• 310S (UNS S31008) ialah industri-keluli tahan karat austenit standard untuk tiub relau petrokimia yang dinilai kepada perkhidmatan berterusan 1100 darjah.
• Komposisi 25 % Cr / 20 % Ni membentuk skala Cr₂O₃ oksida yang padat,{2}}membaiki sendiri yang menyekat kemasukan oksigen dan sulfur.
• Ketebalan dinding mesti dikira di bawah peraturan rayapan-API 530 apabila suhu logam melebihi 900 darjah .
• Untuk perkhidmatan melebihi 1050 darjah atau dalam suasana pengkarburan/sulfida berat, naik taraf kepada 310H, HK40 atau Aloi 601.
• Semua tiub relau dalam perkhidmatan penapisan memerlukan pemeriksaan UT berkala bagi setiap API RP 573 setiap 2–4 tahun.
Parameter Utama 310S
| Parameter Utama | Nilai / Spesifikasi |
| Penetapan Aloi | UNS S31008 / AISI 310S / EN 1.4845 |
| Kandungan Chromium | 24.0 – 26.0% berat |
| Kandungan Nikel | 19.0 – 22.0% berat |
| Suhu Perkhidmatan Berterusan Maks. | 1100 darjah (2012 darjah F) di udara |
| Suhu Perkhidmatan Intermittent Maks. | 1050 darjah (1922 darjah F) dalam perkhidmatan berbasikal |
| Had Rintangan Pengoksidaan | Sehingga 1150 darjah (suasana pengoksidaan ringan) |
| Piawaian Pemerintahan Utama | ASTM A213 / ASME SA-213 (tiub lancar) |
| Kekuatan Tegangan Minimum (RT) | Lebih besar daripada atau sama dengan 515 MPa (74.8 ksi) |
| Kekuatan Hasil Minimum (RT) | Lebih besar daripada atau sama dengan 205 MPa (29.7 ksi) |
| Min. Pemanjangan (RT) | Lebih daripada atau sama dengan 35% |
| Bilik-Kekerasan Suhu | Kurang daripada atau sama dengan 187 HBW |
| Ketumpatan | 7.90 g/cm³ |
| Kekonduksian Terma (20 darjah ) | 15.9 W/(m·K) |
| Pekali Pengembangan Terma | 16.0 × 10⁻⁶ / darjah (20–1000 darjah ) |
Sumber: ASTM A213/ASME SA-213, ASTM A240; Buku Panduan ASM Vol. 2 - Sifat dan Pemilihan: Aloi Bukan Ferus dan Bahan Tujuan Khas; EN 10216-5; laporan ujian kilang yang disahkan pengilang.
pengenalan
Tiub relau petrokimia adalah antara komponen yang paling memerlukan haba dalam mana-mana loji proses. Pemanas yang dinyalakan dalam penyulingan mentah, pembentukan semula nafta dan keretakan etilena secara rutin mendedahkan logam tiub kepada suhu antara 800 darjah dan 1100 darjah sambil membawa cecair hidrokarbon di bawah tekanan. Memilih aloi yang salah membawa kepada pengoksidaan yang dipercepatkan, kegagalan rayapan atau bencana tiub pecah -, kejadian kebakaran dan kejadian buruk alam sekitar, kejadian kebakaran dan kejadian buruk alam sekitar - letupan.
Memilih aloi yang lebih-membuang modal tanpa perlu. 310S berada di tempat yang menarik untuk julat suhu ini: ia menawarkan rintangan pengoksidaan yang mencukupi sehingga 1100 darjah , kekuatan rayapan yang boleh diterima, kebolehkimpalan yang sangat baik dan kos bahan jauh di bawah nikel-aloi super asas.
Panduan ini menerangkanapakah itu 310S, mengapa ia berfungsi pada 1100 darjah , cara mereka bentuk dengannya, dan bila untuk memilih alternatif.Jadual data diperoleh daripada piawaian yang diiktiraf di peringkat antarabangsa dan -pustaka yang disemak oleh rakan sebaya untuk menyokong keputusan kejuruteraan.
Apakah Keluli Tahan Karat 310S?
