ΚΛΖΡΤΝΖ (HARDENABILITY) ΚΑΗ PREHEAT/PWHT Πριν από τθν εξζταςθ ςυγκεκριμζνων κεμάτων ςυγκολλθςιμότθτασ, πρζπει να εξεταςτοφν οι απαιτιςεισ αυτϊν των χαλφβων λόγω τθσ αυξθμζνθσ ικανότθτασ ςκλιρυνςθσ. Οςο αυξάνεται θ περιεκτικότθτα ςε κραματικά ςτοιχεία το ίδιο ςυμβαίνει και ςτθν ικανότθτα ςκλιρυνςθσ του χάλυβα (βλ. χιματα 19, 20). Οι χάλυβεσ C½Mo,και 1¼Cr½Mo ςχθματίηουν φερριτικζσ/μπαινιτικζσ δομζσ, ενϊ οι άλλοι υψθλισ αντοχισ χάλυβεσ ςχθματίηουν μαρτενςίτθ, ακόμθ και ςε ςχετικά χαμθλοφσ ρυκμοφσ ψφξθσ. Λόγω τθσ φπαρξθσ ςκλθρϊν και εφκραυςτων μικροδομϊν θ ςωςτι χριςθ τθσ προκζρμανςθσ και τθσ κερμικισ κατεργαςίασ μετά τθν ςυγκόλλθςθ (PWHT) κεωροφνται αναγκαίεσ προκειμζνου να αποφευχκοφν διάφορα φαινόμενα ρθγματϊςεων και να δϊςει το μζταλλο ςυγκόλλθςθσ το ςωςτό ςυνδυαςμό αντοχισ και ολκιμότθτασ. Θ προκζρμανςθ είναι απαραίτθτθ για τα περιςςότερα κράματα ερπυςμοφ (θ μζκοδοσ ιςοδφναμου άνκρακα IIW δεν ιςχφει για αυτζσ τισ ποιότθτεσ χάλυβα) και αρκετά διεκνι πρότυπα όπωσ το ASME B31.3 και το ΕΝ 1011 Μζροσ 2 δίνουν οδθγίεσ όςον αφορά τισ ςυνιςτϊμενεσ κερμοκραςίεσ προκζρμανςθσ. Ο Πίνακασ 5 είναι προςαρμοςμζνοσ από τισ προδιαγραφζσ ΕΝ για διεργαςίεσ με διάφορα επίπεδα υδρογόνου. Πίνακασ5. Προτεινόμενθ προκζρμανςθ και κερμοκραςίαinterpass για χάλυβεσ ερπυςμοφ. Για τουσ λόγουσ αυτοφσ, το μεγαλφτερο μζροσ των χαλφβων ερπυςμοφ απαιτοφν υποχρεωτικι PWHT ςε όλουσ τουσ κϊδικεσ εφαρμογισ. Αυτό γίνεται για να διαςφαλιςτεί ότι οι ςκλθρζσ μικροδομζσ που ςχθματίηονται κατά τθ ςυγκόλλθςθ μαλακϊνουν και βελτιϊνεται θ δυκραυςτότθτα. Είναι επίςθσ απαραίτθτθ θ πραγματοποίθςθ κερμικισ κατεργαςίασ τθσ ςυγκόλλθςθσ και τθσ ΘΕΗ για να εξαςφαλιςτεί ότι οι κατακρθμνίςεισ, που 31

