Еквивалентни број отпорности на питтинг (ПРЕН): како га правилно користити у избору

Увод

Сваки инжењер који је тражио одговарајући нерђајући челик или легуру никла за окружење богато хлоридима-наишао је на термин ПРЕН - Еквивалентни број отпорности на питтинг. Појављује се у техничким подацима, извештајима о избору материјала, уџбеницима за инжењерство корозије и индустријским стандардима. Широко се цитира, често се погрешно цитира, а понекад и злоупотребљава на начине који доводе до превелике-спецификације (превише се плаћа за врхунску легуру) или до ниже{5}}спецификације (одабира класе која прерано не успе у употреби.

ПРЕН није магични број. То је индекс композиције - пондерисан збир концентрација хрома, молибдена, азота и (у неким варијантама) волфрама у легури. Развијен је као практичан алат за скрининг за рангирање нерђајућег челика и легура никла према њиховој релативној отпорности на хлоридну корозију, замењујући време{3}}и скупа лабораторијска испитивања једноставним прорачуном из извештаја о топлотном саставу.

Овај водич одговара на питања која инжењери и стручњаци за набавку заправо постављају о ПРЕН-у: Шта тачно број значи? Које су различите варијанте формуле и када сваку треба користити? Који су исправни прагови за специфична услужна окружења? Које грешке се најчешће праве у примени ПРЕН-а? И како је ПРЕН у интеракцији са киселим{0}}стандардима квалификације услуга као што су НАЦЕ МР0175 и ИСО 15156? Сваки одељак прати структуру Наслов + Закључак + Образложење: закључак је на првом месту, што га чини лаким за читање и цитирање.

Шта је ПРЕН?

Еквивалентни број отпорности на таложење (ПРЕН) је појединачна нумеричка вредност изведена из хемијског састава нерђајућег челика или легуре никла. Он квантификује релативну способност легуре да се одупре иницијацији хлоридних удубљења -, једног од најчешћих и опасних облика корозије у воденим срединама са хлоридом.

ПРЕН је композициони скрининг индекс, а не измерена вредност учинка. Она вам говори о релативном рангирању легура према отпорности на рупице само на основу њихове хемије - не говори вам о стварној температури питинга, стопи корозије или да ли је легура квалификована за одређено радно окружење.

ПРЕН је развијен зато што је директно мерење отпорности на питтинг - путем лабораторијских тестова као што је АСТМ Г48 (урањање гвожђем хлоридом) или испитивање електрохемијске критичне температуре питинга (ЦПТ) - скупо, дуготрајно-и захтева специјализовану опрему. Индекс композиције који је у корелацији са отпорношћу на удубљење омогућио је инжењерима да брзо рангирају легуре користећи ништа више од извештаја о топлотној композицији из млина.

Зашто су хром, молибден и азот важни

ПРЕН формула тежи три елемента, јер сваки доприноси отпорности на удубљење кроз посебан физички механизам:

хром (Цр):Формира површински филм пасивног хром{0}оксида (Цр2О3) који је примарна одбрана од напада хлорида. Више хрома значи дебљи, стабилнији,-самоизлечиви пасивни филм. Фактор тежине у ПРЕН: 1,0 (основна линија).

молибден (Мо):Укључује се у пасивни филм као молибден-оксихидроксид (МоО(ОХ)2), који потискује локално закисељавање које покреће иницијацију и раст рупица. Мо је приближно 3,3 пута ефикаснији од Цр по тежинском проценту. Фактор тежине у ПРЕН: 3.3.

Азот (Н):Формира амонијум јоне (НХ4+) на површини јаме који пуферују локалну киселину и сузбијају ширење јаме. Н такође проширује аустенитну фазу и стабилизује је против сензибилизације. Н је приближно 16 пута ефикаснији од Цр по тежинском проценту. Фактор тежине у ПРЕН: 16.

Волфрам (В) - у формули В-варијанте:Понаша се слично Мо у сузбијању питтинга, али са отприлике половином ефикасности по проценту тежине. Фактор тежине у В-варијанти ПРЕН: 1,65 (3,3 к 0,5).

