Легуре за поморство: бродоградња и морске платформе

Одабир праве легуре за употребу у мору и на мору једна је од најважнијих инжењерских одлука у бродоградњи и конструкцији платформи. Немилосрдно излагање морској води, сланом спреју, високом притиску, киселом гасу (Х2С) и екстремним механичким оптерећењима захтевају материјале који далеко превазилазе обични угљенични челик.

Овај водич представља најшире коришћене нерђајуће челике и легуре никла за бродове{0}}, објашњава њихова кључна својства на једноставном језику и мапира сваку легуру на специфичне компоненте брода и делове платформе на мору где дају најбоље перформансе и дугорочну{1}} вредност.

Било да сте искусан металург, специјалиста за набавке или студент који први пут улази у индустрију, ова референца ће вам дати јасну и{0}}основану основу заизбор материјала у морским срединама.

Зашто обични челик пропада на мору

Стандардни угљенични челик брзо кородира у морским срединама. Морска вода садржи приближно 3,5% натријум хлорида (НаЦл) по тежини, а овај електролит-богат солима убрзава електрохемијску корозију брзином 1000 пута брже него у слатководним условима. Оффсхоре платформе и бродови такође се суочавају са:

У скученим просторима као што су прирубнице и спојеви изазвана хлоридима{0}}

Пуцање од корозије под напрезањем (СЦЦ) узроковано затезним напоном у комбинацији са корозивним окружењем

Корозија под микробиолошким утицајем (МИЦ) од бактерија које редукују сулфат- у баластним резервоарима

Ерозиона{0}}корозија у-системима течности велике брзине као што су петље за хлађење морском водом

Радни услови високог{0}}притиска и{1} високе температуре у подводним изворима и успонима

Кисела услужна окружења која садрже водоник сулфид (Х2С) и угљен-диоксид (ЦО2)

Решење је коришћење наменских-конструисаних легура - нерђајућег челика и легура никла - формулисаних са елементима као што су хром (Цр), молибден (Мо) и никл (Ни) који стварају пасивни оксидни филм, драматично успоравајући корозију.

Разумевање отпорности на корозију: ПРЕН индекс

Еквивалентни број отпорности на питтинг (ПРЕН) је стандардни метрички инжењери који користе да упореде отпорност легуре на корозију у хлоридним срединама као што је морска вода. Израчунава се као:

ПРЕН=%Цр + 3.3 × %Мо + 16 × %Н

Већа ПРЕН вредност значи бољу отпорност на корозију удубљења и пукотина. Као правило:

ПРЕН < 25: Погодно само за благо корозивна или атмосферска морска окружења

ПРЕН 25–40: Погодно за зоне прскања, хардвер на палуби и системе свеже морске воде

ПРЕН > 40: Препоручује се за континуирано урањање у морску воду, подморске услуге и агресивна хемијска окружења

Преглед легура за бродове

Следећа табела резимира једанаест најчешће коришћених легура у бродоградњи и апликацијама платформи на мору. Свака легура је идентификована својим заједничким трговачким или породичним именом, стандардизованом ознаком УНС (Јединствени систем нумерисања) и примарном применом у мору.

Табела 1: Преглед легура маринског квалитета и њихове примарне примене

Референца хемијског састава

Хемијски састав директно управља корозионим понашањем легуре, чврстоћом и заварљивошћу. Хром гради пасивни слој; молибден повећава отпорност на нападе удубљења и пукотина; никл стабилизује аустенитну структуру и побољшава жилавост на ниским температурама. Табела испод даје приближне распоне номиналног састава за најчешће бродске легуре.

Табела 2: Приближан хемијски састав кључних легура бродова (теж. %)

*ПРЕН=%Цр + 3.3×%Мо + 16×%Н † легуре на бази никла-: ПРЕН није стандардна метрика; Отпорност на корозију се процењује помоћу метода испитивања-специфичних за легуру (нпр. АСТМ Г28, Г48).

Мецханицал Пропертиес

Механичке перформансе су подједнако важне јер отпорност на корозију - морске конструкције и трупови бродова морају да издрже огромна статичка оптерећења, динамичке силе таласа и циклични замор током пројектованог века трајања који обично прелази 25 година. Табела испод даје типичне опсеге механичких својстава за кључне легуре о којима се говори у овом водичу.