32 απαιτοφνται για να δϊςουν καλφτερθ αντοχι ερπυςμοφ, ζχουν ςωςτό μζγεκοσ και διαςπορά. Ωσ εκ τοφτου, οι κερμοκραςίεσ και ο χρόνοσ παραμονισ των κερμικϊν κατεργαςιϊν μετά τθν ςυγκόλλθςθ πρζπει να ελζγχονται ςτενά προκειμζνου αυτοί οι χάλυβεσ να αναπτφξουν τισ απαιτοφμενεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ. Συπικζσ κερμοκραςίεσ και χρόνοι δίνονται ςτον Πίνακα 6. Σα ςτοιχεία αυτά είναι τυπικά μόνο και είναι ςθμαντικό τα ςτοιχεία των κερμικϊν κατεργαςιϊν να είναι ακριβϊσ ςφμφωνα με το ςχετικό κϊδικα εφαρμογισ ( ASME VIII, EN κ.α.) Πίνακασ 6. Προτεινόμενεσ κερμοκραςίεσpwhtκαι χρόνοσ παραμονισ για χάλυβεσ ερπυςμοφ Ο χάλυβασ 9CrMoVNb είναι ιδιαίτερα ευαίςκθτοσ ςε χρόνουσ και κερμοκραςίεσ PWHTλόγω των επιπτϊςεων του μθχανιςμοφ ενίςχυςθσ του που βαςίηεται ςτθν κακίηθςθ τωνv/nb καρβονιτριδίων, και πρζπει να δίνεται μεγάλθ προςοχι ςτθνpwhtςε αυτι τθ ςυγκεκριμζνθ ποιότθτα του χάλυβα. Για αυτό θ ποιότθτα του χάλυβα και άλλων μαρτενςιτικϊν χαλφβων ερπυςμοφ, μετά τθν ολοκλιρωςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ και πριν από τθν εκτζλεςθ τθσ ςυγκόλλθςθσ PWHT κα πρζπει να αφινεται να ψυχκεί ζωσ κάτω των 60 C για να επιτραπεί θ πλιρθσ μετατροπι του ωςτενίτθ ςε μαρτενςίτθ. Εάν θ ςυγκόλλθςθ ζχει ολοκλθρωκεί και αμζςωσ υποβλθκεί ςε PWHT, ο εναπομζνων ωςτενίτθσ (που ςχθματίηεται από τθ κερμότθτα ςυγκόλλθςθσ) δεν δφναται να μετατραπεί εντελϊσ ςε μαρτενςίτθ. τθν περίπτωςθ αυτι, μόλισ με το τζλοσ τθσ ανόπτθςθσ θ ςυγκόλλθςθ ψφχεται ςε κερμοκραςία δωματίου, καινοφριοσ μαρτενςίτθσ κα ςχθματιςτεί με αποτζλεςμα τθν κακι δυςκραυςτότθτα και αντοχι ςε ερπυςμό. Ζνα τυπικό διάγραμμα PWHT για ζνα χάλυβα ερπυςμοφ φαίνεται ςτο χιμα

33 Σχιμα 18.Συπικά διάγραμματα PWHT Σχιμα 19.CCTδιάγραμμα για χάλυβα ερπυςμοφ2 1/4 Cr1Mo 33

34 Σχιμα20.CCT διάγραμμαχαλφβωνερπυςμοφx11crmowvnb9-1 (T/P911) 5.2 ΡΖΓΜΑΣΧΖΔΝΘΔΡΜΧ (SOLIDIFICATION OR HOT CRACKING) Οι χάλυβεσ ερπυςμοφ δεν είναι ιδιαίτερα ευαίςκθτοι ςτθν εμφάνιςθ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ λόγω των ςφγχρονων μεκόδων παραγωγισ που εφαρμόηονται κατά τθν καταςκευι τουσ, θ οποία μπορεί να οδθγιςει ςε χαμθλά επίπεδα ακακαρςιϊν. Θ παρουςία όμωσ ςυγκεκριμζνων κραματικϊν ςτοιχείων μπορεί να παρατείνει το εφροσ των κερμοκραςιϊν ςτερεοποίθςθσ ενόσ χάλυβα ερπυςμοφ και ταυτόχρονα να μειϊςει τθν ικανότθτα του χάλυβα να παραμορφϊνεται ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ. Για τουσ λόγουσ αυτοφσ ο δείκτθσ ευαιςκθςίασ ρωγμάτωςθσ εν κερμϊ (H.C.S.) χρθςιμοποιείται για να δϊςει μια καλι πρόβλεψθ ωσ προσ το εάν ζνασ χάλυβασ ερπυςμοφ είναι ευαίςκθτοσ ςε ρθγμάτωςθ εν κερμϊ. Εάν ο δείκτθσ αυτόσ είναι κάτω από 2, τότε είναι χαμθλόσ ο κίνδυνοσ εμφάνιςθσ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ, αν είναι μεταξφ 2 και 4, υπάρχει κάποιοσ κίνδυνοσ εμφάνιςθσ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ, και αν είναι ίςθ ι μεγαλφτερθ από 4, τότε είναι υψθλόσ ο κίνδυνοσ 34