ПРЕН је индекс рангирања за иницирање питтинга на основу састава. НЕ узима у обзир: (1) микроструктуру - баланс ферит/аустенит, сигма-фазу, инклузије; (2) површинска обрада - обрађене, брушене, киселе површине се понашају другачије; (3) зоне утицаја топлоте -завара - ПРЕН се примењује само на основни метал; (4) специфична хемија хлорида - морске воде у односу на концентроване слане воде се разликује; (5) температура, пХ и хемија раствора осим хлорида. ПРЕН увек мора бити потврђен ЦПТ/ЦЦТ тестирањем према АСТМ Г48 за критичне примене.

Стандардна ПРЕН формула и њене три варијанте

Не постоји јединствена универзална ПРЕН формула. Постоје три варијанте, од којих свака одговара различитим породицама легура. Коришћење погрешне варијанте производи бесмислене бројеве.

Стандардна ПРЕН формула (основна формула)

ФОРМУЛА:ПРЕН=%Цр + 3.3 к %Мо + 16 к %НПрименљиво на: стандардне аустенитне и дуплекс нерђајуће челике (нпр. 304Л, 316Л, 904Л, 2205, 2507) где је Мо<= 7% and W is absent or negligible.

Стандардна ПРЕН формула је развијена за уобичајене аустенитне и дуплекс нерђајуће челике где је садржај молибдена испод приближно 7% и волфрам није намерно додат. У овом опсегу, тежински фактор 3,3к Мо и фактор тежине 16к Н пружају добру корелацију са лабораторијски-измереним ЦПТ вредностима. Ово је најчешће цитирана формула и подразумевана када формула није наведена.

Волфрам-коригована ПРЕН формула (В-ПРЕН)

ФОРМУЛА:ПРЕНв=%Цр + 3.3 к (%Мо + 0.5 к %В) + 16 к %НПрименљиво на: легуре које садрже волфрам- - Зерон 100 (С32760), Ферралиум 255, Хастеллои Ц-276 и сличне врсте где је В намеран додатак за легирање.

Волфрам доприноси отпорности на удубљење, али са отприлике половином ефикасности молибдена по тежинском проценту. В-Варијанта замењује сирови Мо термин ефективним Мо-еквивалентом (Мо + 0.5В), стварајући ПРЕН вредност која је директно упоредива са стандардном формулом. За легуре као што је Зерон 100 (која садржи и Мо и В), коришћење стандардне формуле без В-корекције би значајно потценило њену отпорност на питинг.

Азот-Доминантни/високи-Азот ПРЕН

ФОРМУЛА:ПРЕНн=%Цр + 0.5 к %Мо + 30 к %НПрименљиво на: неке високо легиране супераустенитне нерђајуће челике и специјалне легуре никла где садржај азота прелази 0,40% и стандардна формула прецењује отпорност.

Some researchers have proposed alternative weightings for very high-nitrogen alloys (>0,40% Н), где се маргинални допринос додатног азота смањује и стандардни фактор 16к постаје нетачан. У пракси, стандардна формула остаје најшире коришћена и прихваћена у свим породицама легура у техничким спецификацијама. В-Варијанта је једина друга формула са широким прихватањем у индустрији (нарочито у подморском и подморском сектору).

Брза{0}}референца за варијанту формуле

Табела 1: Варијанте формуле ПРЕН - када треба користити сваку и која је индустријски стандард

ПРЕН вредности за нерђајуће челике и легуре никла

Следећа табела даје ПРЕН вредности за најшире специфицираненерђајући челик и легуре никлау служби хлорида и морске воде. Вредности су израчунате на основу типичних композиција средњег{1}}области и индикативне су - увек верификоване у односу на стварну топлотну хемију.