Табела 3: Типичне механичке особине легура морског квалитета (ужарено стање осим ако није наведено)

Мапирање-за{1}}компоненте: бродоградња

Следећа табела приказује сваку легуру на специфичне компоненте комерцијалног или поморског брода где је најчешће наведена. Образложење за сваки избор одражава равнотежу отпорности на корозију, механичке чврстоће, заварљивости, цене и применљивих правила класификационог друштва.

Табела 4: Препоручене легуре према компонентама бродоградње

Мапирање од легуре-у-компоненте: Оффсхоре платформе

Нафтне и гасне платформе на мору -, укључујући фиксне конструкције са омотачем, полу{1}}подморнице, ФПСО (плутајуће производне јединице за складиштење и истовар) и подморске инсталације - излажу материјале неким од најтежих услова на Земљи. Сервис киселог гаса (Х2С + ЦО2), ултра-високи притисци и континуирано урањање у морску воду на дубини захтевају доступне легуре-са најбољим перформансама.

Табела 5: Препоручене легуре према компонентама платформе на мору

Детаљни профили легуре

Граде 316Лје нерђајући челик који се најчешће користи у поморској индустрији. Његов низак садржај угљеника (мањи или једнак 0,03%) минимизира преосетљивост током заваривања, спречавајући интергрануларну корозију у зонама захваћеним топлотом{2}}вара. Са ПРЕН-ом од приближно 24, погодан је за апликације изнад{5}}водних линија, цевоводе који воде умерено-слану воду, и сав општи поморски хардвер изложен морском прскању и атмосфери.

Најбоље за:Опрема за палубу, ограде, причвршћивачи, санитарни цеви, непотопљене структурне компоненте.

Ограничење:Не препоручује се за стално урањање у устајалу морску воду или геометрије{0}}склоне пукотинама без додатних заштитних мера.

Дуплекс 2205 - чврстоћа и отпорност на корозију

Дуплекс 2205нуди двофазну микроструктуру (приближно 50% аустенита + 50% ферита) која даје отприлике двоструко већу границу течења од нерђајућег челика 316Л уз упоредиву отпорност на корозију. Његов ПРЕН од приближно 35 чини га погодним за системе цевовода који рукују морском водом или бочатом водом, посудама под притиском и конструкцијским апликацијама на горњој страни на платформама на мору.

Најбоље за:Горњи цевовод, посуде под притиском, обујмице за успон, компоненте постројења за десалинизацију, структурна ојачања у зонама прскања.

Кључна предност:Врхунска отпорност на пуцање од корозије под напоном (СЦЦ) у поређењу са стандардним аустенитним класама - је критична предност где се топли хлорид-који носи воду и затезни напон поклапају.

Супер дуплекс 2507 - Подморски радни коњ

Са ПРЕН већим од 42 и садржајем хрома од 25%,Супер Дуплек 2507је легура избора када Дуплек 2205 није довољан. Опсежно је специфициран у подводним разводницима, пупчаним цевима, окнима пумпе и било којој опреми која мора да преживи године непрекидног потапања у морску воду без ограничења катодне заштите.

Најбоље за:Подморски разводници, контролне линије, импелери и осовине пумпи, системи за убризгавање морске воде високог{0}}притиска, флексибилни затезни оклоп подизача.

Легура 625 (Инцонел 625) - Оффсхоре Премиум Стандард

Легура 625је легура никла-хрома-молибдена изузетне чврстоће, могућности израде и отпорности на корозију. Његов садржај молибдена (8–10%) и додаци ниобијума дају му изузетну отпорност на корозију у облику рупица и пукотина у хлоридним медијима, док висока база никла обезбеђује отпорност на СЦЦ изазван хлоридом-. Такође је у потпуности усклађен са НАЦЕ МР0175/ИСО 15156 за услуге киселог гаса.

Најбоље за:Подморски бунари, флексибилне унутрашње облоге успона, обложени цевоводи, системи бакљи, опрема за контролу протока високог{0}}притиска, облога зоне прскања.

Посебна способност:Користи се као материјал за облагање заваривања на цевоводима од угљеничног челика да би се обезбедила унутрашња површина{0}}отпорна на корозију по нижој цени од чврсте конструкције од легуре 625.

