Duplex nerjavna jeklazdružujejo visoko trdnost feritnih razredov s korozijsko odpornostjo in žilavostjo avstenitnih razredov. Zaradi te edinstvene kombinacije so idealni za zahtevne aplikacije v nafti in plinu, kemični obdelavi, razsoljevanju in na morskih ploščadih. Vendar ista dvo{2}}fazna mikrostruktura, ki dupleksu daje njegove prednosti, povzroča tudi izzive med postopki upogibanja in oblikovanja.

Za razliko od avstenitnih nerjavnih jekel, ki so zelo duktilna in odpuščajoča, imajo dupleksni razredi bolj omejeno oblikovno okno. Feritna faza je močnejša, vendar manj duktilna od avstenitne faze. Med hladnim upogibanjem lahko ta razlika v trdnosti povzroči ne-enakomerno deformacijo, čezmerno vzmetenje in v hudih primerih pokanje v napetostnem območju upogiba.

Ta članek ponuja praktične napotke za upogibanje in oblikovanje dupleksne cevi iz nerjavečega jekla. Zajema minimalne zahteve za radij upogiba, premisleke o hladnem ali vročem upogibanju, kompenzacijo vzmetnega povratka in kritične varnostne ukrepe, potrebne za ohranjanje odpornosti proti koroziji in mehanskih lastnosti po oblikovanju.

Mehanske lastnosti

Mehanske lastnosti dupleksnih nerjavnih jekel se bistveno razlikujejo od avstenitnih. Razumevanje teh razlik je bistvenega pomena za uspešno upogibanje.

Tabela 1: Primerjava mehanskih lastnosti za upogibno obnašanje

Vir: ASTM A240/A240M-24; Outokumpu Duplex Stainless Steel Handbook (2015); Podatkovni listi Sandvik SAF 2205/2507

Meja tečenja duplex 2205 je približno 2,5-krat večja od avstenitnega nerjavnega jekla 304L. Ta višja trdnost pomeni, da je za upogibanje dupleksne cevi potrebna bistveno večja sila, kar ima za posledico večjo elastično obnovitev (vzmetnost) po odstranitvi upogibne obremenitve. Proizvajalec mora to vzmetno vrnitev upoštevati s prekomernim-upogibanjem ali z uporabo opreme za natančno upogibanje s kompenzacijo vzmetne vrnitve.

Najmanjši radij upogiba za hladno upogibanje: industrijski standard

Najmanjši radij upogiba je najmanjši radij, okoli katerega je mogoče cev upogniti, ne da bi pri tem prišlo do nesprejemljive deformacije, stanjšanja stene ali razpok. Pri dupleksnih nerjavnih jeklih je najmanjši radij upogiba večji kot pri avstenitnih razredih zaradi večje trdnosti in manjše duktilnosti feritne faze.

Tabela 2: Najmanjši polmer hladnega upogiba glede na velikost cevi in ​​material

Vir: ASME B31.3 Procesne cevi (2022); ASTM A999/A999M-24; Smernice za oblikovanje Outokumpu; Priporočila Sandvik za krivljenje cevi

Razmerje med radijem krivine in premerom cevi (R/D) je standardni parameter za določanje krivin. 5D krivina na 6-palčni cevi ima polmer krivine 30 palcev (5 x 6). Tesnejši upogibi (manjša razmerja R/D) so možni pri vročem upogibanju ali s specializirano opremo, vendar povečajo tveganje za tanjšanje stene, ovalnost in mikrostrukturne poškodbe.

Hladno upogibanje: nadzor in omejitve procesa

Hladno krivljenje se nanaša na postopke oblikovanja, ki se izvajajo pri sobni temperaturi brez zunanjega ogrevanja. To je najpogostejša metoda za krivljenje cevi v delavnicah, ker zahteva manj specializirane opreme in je hitrejša od vročega krivljenja. Vendar ima hladno upogibanje omejitve za dupleks nerjavna jekla.

Tanjšanje stene: Zunanja stena loka (extrados) se med upogibanjem razteza in tanjša. Pri dupleksnih razredih mora biti tanjšanje stene omejeno na 12-15 % nazivne debeline stene, da se ohrani celovitost tlaka.

Ovalnost: prečni-prerez cevi se med upogibanjem splošči in ustvari ovalno obliko. Pri duplex cevi mora biti ovalnost omejena na največ 8 %, izračunano kot (Dmax - Dmin) / Davg x 100 %.

Gubanje: notranja stena krivine (intrados) je stisnjena in se lahko guba, če debelina stene ni zadostna ali če metoda krivljenja ne zagotavlja ustrezne podpore. Notranja podpora (polnilo s peskom, trn ali fleksibilno polnilo) je bistvenega pomena za tanko{1}}dvostransko cev.