35 εμφάνιςθσ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ και κα πρζπει να λθφκοφν ειδικά μζτρα κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. Όπωσ ζχει ιδθ αναφερκεί ςε προθγοφμενεσ ενότθτεσ, εκτόσ από τα κζματα ςφςταςθσ του υλικοφ που μπορεί να οδθγιςουν ςτθν εμφάνιςθ τθσ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ, κα πρζπει να λαμβάνεται φροντίδα κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκόλλθςθσ ϊςτε να χρθςιμοποιοφνται οι ςωςτζσ παράμετροι ςυγκόλλθςθσ και ςχεδιαςμόσ τθσ φρζηασ, ζτςι ϊςτε ο κίνδυνοσ τθσ ρθγμάτωςθσ εν κερμϊ να ελαχιςτοποιείται. 5.3 ΦΤΥΡΖΡΖΓΜΑΣΧΖ/ΡΖΓΜΑΣΧΖΤΓΡΟΓΟΝΟΤ(COLD CRACKING / HYDROGEN INDUCED CRACKING) Λόγω τθσ αυξθμζνθσ ικανότθτασ ςκλιρυνςθσ και τθσ υψθλισ περιεκτικότθτασ ςε κραματικά ςτοιχεία οι χάλυβεσ ερπυςμοφ είναι ιδιαίτερα ευαίςκθτοι ςτθν ψυχρι ρθγμάτωςθ. Για αυτό το λόγο το υδρογόνο ςτθν περιοχι ςυγκόλλθςθσ ελζγχεται πολφ προςεκτικά και κα πρζπει να χρθςιμοποιοφνται μζκοδοι ςυγκόλλθςθσ χαμθλοφ υδρογόνου. Σα βαςικά θλεκτρόδια κα πρζπει πάντα να ξθραίνονται ςωςτά ςφμφωνα με τισ ςυςτάςεισ των καταςκευαςτϊν και τυχόν χριςθ προςτατευτικοφ αερίου όπου αυτό χρθςιμοποιείται πρζπει να είναι υψθλισ κακαρότθτασ χωρίσ υγραςία, ιδανικά ςε ζνα ςθμείο δρόςου κάτω των -50 C. Θ ςωςτι εφαρμογι τθσ προκζρμανςθσ και PWHT είναι απαραίτθτθ για τθν αποφυγι τθσ ψυχρισ ρθγμάτωςθσ επειδι οδθγοφν ςε λιγότερο ςκλθρζσ μικροδομζσ ςτθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ δίνουν χρόνο προκειμζνου να γίνει διάχυςθ του υδρογόνου μακριά από τθν περιοχι τθσ ςυγκόλλθςθσ. 5.4 ΔΤΘΡΑΤΣΟΠΟΗΖΖ ΔΠΑΝΑΦΟΡΑ (TEMPER EMBRITTLEMENT) Θ ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ είναι θ μείωςθ ςτθ δυςκραυςτότθτα και οφείλεται ςε μια μεταλλουργικι αλλαγι που μπορεί να ςυμβεί ςε οριςμζνουσ ελαφρά κραματωμζνουσ χάλυβεσ ωσ αποτζλεςμα τθσ μακροχρόνιασ ζκκεςθσ ςε ζνα εφροσ κερμοκραςιϊν από περίπου 343 C ζωσ 593 C. Αυτι θ αλλαγι προκαλεί μια μετατόπιςθ προσ τα πάνω τθσ κερμοκραςίασ μετάβαςθσ από όλκιμθ ςε ψακυρι κραφςθ όπωσ αυτι μετράται ςτισ δοκιμζσ κροφςθσ. Αν και θ απϊλεια τθσ δυςκραυςτότθτασ δεν είναι εμφανισ ςτθν κερμοκραςία λειτουργίασ του εξαρτιματοσ μπορεί να οδθγιςει ςε αςτοχία κατά τθν επανεκκίνθςθ τθσ εγκατάςταςθσ. Θ ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ είναι ζνα πρόβλθμα κυρίωσ με τουσ 2 1/4 Cr1Mo και 3Cr1Mo χάλυβεσ. Σζτοιοι χάλυβεσ καταςκευάςτθκαν πριν από το 1972 και είναι ιδιαίτερα επιρρεπείσ. Θ ευαιςκθςία ςε ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ κακορίηεται ςε μεγάλο βακμό από τθν παρουςία των κραματικϊν ςτοιχείων Mn και Si, και τα ςτοιχεία πρόςμιξθσ φωςφόρου, καςςίτερου, αντιμονίου και αρςενικοφ. Θ αντοχι του κράματοσ και το ιςτορικό κερμικϊν κατεργαςιϊν και καταςκευισ κα πρζπει επίςθσ να λαμβάνονται υπόψθ. Κάποια ευκραυςτοποίθςθ επαναφοράσ μπορεί να ςυμβεί κατά τθ διάρκεια των κερμικϊν 35