Легура 825 (Инцолои 825) - Комбинација киселине и морске воде

Легура 825дизајниран је посебно да се одупре корозији иу оксидационом иу редукционом окружењу. Његова комбинација никла (38–46%), хрома (19,5–23,5%), молибдена (2,5–3,5%) и бакра (1,5–3,0%) чини га посебно ефикасним против сумпорне киселине (Х2СО4) и фосфорне киселине (Х3ПО4), као и против усијане воде и СЦЦ. Широко се користи у системима за пречишћавање произведене воде и испирање на мору.

Најбоље за:Измењивачи топлоте на ФПСО, пречистачи киселих гасова, руковање производном водом, линије за убризгавање хемикалија, опрема за десалинизацију на мору.

Легура Ц-276 (Хастелои Ц-276) – максимална хемијска отпорност

Легура Ц276је једна од комерцијално доступних легура{0}}најотпорнијих на корозију. Његов веома висок садржај молибдена (15–17%) и додаци волфрама дају му изузетну отпорност у оксидационој и редукционој киселој средини, укључујући влажни хлор, гвожђе хлорид, хлороводоничну киселину и једињења сумпора. То је пожељан материјал за системе за одсумпоравање димних гасова на мору (ФГД) и агресивно произведено водено окружење.

Најбоље за:Пречистачи димних гасова, руковање мокрим{0}}гасом, изворишта киселог гаса, агресивне хемијске процесне линије, сервис оксидационе киселине на ФПСО и хемијским танкерима.

Легура 400 и К-500 (породица Монел) – стручњаци за морску воду

Монел породица легура никла{0}}бакара користи се у поморским апликацијама више од једног века.Легура 400има изузетне резултате у употреби морске воде, отпоран је на биообраштање и нуди добру жилавост чак и на температурама испод нуле. Легура К500 додаје очвршћавање (путем додатака алуминијума и титанијума), утростручавајући снагу легуре 400 док задржава одличну отпорност на корозију у морској води - и што је најважније, остаје немагнетна, што је чини вредном у инструментима за чишћење мина и осетљивим апликацијама.

Аллои 400 најбоља за:Цевоводи за морску воду, вентили, кондензаторске цеви, кућишта пумпе, рукавци осовине пропелера.

Легура К-500 најбоља за:Пропелерске осовине (посебно поморска пловила), причвршћивачи испод морске воде, осовине пумпе у системима за убризгавање на мору.

6Мо нерђајући челик (254 СМО) - Супер аустенит за морску воду

Супер аустенитни нерђајући челици са 6% молибдена, од којих254 СМО (УНС С31254)је најшире специфициран, премошћује јаз између стандардних дуплекс легура и материјала{0}}на бази никла. Са ПРЕН од приближно 43, 254 СМО је отпоран на корозију у облику пукотина и пукотина у неразређеној морској води и у потпуности је заварљив коришћењем одговарајућих метала или метала за пуњење. Нуди супериорну жилавост на ниским температурама у поређењу са дуплексом.

Најбоље за:Цевоводи за морску воду на мору, цевоводи постројења за десалинизацију, системи за воду за гашење пожара, цевовод на палуби на мору, кућишта пумпи за подизање морске воде ФПСО.

Важећи стандарди и сертификати

Све легуре које се користе у поморству и на мору морају бити у складу са међународно признатим стандардима материјала и, где је применљиво, бити одобрене од стране признатог класификационог друштва (као што су АБС, ДНВ, Буреау Веритас, Ллоид'с Регистер или ЦлассНК). Следећа табела сумира најрелевантније стандарде:

Табела 6: Кључни стандарди и сертификати за бродске легуре и легуре на мору

Често постављана питања (ФАК)

'Л' је скраћеница за нискоугљенични. 316Л садржи максимално 0,03% угљеника, у поређењу са 0,08% за стандард 316. Нижи садржај угљеника спречава стварање хром карбида на границама зрна током заваривања, што би смањило отпорност на корозију у зони{4}}захваћеној топлотом. У поморским апликацијама, 316Л је скоро увек пожељнији од стандардног 316 за заварене склопове.

П: Зашто је Дуплек нерђајући челик пожељнији од 316Л за цевоводе на мору?

Дуплек 2205 нуди приближно дупло већу границу течења од 316Л, што омогућава да се специфицирају тањи делови зида, смањујући тежину и трошкове материјала. Такође нуди супериорну отпорност на СЦЦ и ПРЕН од ~35 наспрам ~24 за 316Л, што га чини знатно отпорнијим на удубљење морске воде - што је одлучујућа предност у услугама цевовода на мору.