ПРЕН вредности - Аустенитни и дуплекс нерђајући челици

Табела 2: ПРЕН вредности за аустенитне и дуплекс нерђајуће челике (израчунате из типичних композиција средњег{1}}области; проверите у односу на стварну топлотну хемију)

ПРЕН вредности - Легуре никла

Табела 3: ПРЕН вредности за легуре никла (израчунате на основу типичних композиција средњег{1}}производа; проверите у односу на стварну топлотну хемију; титан нема ПРЕН - он функционише помоћу фундаментално другачијег механизма имунитета)

Индустријски-Стандардни ПРЕН прагови за услуге на мору и морској води

Једно од најчешћих практичних питања о ПРЕН-у је: "Који минимални ПРЕН ми је потребан за услугу морске воде?" Одговор зависи од специфичног услужног окружења, а пракса индустрије се приближила неким широко прихваћеним праговима.

За континуирано урањање у морску воду, ПРЕН од најмање 40 је широко прихваћен минимум. За окружења са умереним садржајем хлорида (нпр. произведена вода са садржајем хлорида испод 5000 ппм), ПРЕН 34-40 може бити прихватљив. За окружења без-морске воде, са ниским садржајем хлорида, ПРЕН 24 или више може бити довољна.Ови прагови су изведени из деценија искуства на мору и мору, података ЦПТ тестирања и емпиријске корелације између ПРЕН-а и критичне температуре удубљења (ЦПТ). То су вредности за проверу, а не апсолутне гаранције - ЦПТ/ЦЦТ тестирање по АСТМ Г48 је потребно за критичне подводне апликације на мору.

ПРЕН Прагови

Табела 4: Индустријски{1}}прихваћени прагови ПРЕН према услужном окружењу (изведени из оффсхоре искуства, података ЦПТ тестирања и НОРСОК / ДНВ / НАЦЕ упутстава; ЦПТ/ЦЦТ АСТМ Г48 тестирање потребно за критичне апликације)

ПРЕН у односу на ЦПТ и ЦЦТ: измерени у односу на израчунати отпор

ПРЕН је израчуната вредност изведена из састава. Критична температура удубљења (ЦПТ) и критична температура пукотина (ЦЦТ) су измерене вредности добијене из стандардизованих лабораторијских тестова. Оба се користе у одабиру легуре - разумевајући њихов однос је суштински.

критична температура удубљења (ЦПТ)

ЦПТ је највиша температура на којој легура може да издржи 6% раствор гвожђе хлорида (према АСТМ Г48 методи А) без удубљења. То је директно измерена вредност учинка -, а не прорачун.ЦПТ обезбеђује апсолутни стандард перформанси који ПРЕН не може да обезбеди. Две легуре са истим ПРЕН-ом могу имати различите ЦПТ вредности ако се њихова микроструктура, обрада површине или садржај инклузије разликују. ЦПТ је преферирани параметар за спецификацију легура у критичним апликацијама морске воде.

критична температура пукотина (ЦЦТ)

ЦЦТ је највиша температура на којој је легура отпорна на корозију у пукотинама испод ПТФЕ подлошке за формирање пукотина у 6% гвожђе хлорида (према АСТМ Г48 методи Б). ЦЦТ је увек нижи од ЦПТ за исту легуру, јер геометрија пукотина ствара најагресивније локалне хемије.За прирубничке спојеве, навојне спојеве и фитинге за подводне стезаљке, ЦЦТ - не ЦПТ - је релевантан параметар за избор материјала. ЦЦТ је обично 10-30 дегЦ нижи од ЦПТ за дуплекс и супер дуплекс легуре.

Однос и корелација ПРЕН, ЦПТ и ЦЦТ -

Табела 5: Приближне вредности ЦПТ и ЦЦТ за уобичајене легуре (према АСТМ Г48; вредности су индикативне и варирају у зависности од завршне обраде и топлоте; ЦПТ увек премашује ЦЦТ за исту легуру)

ПРЕН за Дуплек и Супер Дуплек нерђајући челик

Дуплексни нерђајући челици заузимају критичну позицију у инжињерингу на мору и мору јер нуде скоро{0}}дуплексну чврстоћу и знатно бољу отпорност на таложење од стандардног аустенита - уз отприлике половину цене легура никла. Разумевање како се ПРЕН понаша у дуплекс легурама захтева пажњу на микроструктуру.