Komposisi Kimia
310S ialah keluli tahan karat-aloi austenit (muka-padu berpusat) tinggi. Ciri penentunya ialah kandungan kromium dan nikel yang luar biasa tinggi berbanding gred biasa seperti 304 atau 316. Jadual 2.1 membentangkan had komposisi setiap ASTM A240 dan ASME SA-240.
| unsur | C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni |
| Maks / Julat (berat%) | Kurang daripada atau sama dengan 0.08 | Kurang daripada atau sama dengan 2.00 | Kurang daripada atau sama dengan 1.50 | Kurang daripada atau sama dengan 0.045 | Kurang daripada atau sama dengan 0.030 | 24.0–26.0 | 19.0–22.0 |
Jadual 2.1 - Komposisi kimia 310S (UNS S31008). Sumber: ASTM A240 / ASME SA-240, Jadual 1; ASTM A213 / ASME SA-213, Jadual 1.
Mengapa 25% Chromium dan 20% Nikel?
Chromium (Cr):Pada kepekatan melebihi ~20% berat, kromium bertindak balas secara khusus dengan oksigen untuk membentuk skala kromium oksida (Cr₂O₃) yang nipis, melekat dan{1}}membaiki sendiri pada permukaan keluli. Skala ini bertindak sebagai penghalang resapan, secara mendadak memperlahankan pengoksidaan selanjutnya. Dengan 24–26 % Cr, 310S membentuk skala teguh yang kekal melindungi sehingga kira-kira 1150 darjah dalam atmosfera pengoksidaan bersih.
Nikel (Ni):Nikel menstabilkan struktur hablur kubik (austenit) berpusat muka-pada semua suhu hingga kriogenik. Ini menghalang penjelmaan-badan rapuh berpusat (martensit) yang sebaliknya akan berlaku dalam-Cr keluli ferit tinggi. Nikel juga meningkatkan ketahanan terhadap pengkarbonan - kebimbangan kritikal dalam reformer dan retakan yang terdapat wap hidrokarbon.
Karbon Rendah ( Kurang daripada atau sama dengan 0.08 %):Nama 'S' dalam 310S bermaksud 'karbon rendah'. Mengehadkan karbon kepada maksimum 0.08 wt% menyekat pemendakan karbida (pemekaan) dalam-zon terjejas haba semasa mengimpal, memelihara rintangan kakisan dan kemuluran. Ini amat penting untuk sambungan tiub-medan dalam pembinaan relau.
-Sifat Mekanikal Suhu Tinggi
Kejuruteraan tiub relau memerlukan pemahaman bagaimanaKeluli 310Sberkelakuan pada suhu tinggi - bukan hanya pada suhu bilik. Dua mod kegagalan mendominasi pada suhu melebihi 800 darjah: (a) pengoksidaan/kakisan dinding tiub dan (b) rayapan pecah di bawah beban tekanan yang berterusan.
Data Tegangan dan Rayapan pada Suhu Tinggi
Jadual 3.1 meringkaskan-sifat mekanik suhu dan data pecah-yang dinaikkan untuk 310S. Nilai tegangan adalah data perwakilan daripada Buku Panduan ASM dan laporan ujian pengilang. Tegasan pecah-rayapan mewakili tegasan yang diperlukan untuk menyebabkan pecah pada suhu yang dinyatakan dalam tempoh masa tertentu.
| Suhu | Kekuatan Tegangan (MPa) | 0.2% Kekuatan Hasil (MPa) | Pemanjangan (%) | Tekanan Pecah Rayapan 100j (MPa) | Tekanan Pecah Rayapan 10,000j (MPa) |
| Suhu Bilik. (20 darjah) | Lebih besar daripada atau sama dengan 515 | Lebih besar daripada atau sama dengan 205 | Lebih besar daripada atau sama dengan 35 | - | - |
| 600 darjah (1112 darjah F) | ~330 | ~175 | ~40 | - | - |
| 700 darjah (1292 darjah F) | ~270 | ~155 | ~42 | ~70 | ~40 |
| 800 darjah (1472 darjah F) | ~190 | ~120 | ~45 | ~38 | ~18 |
| 900 darjah (1652 darjah F) | ~110 | ~85 | ~50 | ~16 | ~6 |
| 1000 darjah (1832 darjah F) | ~60 | ~50 | ~55 | ~7 | ~2 |
| 1100 darjah (2012 darjah F) | ~32 | ~28 | ~60 | ~2.5 | < 1 |
Jadual 3.1 - -suhu mekanikal dan rayapan-sifat pecah 310S (UNS S31008). Sumber: Buku Panduan ASM Vol. 2 (ed. ke-2); ASME BPVC Bahagian II Bahagian D (Subbahagian 3, Jadual 1-100); pengilang mengeluarkan helaian data suhu tinggi. Nilai mewakili; gunakan tegasan dibenarkan ASME untuk pengiraan kod.