36 κατεργαςιϊν, αλλά το μεγαλφτερο μζροσ τθσ ηθμιάσ ςυμβαίνει ζπειτα από πολλά χρόνια λειτουργίασ ςτθν περιοχι τθσ κερμοκραςίασ ευκραυςτότθτασ. Αυτι θ μορφι τθσ ηθμιάσ κα μειϊςει ςθμαντικά ςτθ δομικι ακεραιότθτα ενόσ εξαρτιματοσ που περιζχει μια ρωγμι. Θ αξιολόγθςθ τθσ αντοχισ των υλικϊν μπορεί να απαιτείται ανάλογα με τον τφπο ελαττϊματοσ, τθ δριμφτθτα του περιβάλλοντοσ, και τισ ςυνκικεσ λειτουργίασ, ιδιαίτερα ςε ςυνκικεσ λειτουργίασ με παρουςία υδρογόνου. Για τισ υπάρχουςεσ εγκαταςτάςεισ που ζχουν υλικά με ευαιςκθςία ςε αυτό τον μθχανιςμό ευκραυςτοποίθςθσ πολλά διυλιςτιρια χρθςιμοποιοφν μια ειδικι διαδικαςία εφαρμογισ πίεςθσ για να περιορίςουν τθν πίεςθ του ςυςτιματοσ ςε περίπου 25% τθσ μζγιςτθσ πίεςθσ ςχεδιαςμοφ για κερμοκραςίεσ κάτω από μια ελάχιςτθ κερμοκραςία λειτουργίασ. Με αυτό τον τρόπο θ δυνατότθτα ψακυρισ κραφςθσ κατά τθν εκκίνθςθ και τερματιςμό ελαχιςτοποιείται. Όςον αφορά τθν εγκατάςταςθ των νζων υλικϊν, ο καλφτεροσ τρόποσ ελαχιςτοποίθςθσ τθσ πικανότθτασ και τθσ ζκταςθσ τθσ ευκραυςτοποίθςθσ επαναφοράσ είναι να περιορίςει τθν περιεκτικότθτα του μαγγανίου, πυριτίου, φϊςφορου, καςςίτερου, του αντιμονίου και του αρςενικοφ ςτα αναλϊςιμα τθσ ςυγκόλλθςθσ και το μζταλλο βάςθσ. Επιπλζον, κα πρζπει να προςδιορίηονται τα επίπεδα αντοχισ και οι διαδικαςίεσ PWHT να ελζγχονται προςεκτικά. Ζνασ τρόποσ να μειωκεί θ πικανότθτα εμφάνιςθσ αυτοφ του φαινομζνου είναι θ μείωςθ του μεγζκουσ J για τον χάλυβα και του μεγζκουσ Χ για το μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ωσ εξισ: J* = (Si + Mn) x (P + Sn) x 104 {ςτοιχεία ςεwt%} X =(10P + 5Sb + 4Sn + As)/100 {ςτοιχεία ςεppm} Συπικζσ τιμζσ για τα μεγζκθ J και που χρθςιμοποιοφνται για τουσ χάλυβεσ με 2.25% Cr είναι 100 and 15, αντίςτοιχα. Ζρευνεσ επίςθσ ζχουν δείξει ότι περιορίηοντασ τθν περιεκτικότθτα (P + Sn) ςε λιγότερο από 0.01% είναι επαρκζσ για να μειϊςει τθν πικανότθτα εμφάνιςθσ του φαινομζνου. 5.5 ΡΖΓΜΑΣΧΖ ΑΝΑΘΔΡΜΑΝΖ(REHEAT CRACKING) αν ρθγμάτωςθ ανακζρμανςθσ αναφζρεται μία ρθγμάτωςθ που ςυμβαίνει κατά τθν διάρκεια τθσ κερμικισ κατεργαςίασ μετά τθν ςυγκόλλθςθ ι κατά τθν λειτουργία του εξαρτιματοσ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ λόγω απομάκρυνςθσ των παραμζνουςων τάςεων και ςε ςυνδυαςμό με μείωςθ τθσ αντοχισ του χάλυβα ςτα όρια των κόκκων. θμαντικζσ παράμετροι για τθν εμφάνιςθ τθσ ρθγμάτωςθσ ανακζρμανςθσ περιλαμβάνουν τον τφπο του υλικοφ (χθμικι ςφςταςθ, ςτοιχεία πρόςμιξθσ), το μζγεκοσ των κόκκων, οι παραμζνουςεσ τάςεισ από τθν καταςκευι (εν ψυχρϊ, ςυγκόλλθςθ), το πάχοσ τθσ διατομισ (το οποία ζχει ςχζςθ με τθν ακαμψία και το ςφςτθμα τάςεων τθσ καταςκευισ), εγκοπζσ κα 36