Vzmetnost: Duplex jekla kažejo znatno vzmetnost zaradi visoke meje tečenja. Izdelovalec mora-upogibati za ustrezno količino, da doseže končni želeni kot. Vzmetna kompenzacija 5-15 stopinj je značilna za dupleks, v primerjavi z 2-8 stopinjami za avstenitne razrede.

Tabela 3: Parametri hladnega upogibanja in metode nadzora

Vir: ASME B31.3 (2022); PFI ES-24 Metode krivljenja cevi; Smernice za izdelavo Outokumpu

Vroče upogibanje: Kdaj in kako uporabiti toploto

Vroče upogibanje vključuje segrevanje cevi na povišano temperaturo pred oblikovanjem. Toplota zmanjša mejo tečenja in poveča duktilnost, kar omogoča tesnejše upogibanje z manjšo oblikovalno silo in zmanjšano vzmetnostjo. Vendar pa vroče upogibanje dupleksnih nerjavnih jekel prinaša metalurška tveganja, ki jih je treba skrbno obvladovati.

Kritični dejavnik je temperaturno območje. Ogrevanje dupleksnega nerjavečega jekla na območje 600-900 stopinj Celzija spodbuja nastanek sigma faze in drugih intermetalnih spojin, ki močno zmanjšajo odpornost proti koroziji in žilavost. To je isti mehanizem preobčutljivosti, o katerem govorimo pri varjenju, in velja enako za postopke vročega oblikovanja.

Varna praksa vročega upogibanja zahteva:

Pred upogibanjem cev segrejte na 950-1100 stopinj Celzija (nad temperaturo sigma solvus). Za preverjanje uporabite barvice za označevanje temperature ali pirometre.

Hitro dokončajte upogibanje, medtem ko je material segret. Izogibajte se dolgotrajnemu namakanju pri vmesnih temperaturah.

Raztopino žarimo takoj po upogibanju pri 1020-1100 stopinjah Celzija, čemur sledi hitro ohlajanje (galjenje z vodo ali prisilni zrak). To raztopi morebitno nastalo sigma fazo in vzpostavi pravilno fazno ravnovesje.

Dokumentirajte toplotni cikel. Za kritične aplikacije vodite evidenco o času ogrevanja, temperaturi in načinu hlajenja za sledljivost kakovosti.

Tabela 4: Parametri temperature vročega upogibanja za obojestransko nerjavno jeklo

Vir: Outokumpu Hot Forming Guidelines; ASTM A999/A999M-24; NACE MR0175/ISO 15156; Sandvik priporočila za toplotno obdelavo

Vzmetna kompenzacija: Napovedovanje in popravljanje elastičnega okrevanja

Vzmetni povratek je elastična obnovitev, ki se pojavi, ko se upogibna obremenitev odstrani. Upognjena cev se 'vrne' nazaj proti prvotni obliki, kar ima za posledico končni upogibni kot, ki je manjši od kota, doseženega med oblikovanjem. Količina vzmeti je odvisna od meje tečenja, modula elastičnosti, radija upogiba in geometrije cevi.

Pri dupleksnih nerjavnih jeklih ima visoka meja tečenja bistveno večjo vzmetnost kot avstenitna jekla. Osnovno pravilo je, da je dvojna vzmetnost približno 2-3-krat večja od 304L ali 316L za isto geometrijo. To je treba kompenzirati s pretiranim upogibanjem ali z uporabo opreme z algoritmi za napovedovanje vzmetnega povratka.

Tabela 5: Primerjava vzmeti in zahteve za več-upogib

Vir: PFI ES-24; Praktični podatki o izdelavi iz JN Alloys; Najboljše prakse v industriji

Vrednosti v tabeli 5 so smernice. Dejanska vzmetnost se razlikuje glede na specifično toploto materiala, natančen radij upogiba in način upogibanja. Za kritične aplikacije izvedite poskusne upogibe na vzorčnih odsekih, da določite natančno vzmetenje, nato pa ustrezno prilagodite nastavitev upogibanja.

Metode oblikovanja: rotacijsko vlečenje, stiskanje in valjčno upogibanje

Za upogibanje cevi se uporablja več metod, od katerih ima vsaka prednosti in omejitve za dupleks nerjavna jekla:

Upogibanje z rotacijskim vlečenjem: Cev je vpeta in potegnjena okoli vrtljive matrice. Ta metoda zagotavlja najboljši nadzor nad geometrijo upogiba in je najprimernejša metoda za upogibe s tesnim-polmerom. Notranja podpora za trn preprečuje zrušitev in zmanjšuje ovalnost. Bistvenega pomena za duplex cevi z R/D manj kot 5.

Upogibanje s stiskanjem: cev miruje, medtem ko valj ali čevelj pritisne nanjo, da se oblikuje krivina. Enostavnejša oprema, vendar manj nadzora nad geometrijo. Primerno za krivine z večjim radijem (6D in več), kjer je ovalnost manj kritična.