Apakah Maksud 'Creep' untuk Jurutera Tiub Relau?
Rayapan ialah ubah bentuk logam yang perlahan dan kekal di bawah tegasan berterusan pada suhu tinggi - walaupun apabila tegasan berada jauh di bawah kekuatan hasil konvensional. Untuk tiub relau, rayapan menjelma sebagai penipisan dinding secara beransur-ansur ("membonjol") dan, akhirnya, pecah jika jangka hayat reka bentuk melebihi. Pada 1100 darjah , 310S hanya mengekalkan kira-kira 2–3 MPa rayapan-tegasan pecah untuk jangka hayat reka bentuk 10,000 jam.
Ini bermakna tiub relau yang beroperasi pada 1100 darjah mesti direka bentuk dengan tekanan dalaman yang sangat rendah, dinding nipis atau selang servis yang singkat. API 530 menyediakan rangka kerja kejuruteraan untuk mengira ketebalan tiub yang dibenarkan dalam rejim ini.
Pengoksidaan dan Rintangan Kakisan pada 1100 darjah
Mekanisme Rintangan Pengoksidaan
Apabila 310S mula-mula terdedah kepada-persekitaran pengoksidaan suhu tinggi, kromium meresap ke permukaan dan teroksida secara selektif, membentuk lapisan Cr₂O₃ nipis (1–5 μm) dan melekat. Setelah ditubuhkan, lapisan ini tumbuh secara parabola - bermakna kadar pertumbuhan berkurangan dengan masa kerana lapisan oksida itu sendiri menjadi penghalang resapan. Hasilnya ialah bahan yang teroksida secara perlahan selama bertahun-tahun di bawah keadaan operasi yang stabil.
Data pengoksidaan utama (sumber: lembaran data Industeel ArcelorMittal SIRIUS 310S; Buku Panduan ASM Vol. 13C):
• Servis berterusan dalam udara kering: sehingga 1100 darjah (sesetengah sumber menyebut 1150 darjah untuk suasana bersih).
• Servis terputus-putus (kitaran): hadkan kepada 1050 darjah kerana kitaran haba berulang menyebabkan skala oksida pelindung tertumpah.
• Suhu kitaran maksimum untuk keadaan berbasikal ringan: 1050 darjah , dengan kadar tanjakan terkawal di bawah 200 darjah/j.
• Dalam atmosfera dengan > 2 g/m³ kandungan sulfur: had atas jatuh kepada ~1000 darjah (lembaran data Industri SIRIUS 310S).
Karburisasi dan Rintangan Sulfidasi
Di luar pengoksidaan mudah, persekitaran relau petrokimia selalunya mengandungi gas berkarbon (CO, CH₄, C₂H₄) dan sebatian sulfur (H₂S, SO₂). Ini menyerang keluli tahan karat melalui mekanisme yang berbeza:
Karburisasi:Carbon diffuses into the steel, forming chromium carbides that deplete the matrix of the chromium needed for oxidation protection. 310S offers moderate carburization resistance due to its high Cr and Ni content, but it is not immune - particularly in strongly reducing, high-carbon-activity environments such as steam reformer furnaces. In such service, HK40 or Alloy 601 (with >20 % penambahan Cr + aluminium) lebih disukai.
Sulfidasi:Sebatian sulfur bertindak balas dengan kromium dan nikel untuk membentuk-fasa sulfida lebur rendah yang boleh menembusi skala oksida. 310S mengendalikan persekitaran sulfur-rendah (< 50 ppm H₂S) adequately up to about 1000 °C; in heavily sulfidizing service, higher-chromium cast alloys (HK40, HP-Modified) or alumina-forming alloys are specified.