Зашто садржај ферита утиче на значење ПРЕН у дуплекс легурама

ПРЕН како је израчунато односи се на аустенитну фазу у дуплекс нерђајућим челицима, а не на масу легуре. Дуплексна легура са 50% аустенита и 50% ферита има ПРЕН представника састава аустенитне фазе, али феритна фаза има знатно ниже Цр и Мо и преферирано је место иницијације за питинг. У пракси, ферит у дуплекс нерђајућим челицима има нижи ПРЕН од аустенита, због чега феритна фаза преферентно пропада у испитивању гвожђе хлорида. ЦПТ укупне легуре одражава понашање феритне фазе, а не израчунати ПРЕН. За дуплекс легуре, ЦПТ испитивање је посебно важно јер је корелација ПРЕН-на-ЦПТ мање директна него за аустенитне класе.

Садржај азота је критичан у дуплекс легурама јер је азот првенствено обогаћен у аустенитној фази (приближно 2-3к већи садржај Н), а аустенит има већу растворљивост Цр и Мо. Ово раздвајање значи да је аустенитна фаза ПРЕН у дуплекс легури виша него што би сугерисала запреминска композиција, док је феритна фаза ПРЕН нижа. Феритна фаза, која је анода у галванском пару са аустенитом, је место где почиње питтинг.

ПРЕН прагови за дуплекс легуре у морској води

Дуплекс 2205 (ПРЕН ~34-36):ЦПТ ~25 °Ц у АСТМ Г48. Не препоручује се за континуирано урањање у морску воду изнад приближно 30-40 дегЦ температуре морске воде. Користи се за проточне водове и успоне у морској води умерене температуре са периодичним, а не континуираним излагањем.

Супер Дуплек 2507 (ПРЕН ~41-43):ЦПТ ~75 °Ц. Индустријски радни коњ за непрекидну подводну услугу{2}}уроњена у морску воду. ПРЕН изнад 40 корелира са могућношћу пуног потапања у морску воду на температурама Северног мора, западне Африке и Мексичког залива (5-35 °Ц). Захтева већина спецификација пројеката на мору за незакопане подморске проточне водове.

Зерон 100 / С32760 (ПРЕНв ~44):ЦПТ ~80 °Ц. В{2}}исправљена предност ПРЕН-а у односу на 2507 је скромна у смислу ПРЕН-а, али се преводи на ~5 степени Целзијуса виши ЦПТ, што Зерон 100 чини пожељним разредом за најагресивније примене у морској води и{6}}зонама.

ПРЕН за легуре никла: Зашто бројеви изгледају другачије

Легуре никла обично имају много веће вредности ПРЕН-а од нерђајућег челика, и ово је један од извора забуне у примени ПРЕН-а у породицама легура. Хастеллои Ц-276 са ПРЕН ~74 није "двоструко бољи" од 316Л са ПРЕН ~23 - скала није линеарна.

Зашто вредности ПРЕН легуре никла нису директно упоредиве са нерђајућим ПРЕН

НЕЛИНЕАРНОСТ ПРЕН СКАЛЕ: ПРЕН је индекс рангирања унутар породице легура (нерђајући челик или легуре никла), а не универзална линеарна скала. Хастеллои Ц-276 (ПРЕН ~74) нема 74/23=3.2 пута већу отпорност на питтинг од 316Л. У суштини је имун на удубљење у природној морској води, док 316Л није. Користите ПРЕН да рангирате легуре унутар исте породице; немојте га користити за поређење међу породицама. ПРЕН формула је калибрисана према подацима од нерђајућег челика. Када се примени на легуре никла са веома високим садржајем Мо и В, линеарна формула даје веома високе бројеве који се не пресликавају директно на ПРЕН скалу од нерђајућег челика. Оба важе за рангирање унутар своје породице, али апсолутне вредности нису заменљиве.

