Różnice w wydajności pasków wykonanych z różnych materiałów w środowiskach o wysokiej temperaturze

Wydajność kołnierzy w środowiskach o wysokiej temperaturze różni się znacząco w zależności od zastosowanego materiału, przede wszystkim pod względem utrzymania wytrzymałości, odporności na utlenianie, odporności na pełzanie,stabilność termicznaPoniżej przedstawiono analizę typowych kategorii materiałów:

1. Flanki ze stali węglowej (np. Q235, 20# stalowa)
Uszkodzenie wytrzymałości w wysokich temperaturach
Flanki ze stali węglowej są zazwyczaj ograniczone do temperatur poniżej 425°C. Powyżej 350°C ich wytrzymałość znacznie spada (np.20# siła wytrzymałości stali zmniejsza się z 245 MPa w temperaturze pokojowej do 180 MPa w temperaturze 400°C)Powyżej 450°C występuje sferoidalizacja perlitu, co prowadzi do grubości ziarna i ostatecznej pęknięcia.
Mała odporność na utlenianie
Szybkie utlenianie rozpoczyna się powyżej 300°C, tworząc luźną warstwę Fe3O4.Wystawienie na działanie siarki lub pary wodnej przyspiesza korozję.

2. Flanki austenityczne ze stali nierdzewnej (304/316, itp.)
Lepsza wytrzymałość na wysokie temperatury i odporność na utlenianie
304 stali nierdzewnej może wytrzymać temperaturę do 870 °C, podczas gdy 316L (z molibdenem) utrzymuje dobrą wytrzymałość (wytrzymałość wydajności ≥ 120 MPa) poniżej 650 °C.
Warstwa tlenku Cr2O3 (z 18-20% chromu) zapewnia wyższą odporność na utlenianie (np. 90% niższa szybkość utleniania niż stal węglowa w temperaturze 800 °C).
Ryzyko wysokiej temperatury
Uczulenie (450-850°C): Opad węglowodorów może powodować korozję międzyziarnistą (zminimalizowaną za pomocą metod stabilizacji, np. stali nierdzewnej 321 z tytanem).
Ograniczenia w zakresie schodzenia: powyżej 650 °C przyspiesza się deformacja schodzenia, co wymaga zmniejszenia dopuszczalnego naprężenia (np. 316L w temperaturze 700 °C ma tylko 15% wytrzymałości w temperaturze pokojowej).

3. Flangy ze stali podwójnej (2205, 2507, itp.) Kosztowo efektywne w przypadku korozji w wysokich temperaturach
Średnia wydajność w wysokich temperaturach
Stal podwójna 2205 może być używana do temperatury 300°C, natomiast super podwójna 2507 może być używana do temperatury 350°C (silność wydajności > 400 MPa w temperaturze 300°C, dwukrotnie większa niż w przypadku stali nierdzewnej 304).
Powyżej 350°C, degradacja fazy ferrytu przyspiesza, zmniejszając odporność na pełzanie szybciej niż stali austenityczne.

4. Flangy ze stali chromowo-molibdenowej (15CrMo, P91, itp.)
Zwiększona wytrzymałość i odporność na wkręcanie.
15CrMo (1-1,5% Cr, 0,5% Mo) działa do 550°C (silność wydajności > 200 MPa w temperaturze 500°C).
P91 (9% Cr, 1% Mo) wytrzymuje 650 °C przez długi czas, z dwukrotną wytrzymałością na pęknięcie 15CrMo (np. 100 MPa w porównaniu z 40 MPa w temperaturze 600 °C przez 100 000 godzin).

5. Flangy ze stopu niklowego (Inconel 625, Hastelloy C-276 itp.)
Bezkonkurencyjna wydajność w wysokich temperaturach
Inconel 625 utrzymuje > 100 MPa wytrzymałości na rozciąganie w temperaturze 1093°C.
Hastelloy C-276 jest odporny na utlenianie do 1200 °C, z żywotnością pełzającą przekraczającą 100 000 godzin (np. 5 razy mocniejszy niż 316L w temperaturze 800 °C).
Odporność na skomplikowaną korozję
Wysoka zawartość niklu (≥ 50%), chromu (20-30%) i molibdenu (10-16%) umożliwia odporność na:
Utlenianie, korozja pod wpływem naprężenia i atak międzygranularny w trudnych warunkach (np. gazyfikatory węglowe o temperaturze 650°C z H2S/CO2).
Nadaje się do 20+ lat pracy w ekstremalnych warunkach, takich jak wysokiej temperatury kwas siarkowy lub bogaty w siarkę olej/gaz.