Perbandingan Bahan: 310S lwn. Aloi Bersaing
Tidak setiap aplikasi tiub relau memerlukan 310S. Jadual 5.1 membandingkan 310S dengan lima alternatif yang biasa ditentukan merentas dimensi yang penting kepada jurutera petrokimia.
| Harta benda | 310S (UNS S31008) | 310H (UNS S31009) | 321H (UNS S32109) | HK40 (UNS J94204) | Aloi 800H (UNS N08810) | Aloi 601 (UNS N06601) |
| Cr (wt%) | 24–26 | 24–26 | 17–19 | 26–30 | 19–23 | 21–25 |
| Ni (wt%) | 19–22 | 19–22 | 9–12 | 19–22 | 30–35 | 58–63 |
| C (maks, berat%) | 0.08 | 0.04–0.10 | 0.08 | 0.35–0.45 | 0.10 | 0.10 |
| Maks. Samb. Temp. (ijazah) | 1100 | 1150 | 925 | 1150 | 1100 | 1200 |
| Rintangan Pengoksidaan | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Tahan Karburisasi. | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| Kekuatan Rayapan @ 1000 darjah | Sederhana | bagus | rendah | tinggi | bagus | Cemerlang |
| Kebolehkimpalan | Cemerlang | bagus | bagus | Sukar | bagus | bagus |
| Kos Bahan Relatif | rendah | rendah | Sederhana | Sederhana | tinggi | Sangat Tinggi |
| Aplikasi Biasa | Tiub relau, tiub berseri | Rayapan-bahagian relau kritikal | Tiub dandang (Kurang daripada atau sama dengan 925 darjah) | Tiub pembaharuan wap | Pirolisis/gegelung retak | Perkhidmatan pengoksidaan yang melampau |
Jadual 5.1 - Perbandingan aloi untuk perkhidmatan tiub relau petrokimia. Peringkat ★ ialah penilaian kualitatif berdasarkan data pengoksidaan dan kakisan yang diterbitkan. Sumber: Buku Panduan ASM Vol. 13C - Hakisan: Persekitaran dan Industri; Perbadanan Logam Khas (Alloy 800H, Aloi 601 buletin teknikal); Piawaian antarabangsa ASTM; lembaran data teknikal pengeluar. Penilaian kos adalah relatif dan bergantung-pasaran.
310S lwn. 310H: Bila Memilih Yang Mana?
Ini adalah soalan yang paling biasa dalam spesifikasi tiub relau.Jawapannya mudah: gunakan 310S apabila kebolehkimpalan dan rintangan kepada pemekaan menjadi kebimbangan utama (cth, penggantian tiub-medan dikimpal); gunakan 310H apabila kekuatan rayapan maksimum diperlukan dan kimpalan dilakukan di bawah keadaan kedai terkawal.
310H (UNS S31009) mempunyai kandungan karbon 0.04–0.10 % - lebih tinggi daripada 310S. Karbon tambahan ini menyediakan-pelarut pepejal dan pengukuhan karbida yang meningkatkan rintangan rayapan sebanyak kira-kira 20–30 % pada 900–1000 darjah . Pertukaran{13}}adalah risiko pemendakan karbida yang lebih tinggi dalam zon-haba yang terjejas semasa kimpalan (pemekaan). Atas sebab ini, kimpalan 310H biasanya memerlukan prapanas dan kawalan PWHT yang lebih ketat.
Soalan Lazim (FAQ)
Soalan berikut diekstrak daripada perundingan kejuruteraan dan mewakili pertanyaan paling biasa tentang 310S dalam perkhidmatan tiub relau petrokimia.
S1: Apakah suhu perkhidmatan maksimum untuk keluli tahan karat 310S?
Suhu perkhidmatan berterusan maksimum untuk 310S (UNS S31008) di udara ialah1100 darjah (2012 darjah F). For intermittent (cyclic) service, the recommended limit is 1050 °C (1922 °F) due to the risk of oxide scale spallation during thermal cycling. In sulfur-containing atmospheres (>2 g/m³), had turun kepada ~1000 darjah . Had ini adalah berdasarkan data ujian pengoksidaan yang diterbitkan oleh Industeel ArcelorMittal dan pengeluar aloi industri.
S2: Bolehkah 310S digunakan melebihi 1100 darjah?