Легуре никла: ПРЕН рангирање унутар породице

Легура 825 (ПРЕН ~31):Дизајниран за киселу услугу, а не максималну отпорност на удубљење. ПРЕН ~31 је сличан 904Л; вредност легуре лежи у њеном саставу Ни-Цр-Мо-Ти за СЦЦ отпорност у Х2С окружењима.

Легура 625 (ПРЕН ~52):The benchmark for severe offshore and sour-service applications. PREN >Ограничење температуре од 50 и ~650 °Ц чини га пожељним избором за подморске скакаче, хемијско убризгавање и цевоводе за тешке{2}}услуге.

Хастеллои Ц-276 (ПРЕН ~74):Максимална отпорност на удубљење и пукотине у породици легура никла{0}}. ПРЕН ~74 и скоро{3}}имунитет у природној морској води. Одређено селективно за најагресивније киселе, киселе и ултра{5}}дубоке примене.

ПРЕН и кисели{0}}стандарди услуга: НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156

Критично питање у примени на мору иу нафту и гас је да ли је само ПРЕН довољан за одабир материјала у услугама које садрже Х2С-(кисели). Одговор је дефинитивно не.

Зашто је ПРЕН недовољан за избор киселе-услуге

ПРЕН сита за отпорност на точење хлорида; НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156 Део 3 регулише отпорност на пуцање под напоном сулфидом (ССЦ) у Х2С окружењима. Оба морају бити задовољена независно - ПРЕН не замењује НАЦЕ квалификацију, а НАЦЕ квалификација не гарантује адекватну отпорност на удубљење. За оффсхоре цевоводе у комбинованој услузи хлорид + Х2С, материјал мора истовремено: (1) имати адекватан ПРЕН за окружење хлорида; (2) бити квалификован према НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156 за специфични парцијални притисак и температуру Х2С; и (3) испуњавају применљиве захтеве механичких својстава и тврдоће. Ово су три одвојене, независне капије.

ПРЕН и НАЦЕ: Које легуре задовољавају обоје?

Табела 6: ПРЕН и НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156-3 квалификациони статус - оба критеријума морају бити испуњена независно за оффсхоре гасоводе

Често постављана питања

П1: Који је минимални ПРЕН за подводну услугу{1}}уроњена у морску воду?

A minimum PREN of 40 is the widely accepted industry threshold for continuous seawater immersion in offshore subsea applications. This is based on decades of offshore service experience and CPT correlation data from ASTM G48 testing. Super duplex 2507 (PREN ~43) and Zeron 100 (PRENw ~44) are the two grades that most consistently meet this threshold with margin. PREN compliance should always be supplemented by CPT/CCT ASTM G48 testing for critical offshore applications. For high-temperature seawater (>60 °Ц), препоручује се ПРЕН од најмање 50.

П2: Која је разлика између ПРЕН-а и критичне температуре удубљења (ЦПТ)?

ПРЕН је ИЗРАЧУНАНИ индекс изведен из састава (%Цр + 3.3%Мо + 16%Н). ЦПТ је ИЗМЕРЕНА вредност добијена АСТМ Г48 испитивањем урањањем са гвожђем хлоридом - то је највиша температура на којој је легура отпорна на удубљење. ПРЕН рангира легуре по саставу; ЦПТ квантификује њихов стварни учинак. Две легуре са истим ПРЕН-ом могу имати различите ЦПТ вредности због разлика у микроструктури, завршној обради површине или садржају инклузије. ЦПТ је преферирани параметар за спецификацију легура у критичним апликацијама у морској води и подморју.

П3: Зашто супер дуплек 2507 има већи ПРЕН од дуплек 2205?