П: Шта значи 'обложени цевовод' и зашто се користи легура 625?

Обложени цевовод има структурну спољашњу шкољку од угљеничног челика (обезбеђујући чврстоћу и економичност) са танком унутрашњом облогом - типично 3–5 мм - легуре отпорне на корозију-као што је легура 625 нанета преклопом заваривања или експлозивним лепљењем. Унутрашња површина легуре 625 штити од корозивних произведених течности (које садрже ЦО2, Х2С, хлориде и воду), док угљенични челик носи механичка оптерећења. Овај хибридни приступ пружа перформансе цевовода од чврсте легуре 625 по знатно нижој цени.

П: Да ли је нерђајући челик магнетан?

Зависи од врсте. Аустенитни нерђајући челици (као што су 316Л, 317Л и 6Мо) нису-магнетни у жареном стању. Дуплекс и супер дуплекс класе су слабо магнетне због садржаја феритне фазе. Легуре никла-бакара као што је легура 400 нису-магнетне. Легура К-500, у жареном стању, такође није-немагнетна – што је кључна предност за бродове за чишћење мина и инструменте осетљиве на магнетна поља.

Закључак

Поморска и приобална окружења су међу најзахтевнијим у читавом инжењерингу. Последице квара материјала - структурног колапса, загађења животне средине, губитка производње или губитка живота - чине избор легуре кључном одлуком-.

Легуре профилисане у овом водичу - од нерђајућег челика 316Л до врхунских перформанси Легуре 625 и Хастеллои Ц276 - представљају деценије металуршког развоја посебно усмерених на изазове морске воде, киселог гаса, високог притиска и механичког замора. Ако се правилно користе, ови материјали омогућавају бродовима и приобалним платформама да поуздано функционишу током свог пуног дизајна од 25 до 30 година уз минимално одржавање.

Кључни закључци из овог водича:

Користите ПРЕН као прву-алатку за проверу проласка - захтевајте ПРЕН > 40 за било коју апликацију континуираног потапања у морску воду

Дуплекс и супер дуплекс типови дају већу чврстоћу и бољу отпорност на СЦЦ од аустенитног СС по упоредивој цени

Легуре никла (легура 625, 825, Ц-276) су неопходне тамо где се истовремено морају одолети и нападу киселине и хлоридној корозији

Увек проверите усклађеност са НАЦЕ МР0175/ИСО 15156 за било коју примену киселих услуга

Захтевајте сертификат ЕН 10204 типа 3.1 или 3.2 за потпуну следљивост материјала на критичним компонентама

Како се истраживање на мору креће ка све-дубљим водама и корозивнијим акумулацијама, и како поморска индустрија захтева лакша, јача и издржљивија пловила, напредне легуре ће наставити да играју одлучујућу улогу у омогућавању безбедних, одрживих и економски одрживих операција океана.

Речник кључних појмова

ПРЕН(Еквивалентни број отпорности на питтинг): Израчунати индекс који предвиђа отпорност легуре на корозију у хлоридним срединама. Више вредности указују на бољу отпорност.

СЦЦ(Пукотине од корозије под напрезањем): Механизам квара где се затезни напон и корозивно окружење комбинују да изазову пуцање у материјалима који би иначе били отпорни на оба одвојено.

кисела услуга:Окружење које садржи водоник-сулфид (Х2С), који узрокује крхкост водоника и пуцање под напоном сулфида у осетљивим легурама. Уређује НАЦЕ МР0175/ИСО 15156.

УНС(Јединствени систем нумерисања): Северноамерички систем стандардних ознака за метале и легуре, који заједнички одржавају АСТМ Интернатионал и САЕ Интернатионал.

ФПСО:Плутајућа производна јединица за складиштење и истовар - врста брода за производњу нафте и гаса на мору који може да прерађује и складишти произведене угљоводонике на мору.

Облога:Процес везивања танког слоја легуре отпорне на корозију{0}}за основни метал конструкције (обично угљенични челик) да би се постигле механичке перформансе и заштита од корозије уз смањену цену.

Аустенитни / Дуплекс / Феритни:Термини који описују кристалну микроструктуру нерђајућег челика. Аустенитна (једнофазна-фаза, ФЦЦ) је најдуктилнија; феритна (једнофазна-фаза, БЦЦ) је магнетна и јефтинија; дуплекс комбинује обе фазе за повећану снагу и отпорност на СЦЦ.