37 ιςθμεία ςυγκζντρωςθσ τάςεων, τθν αντοχι του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ και του μετάλλου βάςθσ και τισ ςυνκικεσ κερμικισ κατεργαςίασ. Θ ρθγμάτωςθ ανακζρμανςθσ απαιτεί τθν παρουςία υψθλϊν τάςεων εκ τοφτου, είναι πιο πικανό να ςυμβεί ςε παχφτερα τμιματα και χάλυβεσ υψθλισ αντοχισ. Σο φαινόμενο λαμβάνει χϊρα ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, όταν θ ολκιμότθτα ερπυςμοφ είναι ανεπαρκισ για να φιλοξενιςει τθσ τάςεισ που απαιτοφνται για τθν ανακοφφιςθ των εφαρμοςμζνων ι παραμενουςϊν τάςεων. ε πολλζσ περιπτϊςεισ, οι ρωγμζσ ανακζρμανςθσ περιορίηονται ςτισ περιοχζσ μεγζκυνςθσ των κόκκων ςτθν κερμικά επθρεαςμζνθ ηϊνθ, αρχίηοντασ από κάποιο ςθμείο ςυγκζντρωςθσ τάςεων, που μπορεί να λειτουργιςει ωσ ςθμείο ζναρξθσ για κόπωςθ. Όπωσ αναφζρκθκε θ ρθγμάτωςθ ανακζρμανςθσ μπορεί να ςυμβεί κατά τθ διάρκεια PWHT ι ςτθν λειτουργία ςε υψθλι κερμοκραςία. ε αμφότερεσ τισ περιπτϊςεισ, οι ρωγμζσ είναι περικρυςταλλικζσ και δείχνουν μικρι ι καμία ζνδειξθ παραμόρφωςθσ. Θ περικρυςταλλικι ρθγμάτωςθ λαμβάνει χϊρα επειδι οι κατακρθμνίςεισ ςωματιδίων κάνουν τουσ κόκκουσ ιςχυρότερουσ από τα όρια των κόκκων αναγκάηοντασ τθν παραμόρφωςθ ερπυςμοφ να ςυμβεί ςτα όρια των κόκκων. Προκειμζνου να αποφευχκεί θ εμφάνιςθ ρθγμάτωςθσ ανακζρμανςθσ, χρθςιμοποιοφνται χάλυβεσ οι οποίοι ζχουν περιοριςμζνα επίπεδα ςτοιχείων πρόςμιξθσ (αντιμόνιο, αρςενικό, καςςίτερο, βιςμοφκιο, κείο και φϊςφορο). Για να αποφευχκεί κατά τθ ςυγκόλλθςθ του μζταλλου ρθγμάτωςθ ανακζρμανςθσ, είναι απαραίτθτο να εξαςφαλιςτεί ότι τα αναλϊςιμα τθσ ςυγκόλλθςθσ αποκζτουν μζταλλο με το απαιτοφμενο χαμθλό επίπεδο ακακαρςιϊν. Μετά από αρκετζσ εμφανίςεισ ρωγμϊν ανακζρμανςθσ ςτο μζταλλο τθσ ςυγκόλλθςθσ ςε δοχεία αντιδραςτιρων2.25%cr-1%mo-0.25%v μεγάλου πάχουσ, βρζκθκε ότι ακακαρςίεσ ςτο ςυλλίπαςμα ιταν υπεφκυνεσ για τθν εμφάνιςθ του φαινομζνου. Εκτόσ από τθ χριςθ χάλυβα και αναλϊςιμων ςυγκόλλθςθσ με πολφ χαμθλά επίπεδα ακακαρςιϊν, θ διαδικαςία ςυγκόλλθςθσ και θ τεχνικι που μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για να ελαχιςτοποιθκεί ο κίνδυνοσ ρθγμάτωςθσ ανακζρμανςθσ περιλαμβάνει: Μείωςθ του μεγζκουσ των κόκκων ςτθν ΘΕΗ Μείωςθ του μεγζκουσ των κόκκων του ωςτενίτθ Απάλειψθ των ςθμείων ςυγκζντρωςθσ τάςεων Θ διαδικαςία κα πρζπει να αποςκοπεί ςτθ βελτίωςθ του μεγζκουσ των κόκκων ςτθν ΘΕΗ από τα ακόλουκα πάςςα. ε μετωπικζσ ςυγκολλιςεισ, μζγιςτθ βελτίωςθ μπορεί να επιτευχκεί με τθ χριςθ μίασ φρζηασ με μεγάλθ κλίςθ και μικρι γωνία για τθν ελαχιςτοποίθςθ τθσ διείςδυςθσ ςτο πλευρικό τοίχωμα. ε ςφγκριςθ, μια μεγαλφτερθ γωνία V παράγει ευρφτερθ ΘΕΗ, περιορίηοντασ τθν ςμίκρυνςθ των κόκκων που επιτυγχάνεται από τα ακόλουκα πάςςα. τενζσ φρζηεσ, εντοφτοισ, είναι πιο δφςκολο να ςυγκολλθκοφν, λόγω του αυξθμζνου κινδφνου ζλλειψθσ τιξθσ ςτα πλευρικά τοιχϊματα. 37

