¿Cómo el proceso de formación de tubería sin costura de acero dúplex resuelve el problema de la corrosión del intercambiador de calor?

En el campo de los intercambiadores de calor, las tuberías de acero dúplex soldadas tradicionales han sido preocupados por la corrosión intergranular causada por la zona afectada por el calor (HAZ). La esencia de este fenómeno es que la temperatura local alta (1000-1350 ℃) durante la soldadura provoca la difusión de los elementos de carbono y nitrógeno en el acero dúplex, formando una zona pobre de cromo (contenido de Cr <12%) en la interfaz entre la fase de austenita y la fase de ferrita, que se convierte en un avance para el medio corrosivo. La tubería sin costura del intercambiador de calor de acero dúplex elimina este peligro oculto de la fuente de formación de material a través de la innovación de la extrusión en caliente y los procesos de fundición centrífuga, proporcionando un nuevo paradigma para la operación a largo plazo de equipos en condiciones corrosivas.

El núcleo de la fabricación de tuberías sin costuras de acero dúplex Se encuentra en el control preciso de los campos de temperatura y estrés. En el proceso de extrusión en caliente, el tocho pasa a través de un dado especial (tasa de deformación 0.1-10 mm/s) en el rango de 850-1150 ℃, y forma cristales equiaxados uniformes (tamaño de grano 8-15 μm) bajo la acción de la recristalización dinámica (DRX). Durante este proceso, la densidad de dislocación interna del material es tan alta como 10¹²/m², lo que proporciona una fuerza impulsora para la migración del límite de fase de austenita/ferrita y estabiliza la relación de doble fase a 45: 55 ± 3%. En comparación con el proceso de soldadura, no hay una zona de sobrecalentamiento local en el proceso de extrusión en caliente, y el coeficiente de difusión del cromo se reduce en dos órdenes de magnitud.

La tecnología de fundición centrífuga realiza la solidificación direccional del metal fundido a través de un campo de fuerza centrífuga (100-200 g). A una temperatura de fundición de 1450 ℃, el acero de doble fase Fun Forma una estructura cristalina columnar en un molde de cobre giratorio (velocidad 800-1200 rpm), y su espaciado de dendrite primario (PDAS) se controla dentro de los 30 μm. Los parámetros del proceso clave incluyen control de superenfriamiento (ΔT = 15-25K) y la velocidad de enfriamiento de moho (> 100 ℃/s), asegurando que la fase de ferrita se nuclee preferentemente en la pared del moho y la fase de austenita precipita uniformemente al final de la solidificación.

La estructura laminar de doble fase (espaciado lamellar de 0.5-2 μm) formada durante el proceso de formación de tubería sin costura tiene un mecanismo único de protección contra la corrosión. En un medio que contiene CL⁻, la austenita (fase γ) constituye el esqueleto de la película de pasivación como una fase electroquímicamente inerte, y la ferrita (fase α) se disuelve preferentemente como un ánodo, pero el gradiente de concentración de elementos CR (Δ [CR] = 3-5WT%) a la interfaz entre las dos fases promoves el autoinforme de la película de pasivación de la película de pasivación. El análisis XPS muestra que este equilibrio dinámico mantiene el grosor de la película CR₂O₃ de la superficie a 4-6 nm, bloqueando efectivamente la penetración de los medios corrosivos.

Durante el ciclo térmico, la estructura de doble fase de la tubería perfecta exhibe una excelente resistencia a la transformación de fase. Cuando la temperatura se eleva por encima del punto MS (aproximadamente -40 ℃), parte de la austenita sufre una transformación de fase martensítica (ε → α '), y el volumen se expande en aproximadamente un 3%. Esta transformación de fase reversible (ΔV = 0.02) puede absorber el estrés térmico e inhibir el inicio de las grietas de fatiga. Los experimentos muestran que después de 2000 veces de -40 ℃ → 350 ℃ Choque térmico, la rugosidad de la superficie de la tubería sin costura solo aumenta en 0.12 μm, mientras que la tubería soldada tiene microgracks obvias debido a la absorción de aves.

A través del análisis de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS), la resistencia de polarización (RP) de tuberías sin costuras en una solución de NaCl a 3.5WT% alcanzó 1.2 × 10⁶Ω · cm², que es 40% más alta que la de las tuberías soldadas. En la prueba de temperatura crítica de pez (CPT), la tubería sin costura permaneció pasiva en una solución FECL₃ 4MOL/L a 85 ° C, mientras que la tubería soldada mostró picaduras estables a 65 ° C. Esto se debe a la eliminación de la zona de sensibilización de la HAZ por la estructura perfecta (el ancho de la zona de precipitación de carburo se reduce de 20-50 μm de la tubería soldada a 0).

En el experimento de agrietamiento por corrosión por estrés (SCC), el método de flexión de cuatro puntos se utilizó para aplicar una tensión de tracción del 80% de la resistencia al rendimiento. Después de la inmersión en la solución de MgCl₂ hirviendo para 3000 h, la tasa de crecimiento de grietas de la tubería sin costura fue DA/DT = 5 × 10⁻¹Mm/S, que fue dos órdenes de magnitud más baja que la de la tubería soldada. El mecanismo microscópico es que la estructura uniforme de doble fase de la tubería sin costura aumenta la densidad de la trampa de hidrógeno (dislocación, límite de fase) en 3 veces, capturando efectivamente los átomos de hidrógeno difundidos.

La investigación actual se centra en la ingeniería límite de fase a escala nano a escala: al agregar pequeñas cantidades de elementos NB y TI (0.1-0.3WT%), se forman carburos de tipo MC (tamaño 5-20 nm) en la interfaz de doble fase para mejorar aún más el efecto de la trampa de hidrógeno. Desarrolle una tubería sin costura de estructura de gradiente (pared externa rica en austenita para resistencia a la erosión, pared interna rica en ferrita para resistencia a la corrosión) y logre un gradiente de composición controlando el proceso de solidificación a través de agitación electromagnética.