Jawapan ringkas: tidak, bukan untuk perkhidmatan yang berterusan.Di atas 1100 darjah , skala pelindung Cr₂O₃ mula beralih kepada CrO₃ meruap dalam persekitaran pengoksidaan, dengan cepat kehilangan fungsi pelindungnya. Kadar rayapan juga menjadi tinggi secara tidak praktikal (hidup pecah dalam beribu-ribu jam dan bukannya berpuluh ribu). Untuk perkhidmatan melebihi 1100 darjah , nyatakan Alloy 601 (alumina-membentuk), Aloi 602CA atau sistem bergaris-seramik.
S3: Piawaian apakah yang mengawal reka bentuk ketebalan tiub relau 310S dalam kilang penapisan?
Piawaian API 530("Pengiraan Pemanas-Ketebalan Tiub dalam Penapisan Petroleum," edisi ke-7) ialah standard utama. Ia mentakrifkan tegasan yang dibenarkan untuk 310S dalam kedua-dua rejim keanjalan dan{4}}keretakan. Untuk rayapan-keadaan terhad (suhu logam tiub > 900 darjah ), API 530 Lampiran C menyediakan masa yang diperlukan-lengkung pecah suhu. ASME BPVC Bahagian II Bahagian D menyediakan asas nilai tegasan dibenarkan yang digunakan dalam pengiraan API 530.
S4: Apakah perbezaan antara 310S dan 310H untuk aplikasi tiub relau?
310S (UNS S31008):Karbon Kurang daripada atau sama dengan 0.08 %. Diutamakan apabila kebolehkimpalan, ketahanan terhadap pemekaan, dan kemudahan kimpalan medan adalah keutamaan. Kekuatan rayapan lebih rendah sedikit daripada 310H.
310H (UNS S31009):Karbon 0.04–0.10 %. Dipilih apabila kekuatan rayapan maksimum diperlukan (cth,-tiub sinaran tekanan tinggi, rentang panjang). Kimpalan memerlukan kawalan yang lebih ketat. Kedua-dua gred berkongsi kandungan Cr dan Ni yang sama.
Kesimpulan muktamad:Tentukan 310S sebagai lalai; naik taraf kepada 310H hanya apabila pengiraan hayat rayapan menunjukkan baki margin yang tidak mencukupi dengan 310S.
S5: Adakah 310S memerlukan-rawatan haba kimpalan (PWHT) pasca?
Tiada - PWHT biasanya tidak diperlukan untuk 310S dan berkemungkinan berbahaya. Pemanasan 310S dalam julat 600–900 darjah semasa PWHT boleh mendakan fasa sigma rapuh dan karbida kromium. Keadaan sebagai-yang dikimpal biasanya boleh diterima untuk kebanyakan perkhidmatan petrokimia. Jika pelepasan tekanan sisa amat diperlukan (cth, pemuatan haba kitaran yang teruk), rujuk pakar metalurgi kimpalan sebelum menggunakan sebarang rawatan haba.
S6: Apakah piawaian ASTM yang berkenaan untuk mendapatkan tiub relau 310S?
Piawaian ASTM utama ialah: ASTM A213 / ASME SA-213 (tiub lancar untuk dandang dan penukar haba) untuk Gred TP310S, dan ASTM A249 / ASME SA-249 (tiub dikimpal) untuk Gred TP310S. Untuk paip yang berkaitan, ASTM A312 / ASME SA-312 terpakai (Gred TP310S). Semua bahan yang diperoleh untuk pembinaan Kod ASME mesti termasuk Laporan Ujian Kilang (MTR) setiap ASTM A450 (keperluan am untuk tiub) dengan analisis kimia penuh dan keputusan ujian mekanikal.
S7: Berapa kerap tiub relau 310S perlu diperiksa dalam perkhidmatan penapisan?
API RP 573("Pemeriksaan Dandang dan Pemanas Berapi") mengesyorkan pemeriksaan visual luaran dan ketebalan UT pada kekerapan minimum setiap 2–4 tahun, atau pada setiap pemulihan penyelenggaraan yang dirancang - yang mana dahulu. Tiub yang beroperasi secara berterusan melebihi 950 darjah , atau dalam atmosfera yang menghakis, hendaklah diperiksa dengan lebih kerap. Baki-penilaian hayat menggunakan pendekatan API 530 Larson-Miller hendaklah dikemas kini pada setiap pemeriksaan berdasarkan sejarah suhu sebenar daripada log operasi dan ahli sejarah data.