38 Θ εκλζπτυνςθ των κόκκων τθσ ΘΕΗ μπορεί να βελτιωκεί πρϊτα με επικάλυψθ τθσ επιφάνειασ του ελάςματοσ με ευαιςκθςία με ζνα λεπτό ςτρϊμα μετάλλου ςυγκόλλθςθσ χρθςιμοποιϊντασ ζνα θλεκτρόδιο μικρισ διαμζτρου (3,2 χιλιοςτά). Θ φρζηα ολοκλθρϊνεται χρθςιμοποιϊντασ ζνα μεγαλφτερθσ διαμζτρου (4-4,8 χιλιοςτά) θλεκτρόδιο, το οποίο ζχει ωσ ςτόχο να παράγει αρκετι κερμότθτα για να ανοπτιςει οποιοδιποτε υπόλοιπθ χονδρόκοκκθ ΘΕΗ κάτω από τθν επικάλυψθ τθσ επιφάνειασ. Ο βακμόσ τθσ ανάπτυξθ των κόκκωντου ωςτενίτθ μπορεί να περιοριςτεί με τθ χριςθ χαμθλισ αρχικισ κερμότθτασ. Ωςτόςο, μπορεί να χρειάηονται αναγκαία προλθπτικά μζτρα για να αποφευχκεί ο κίνδυνοσ ρθγμάτωςθσ υδρογόνου και ελαττϊματων ατελοφσ τιξθσ. Για παράδειγμα, θ μείωςθ τθσ ειςαγωγικισ κερμότθτασ κα χρειαςτεί ςχεδόν ςίγουρα υψθλότερθ κερμοκραςία προκζρμανςθσ για τθν αποφυγι ρθγμάτωςθσ υδρογόνου. Ο ςχεδιαςμόσ τθσ ζνωςθσ και τθσ τεχνικισ ςυγκόλλθςθσ εφαρμόηεται για να εξαςφαλίςει ότι θ ςυγκόλλθςθ κα είναι απαλλαγμζνθ από εντοπιςμζνεσ ςυγκεντρϊςεισ τάςεων που μπορεί να προκφψουν από τθν παρουςία εγκοπϊν. υγκεντρϊςεισ τάςεων μποροφν να παραχκοφν ςτισ ακόλουκεσ περιπτϊςεισ: ςυγκόλλθςθ με υποςτιριξθ τθσ ρίηασ ςυγκόλλθςθ μερικισ διείςδυςθσ με ελάττωμα ςτθν ρίηα εςωτερικά ελαττϊματα ςυγκόλλθςθσ όπωσ ι ατελισ τιξθ ςτα τοιχϊματα τθσ φρζηασ θ επιφάνεια τθσ ςυγκόλλθςθσ ζχει άςχθμο γεωμετρικό προφίλ όπωσ π.χ. εγκοπζσ ςτο άκρο (weld toe) τθσ ςυγκόλλθςθσ Tα άκρα (weldtoes) ςτο καπάκι τθσ ςυγκόλλθςθσ είναι ιδιαίτερα ευάλωτα, κακϊσ οι περιοχζσ τθσ ΘΕΗ με μεγζκυνςθ των κόκκων μπορεί να μθν ζχουν ανοπτθκεί από τα επόμενα πάςςα. ε ευαίςκθτουσ χάλυβεσ, το τελευταίο πάςςο δεν πρζπει ποτζ να εναποτεκεί επί του μθτρικοφ υλικοφ, αλλά πάντα ςτθν ςυγκόλλθςθ μετάλλου, ζτςι ϊςτε να ανοπτθκεί θ ΘΕΗ. Λείανςθ των ςυγκολλιςεων ςτα άκρα με τθν προκζρμανςθ να διατθρείται, ζχει χρθςιμοποιθκεί με επιτυχία για να μειϊςει τον κίνδυνο τθσ ψυχρισ ρθγμάτωςθσ ςε χάλυβεσ 0.5Cr0.5Mo0.25V. 38

39 5.6 ΑΝΑΛΧΗΜΑ ΓΗΑ ΣΗ ΤΓΚΟΛΛΖΔΗ ΣΧΝ ΥΑΛΤΒΧ ΔΡΠΤΜΟΤ Σα υλικά ςυγκόλλθςθσ πρζπει να επιτρζπουν μια ςυγκολλθτι ζνωςθ κατάλλθλθ, για τα βαςικά μζταλλα που χρθςιμοποιοφνται, και τα λειτουργικά φορτία. υνιςτάται θ χριςθ ςυγκόλλθςθσ αναλϊςιμων του ίδιου τφπου που αντιςτοιχεί ςτθν ςφνκεςθ του χάλυβα. Σα υλικά ςυγκόλλθςθσ για χειροκίνθτθ ςυγκόλλθςθ τόξου ςε χάλυβεσ ερπυςμοφ χρθςιμοποιοφνται ςφμφωνα με το EN ISO Σα υλικά ςυγκόλλθςθσ για προςτατευτικό αζριο χρθςιμοποιοφνται ςφμφωνα με τα EN ISO και EN ISO Σχιμα 21.Παράδειγμα ονομαςίασ των θλεκτροδίων ςυγκόλλθςθσ 39