Valjčno upogibanje (3-valjni ali 4-valjni): Cev gre skozi sklop valjev, ki postopoma oblikujejo krivuljo. Uporablja se za krivine z velikim radijem in za oblikovanje lokov ali zvitkov. Zagotavlja dosledno ukrivljenost, vendar omejen nadzor nad točnim kotom upogiba. Sprejemljivo za obojestransko tiskanje, če je radij upogiba 8D ali večji.

Indukcijsko upogibanje: Lokalno ogrevalno območje se ustvari z elektromagnetno indukcijo, medtem ko je cev potisnjena skozi upogibno roko. Združuje prednosti vročega krivljenja z natančnim nadzorom. Običajno za cevi velikega-premera (12 palcev in več) v aplikacijah za nafto in plin. Zahteva skrbno kontrolo temperature in toplotno obdelavo po-upogibanju.

Tabela 6: Izbira metode upogibanja za dupleksne cevi iz nerjavečega jekla

Vir: PFI ES-24 Metode krivljenja cevi; ASME B31.3; Izkušnje izdelave zlitin JN

Pregled kakovosti po upogibanju: kaj preveriti

Pregled kakovosti po upogibanju je bistvenega pomena za preverjanje, ali cev izpolnjuje konstrukcijske zahteve in ni bila poškodovana med oblikovanjem. Obseg pregleda je odvisen od kritičnosti aplikacije in od tega, ali je bilo uporabljeno vroče ali hladno krivljenje.

Merjenje debeline stene: Uporabite ultrazvočno testiranje za merjenje debeline stene na extrados (zunanji upogib), intrados (notranji upogib) in nevtralni osi. Primerjaj z najmanjšo konstrukcijsko debelino. Sprejemljivo tanjšanje je običajno 10-12 % za duplex, pri čemer so ekstradosi kritična lokacija.

Merjenje ovalnosti: Izmerite največji in najmanjši premer v območju upogiba. Izračunajte ovalnost kot (Dmax - Dmin) / Davg x 100 %. Za dupleks so tipična merila sprejemljivosti največ 6-8 %.

Pregled površine: preglejte zunanjo in notranjo površino glede razpok, prask, vdolbin ali umazanije. Nerjavna jekla Duplex so dovzetna za razpoke zaradi napetostne korozije, če se površina med uporabo poškoduje, zato je zaščita površine med rokovanjem pomembna.

Preverjanje kota upogiba: Izmerite končni kot upogiba in ga primerjajte z zahtevano konstrukcijo. Upoštevajte kakršno koli kotno toleranco, navedeno v tehničnem načrtu.

Fazno ravnovesje (samo vroče krivulje): za vroče upognjene dupleksne cevi meritev ferita z magnetnim instrumentom ali metalografski pregled potrdi, da je fazno ravnotežje v sprejemljivem območju (običajno 35-65 % ferita). Ne-fazno ravnotežje kaže na neustrezno toplotno obdelavo.

Testiranje korozije (kritične aplikacije): Za težka delovna okolja se lahko določi testiranje korozije (odpornost proti luknjam, interkristalna korozija) na vzorcih iz območja upogiba, da se preveri, ali postopek oblikovanja ni ogrozil odpornosti proti koroziji.

Tabela 7: Zahteve za inšpekcijo post{1}}upogiba za dupleksno cev

Vir: ASME B31.3; ASTM A999/A999M-24; ASTM G48-11; ASTM A262-15; NACE MR0175

Zaključek

Upogibanje dupleksnih cevi iz nerjavečega jekla zahteva večjo pozornost nadzoru procesa kot upogibanje avstenitnih razredov. Višja meja tečenja, omejena duktilnost in občutljivost na tvorbo sigma faze prispevajo k ožjemu predelovalnemu oknu. Vendar pa je mogoče s pravilnim razumevanjem obnašanja materiala in ustrezno opremo dupleksne cevi zanesljivo oblikovati za zahtevne servisne aplikacije.

Ključna načela so:

Uporabite večje upogibne radije (najmanj 4-5D) za hladno upogibanje, da preprečite razpoke in pretirano tanjšanje.

Vedno zagotovite notranjo podporo (trn ali pesek), da nadzorujete ovalnost in preprečite gubanje.

Upoštevajte znatno vzmetenje (2-3-krat več kot pri avstenitnih razredih) zaradi prekomernega upogibanja.

Če je potrebno vroče upogibanje, segrejte nad 950 C in vedno sledite žarjenju v raztopini.

Preverite debelino stene, ovalnost in stanje površine po upogibanju; za vroče ovinke preverite fazno ravnotežje.

Dokumentirajte postopek krivljenja za kritične aplikacije, da zagotovite sledljivost.

Za tehnično podporo pri specifikacijah dupleksnih cevi iz nerjavečega jekla, smernicah za oblikovanje ali izbiri materiala se obrnite na JN Alloys - - vašega partnerja pri rešitvah za visoko zmogljive zlitine.

spletna stran:www.jnalloys.com