1. Lämpölaajeneminen: lämpötilan muutosten aiheuttama rakenteellinen siirtymä ja jännityspitoisuus
Ruostumaton teräs on metallimateriaali, jolla on korkea lämpölaajenemiskerroin, mikä tarkoittaa, että se luonnollisesti venyy korkeassa lämpötilassa, mutta kutistuu nopeasti, kun se jäähtyy nopeasti. Jos rakennesuunnittelu ei pysty tehokkaasti absorboimaan näitä siirtymiä, se aiheuttaa seuraavat ongelmat:
-
Löysä tai epämuodostunut liitos
Laajamittainen-kylmävarastojen, jäähdytysputkien tai offshore-lauttojen toistuvat lämpötilaerot saavat laipat, hitsit ja pulttiliitokset kestämään ylimääräistä lämpörasitusta.
-
Laitteiden sisäinen jännityskertymä
Lämpölaajeneminen ja kylmäkutistuminen keräävät vähitellen jännitystä materiaaliin, ja pitkäaikainen toiminta johtaa mikrohalkeamien alkamiseen, mikä johtaa lopulta rakenteelliseen väsymiseen tai repeämiseen.
-
Kokoonpanovälyksen muutos vaikuttaa suorituskykyyn
Erikoislaitteet, kuten matalan lämpötilan{0}}hytti ja korkeapaineinen-paineastia, tarvitsevat erittäin tarkan tiivistysrakenteen. Lämpötilaeron aiheuttama raon muutos voi vaikuttaa turvallisuuteen tai tiivistyskykyyn.
Siksi laajennussaumat, joustavat putkiosat tai kohtuullinen laajennustila tulee harkita suunnitteluvaiheessa jännityksen keskittymisen välttämiseksi.
2. Stressikorroosioriski: lämpötilaero ja syövyttävä ympäristö toimivat yhdessä
Vaikka ruostumattomalla teräksellä on hyvä korroosionkestävyys meritekniikassa tai kosteassa ja suolaisessa ympäristössä, äärimmäiset lämpötilaerot voivat lisätä jännityskorroosion riskiä. Syitä ovat mm.
-
Pintapassivointikalvo on vaurioitunut
Lämpötilan muutos voi johtaa passivointikalvon paikalliseen epävakauteen, mikä helpottaa kloridi-ionien tunkeutumista, mikä kiihdyttää pistekorroosiota tai rakokorroosiota.
-
Vuorotellen kylmä ja kuuma syventää syövyttävän väliaineen tunkeutumista.
Kun materiaali kohtaa kuuman ja kylmän kierron, mikro{0}}halkeamia avataan ja suljetaan toistuvasti, mikä tarjoaa pääsyn syövyttäville aineille.
-
Jäännösstressin ja ympäristörasituksen superpositio
Aaltoiskun, mekaanisen tärinän tai sisäisen paineen vaikutuksesta jännityskorroosiohalkeilua (SCC) esiintyy todennäköisemmin ulkoisen voiman ja lämpöjännityksen päällekkäisyydestä johtuen.
Merirakenteissa, meriveden lämmönvaihtimissa, lauhduttimissa ja rannikkolaitteissa duplex-ruostumatonta terästä tai nikkeli{0}}pohjaisia seoksia käytetään usein parantamaan kloridikorroosionkestävyyttä.
3. Kylmähauraus: materiaalien sitkeys heikkenee alhaisessa lämpötilassa.
Kun lämpötila laskee tietylle alueelle, joidenkin ruostumattomien terästen sitkeys heikkenee, eli materiaalit ovat alttiimpia murtumaan iskun tai äkillisen jännityksen aikana. Pääesitys on seuraava:
-
Iskusitkeys on selvästi heikentynyt
Esimerkiksi austeniittinen ruostumaton teräs toimii yleensä hyvin, mutta ferriittisen tai martensiittisen ruostumattoman teräksen sitkeys laskee selvästi alhaisessa lämpötilassa, joten sitä tulee olla varovainen käytettäessä sitä matalan lämpötilan laitteissa.
-
Hitsausalue on alttiimpi hauraalle murtumiselle
Hitsausmetalli- ja lämpövaikutusvyöhykkeellä (HAZ) voi olla erilaisia haurastumissuuntauksia alhaisessa lämpötilassa, joten hitsausmateriaaleja ja -prosesseja on valvottava tarkasti.
-
Materiaalivalinnan tulee sopia todellisiin työolosuhteisiin
Esimerkiksi kylmävarastojen, nestekaasulaitteiden ja ulkorakenteiden jäähdytysjärjestelmässä erittäin kylmillä alueilla 316L käytetään mieluummin 304 316 litraa tai erityistä matalan lämpötilan-terästä, jolla on erinomainen lujuus matalassa-lämpötilassa.
4. Ehdotuksia suunnittelusovelluksessa
Yllä olevien suorituskyvyn muutosten perusteella ruostumattoman teräksen tulee kiinnittää huomiota seuraaviin suunnittelustrategioihin äärimmäisissä lämpötilaeroissa:
- Valitse matalissa lämpötiloissa ja korkeissa lämpötiloissa kestävä seos, kuten austeniittista ruostumatonta terästä tai duplex-ruostumatonta terästä.
- Varaa lämpölaajenemistila suunnitteluvaiheessa jännityksen keskittymisen välttämiseksi.
- Käytä materiaaleja, joilla on vahvempi kloridikorroosionkestävyys, tai käytä pintaa vahvistavaa käsittelyä.
- Vahvista hitsausprosessin hallintaa keskeisissä osissa yleisen rakenteen luotettavuuden parantamiseksi.
- Suorita määräajoin huoltotarkastukset, erityisesti hitsauksille, laippoille ja pitkäaikaisille{0}}rasitusalueille.