40 Πίνακασ 7. Επιςκόπθςθ των αναλϊςιμων ςυγκόλλθςθσ για χάλυβεσ ερπυςμοφ. Θλεκτρόδια για τθν μζκοδο SMAW των χαλφβων ερπυςμοφ που χρθςιμοποιοφνται για δοχεία πίεςθσ και ςωλθνϊςεισ κατατάςςονται ςφμφωνα με τισ προδιαγραφζσ ANSI / AWS A5.5. και EN ISO Όλθ θ ςυγκόλλθςθ χαλφβων ερπυςμοφ γίνεται με τθ χριςθ θλεκτροδίων χαμθλοφ υδρογόνου. ε κάκε περίπτωςθ, κάκε ςυγκολλθτι ζνωςθ πρζπει να διακζτει τισ απαιτοφμενεσ ιδιότθτεσ για τθν απαιτοφμενθ λειτουργία μετά τθν τελικι κερμικι κατεργαςία (PWHT). ε περίπτωςθ που θ λειτουργία απαιτεί αντίςταςθ ςτθ διάβρωςθ ι οξείδωςθ, τα χαρακτθριςτικά του μετάλλου πλθρϊςεωσ και του μεταλλου βάςθσ κα πρζπει να ταιριάηουν όςο το δυνατόν περιςςότερο. Θ χριςθ θλεκτροδίων με επικάλυψθ ρουτιλίου για μερικοφσ από τουσ χάλυβεσ ερπυςμοφ μπορεί να απαιτεί υψθλότερθ κερμοκραςία προκζρμανςθσ ϊςτε να αποφεφγονται οι ρωγμζσ. Θλεκτρόδια για τθν μζκοδο FCAW ςτουσ χαμθλότερουσ κραματικά χάλυβεσ ερπυςμοφ που χρθςιμοποιοφνται ςε δοχεία πίεςθσ και ςωλθνϊςεισ κατατάςςονται ςφμφωνα με τισ προδιαγραφζσ ANSI/AWS A5.29. Επίςθσ ςτθν προδιαγραφι ANNSI/AWS A5.22 κατατάςςονται τα E502T-X και E505T-X παραγεμιςτά (flux cored) θλεκτρόδια για τισ 40

41 ςυγκόλλθςεισ των 5Cr-0,5Mo, 7Cr-0,5Mo και 9Cr-1Mo υλικϊν βάςθσ. Θ αντίςτοιχθ ευρωπαϊκι προδιαγραφι είναι το EN ISO Θλεκτρόδια και τφποι ςυλλιπάςματοσ που χρθςιμοποιοφνται για τθν μζκοδο SAW ςτουσ ελαφρά κραματωμζνουσ χάλυβεσ ερπυςμοφ για δοχεία πίεςθσ και ςωλθνϊςεισ κατατάςςονται ςφμφωνα με τθν προδιαγραφι ANSI/AWS A5.23. Αυτοί οι χάλυβεσ πιο ςυχνά ςυγκολλοφνται χρθςιμοποιϊντασ ζνα ουδζτερο ςυλλίπαςμα και ζνα θλεκτρόδιο από κράμα χάλυβα. Για να αποφευχκεί θ ψυχρι ρθγμάτωςθ υδρογόνου, πρζπει να λαμβάνεται μζριμνα για τθ διατιρθςθ του ςυλλιπάςματοσ και του θλεκτροδίου ςε ξθρι κατάςταςθ. Θ ευρωπαϊκι προδιαγραφι για ςφρματαα ςυγκόλλθςθσ SAW ςτουσ χάλυβεσ ερπυςμοφ είναι το EN ISO Οι τφποι ςυλλιπάςματοσ που χρθςιμοποιοφνται ςτθν μζκοδο SAW ζχουν καταςκευαςτεί είτε με τιξθ των ςυςτατικϊν είτε με ςυςςωμάτωςθ με τουσ δεφτερουσ να είναι πιο βαςικοί και να επιτυγχάνουν καλφτερεσ μθχανικζσ ιδιότθτεσ. Σο προςτατευτικό αζριο που χρθςιμοποιείται πιο ςυχνά ςτθν GTAW και PAW ςτουσ ελαφρά κραματωμζνουσ χάλυβεσ είναι 100% Αργό υψθλισ κακαρότθτασ. Αν και το αργό χρθςιμοποιείται ςυνικωσ όταν απαιτείται αζριο ςυνοδείασ (backing gas), άηωτο μπορεί επίςθσ να χρθςιμοποιθκεί ικανοποιθτικά ωσ αζριο ςυνοδείασ για πολλζσ εφαρμογζσ. Σα μείγματα αργοφ-οξυγόνου και διοξειδίου του άνκρακα με αργό χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ για τθν GMAW και FCAW. Σα μείγματα αργοφ-θλίου- διοξειδίου του άνκρακα ι 100% του διοξειδίου του άνκρακα χρθςιμοποιοφνται για ςυγκολλιςεισ χαμθλισ κερμικισ παροχισ με χριςθ θλεκτροδίου μικρισ διαμζτρου και μεταφορά του μετάλλου ςυγκόλλθςθσ με τον μθχανιςμό βραχυκφκλωςθσ (short circuit mode of metal transfer). Σα αναλϊςιμα ςυγκόλλθςθσ ταιριάηουν με τθν ςφνκεςθ του μθτρικοφ μετάλλου και είναι άμεςα διακζςιμα για όλουσ αυτοφσ τουσ χάλυβεσ για τισ περιςςότερεσ από τισ μεκόδουσ ςυγκόλλθςθσ. Μια εξαίρεςθ ςε αυτό είναι ο χάλυβασ ½Cr½Mo¼V που είναι ςυμβατικά ςυγκολλθμζνοσ με ζνα πλθρωτικό 2¼Cr1Mo. υγκολλιςεισ μεταξφ ανόμοιων χαλφβων αυτισ τθσ ομάδασ φερριτκϊν υλικϊν ι με χάλυβεσ C-Mn ςυνικωσ ςυγκολλοφνται με ζνα μεταλλικό υλικό πλθρϊςεωσ που ταιριάηει με τοn λιγότερο υψθλισ αντοχισ χάλυβα. Θ κερμοκραςία τθσ ανόπτθςθσ μετά τθν ςυγκόλλθςθ (PWHT) για ενϊςεισ ανόμοιων μετάλλων μπορεί να είναι ζνα πρόβλθμα και τείνει να είναι ζνασ ςυμβιβαςμόσ μεταξφ τθσ υπερβολικισ επαναφοράσ του χαμθλότερα κραματωμζνου χάλυβα και τθσ ανεπαρκοφσ επαναφοράσ του πιο κραματωμζνου χάλυβα. ε ειδικζσ περιπτϊςεισ, όταν ςτθ ςυγκόλλθςθ δεν μπορεί να γίνει PWHT, οι χάλυβεσ ερπυςμοφ ςυγκολλοφνται με τθ χριςθ θλεκτροδίου ωςτενιτικoφ ανοξείδωτου χάλυβα 309 ι μερικά μζταλλα πλιρωςθσ από κράματα νικελίου, όπωσ ENiCrFe-3. Σα μζταλλα τθσ ςυγκόλλθςθσ από ανοξείδωτο χάλυβα ι κράματα νικελίου ζχουν μικρότερο όριο διαρροισ 41

42 και καλφτερθ ολκιμότθτα από τουσ ςυγκολλθμζνουσ χάλυβεσ Cr-Mo. Ζτςι, ςυμπεριφζρονται ςαν ζνα πλαςτικό ςφνδεςμο, που απορροφά το μεγαλφτερο μζροσ τθσ παραμόρφωςθσ και μειϊνοντασ ζτςι τον κίνδυνο ρωγμϊν ςτο μετάλλο βάςθσ Cr-Mo. Κατά τθ διάρκεια λειτουργίασ με κυκλικζσ φορτίςεισ θ διαφορά ςτουσ ςυντελεςτζσ κερμικισ διαςτολισ ενόσ ωςτενιτικοφ μετάλλου ςυγκόλλθςθσ και τουσ φερριτικοφσ χάλυβεσ οδθγεί ςε εςωτερικι πίεςθ και κερμικι καταπόνθςθ ςτθν διεπιφάνεια τθσ ςυγκόλλθςθσ. Πίνακασ 8. φμβολα και απαιτιςεισ χθμικισ ςφνκεςθσ μετάλλου ςυγκόλλθςθσ, EN Πίνακασ 9. Μθχανικζσ ιδιότθτεσ μετάλλων ςυγκόλλθςθσen

43 43

44 ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ Α 44

45 Πίνακασ Α1. Χάλυβεσ ερπυςμοφ / Σιμζσ για ςωλινεσ χωρίσ ραφι για ςκοποφσ πίεςθσ 45

46 Πίνακασ Α2. Χάλυβεσ ερπυςμοφ / Σιμζσ για ςωλινεσ χωρίσ ραφι για ςκοποφσ πίεςθσ 46

47 Πίνακασ Α3. Χάλυβεσ ερπυςμοφ / Σιμζσ για ςωλινεσ χωρίσ ραφι για ςκοποφσ πίεςθσ 47

48 Πίνακασ Α4.Ελάχιςτεσ τιμζσ του ορίου εφελκυςμοφ 0,2% ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, EN

49 Πίνακασ Α5. Ελάχιςτεσ τιμζσ του Rp0.2 ορίου διαρροισ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, EN

50 Πίνακασ Α6.Ελάχιςτεσ τιμζσ του ορίου εφελκυςμοφ 0,2% ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ, EN

51 Πίνακασ Α7. Αντοχι ερπυςμοφ ςτισ κερμοκραςίεσ o C, EN

52 Πίνακασ Α8. Αντοχι ερπυςμοφ ςτισ κερμοκραςίεσ o C, EN