Супер дуплек 2507 садржи више хрома (25% наспрам 22,5%), више молибдена (4% наспрам 3,2%) и више азота (0,28% наспрам 0,17%) од дуплек 2205. Калкулација ПРЕН даје: 2507: 25 + 3.3к{{{{111}} к 22.5 + 3.3к3.2 + 16к0.17=22.5 + 10.6 + 2.7=~36. Додатни Цр, Мо и Н у 2507 такође му дају вишу критичну температуру питтинга (ЦПТ ~75 дегЦ наспрам ~25 дегЦ за 2205), што је практичан разлог зашто је 2507 специфициран за континуирано урањање у морску воду.

П4: Могу ли да користим ПРЕН да упоредим Хастеллои Ц-276 са нерђајућим челиком?

Не - ПРЕН је индекс унутар{1}}породичног рангирања, а не универзална линеарна скала. Хастеллои Ц-276 има ПРЕН ~74 (користећи стандардну формулу), а 316Л има ПРЕН ~23, али то не значи да је Ц-276 74/23=3.2 пута отпорнији на питинг. Оба су у суштини имуна на удубљење у природној морској води, тако да је однос бесмислен. Користите ПРЕН за рангирање легура унутар нерђајућег челика ИЛИ унутар легура никла одвојено; користите ЦПТ тестирање за поређење између породица. ЈН Аллои испоручује и супер дуплек 2507 и Хастеллои Ц-276 за оффсхоре апликације.

П5: Да ли зона погођена топлотом{1}}вара има исти ПРЕН као и основни метал?

Не. Завар ХАЗ има другачију микроструктуру и састав од основног метала. У дуплекс и супер дуплекс легурама, термички циклус заваривања нарушава равнотежу аустенита/ферита, а ХАЗ може имати нижи ефективни ПРЕН од матичног. Таложење сигма{3}}фазе у ХАЗ супердуплекса (од претераног уноса топлоте) додатно смањује отпорност на корозију. ПРЕН се не примењује на метал шава - квалификација поступка заваривања треба да укључи испитивање тврдоће ХАЗ, контролу феритног броја, а за критичне примене, ХАЗ ЦПТ/ЦЦТ тестирање.

П6: Зашто титанијум нема ПРЕН вредност?

Титанијум степена 2 постиже отпорност на корозију путем фундаментално другачијег механизма - спонтаног формирања стабилног, самолечивог површинског филма титанијум-диоксида (ТиО2) који је имун на хлоридну тачку у морској води на температурама до приближно 130 °Ц. ПРЕН формула је изведена да квантификује отпорност пасивних филмова гвожђа-хром-молибдена-азота, који не постоје на титанијуму. Титанијум је у суштини имун на удубљење у морској води у читавом температурном опсегу релевантном за примену на мору, што чини ПРЕН и неважним и неприменљивим. За цевоводе за убризгавање морске воде, титанијум је често материјал избора из тог разлога.

П7: Да ли је ПРЕН довољан за избор киселог-сервисног материјала у нафтоводима и гасоводима?

Не. ПРЕН се односи само на отпорност на питинг хлорид. За услугу која садржи (кисели) Х2С-, НАЦЕ МР0175 / ИСО 15156 Део 3 регулише отпорност на пуцање сулфидним стресом (ССЦ) -, потпуно одвојен механизам деградације. Материјал мора истовремено да задовољи оба скупа захтева: (1) ПРЕН адекватан за окружење хлорида; и (2) НАЦЕ МР0175 квалификација за парцијални притисак Х2С, пХ, хлорид и температуру одређеног поља. ПРЕН не замењује НАЦЕ квалификацију. За оффсхоре гасоводе{15}}сервисне цевоводе, легура 625 (ПРЕН ~52, НАЦЕ{18}}квалификована) је стандард; Легура 825 и супер дуплекс 2507 су такође НАЦЕ-квалификовани у оквиру дефинисаних еколошких ограничења.

П8: Како ПРЕН треба навести у спецификацији пројектног материјала?

Добро{0}}написана клаузула спецификације ПРЕН-а треба да садржи: (1) варијанту формуле (стандардна или В-исправљена); (2) минималну вредност ПРЕН и њену еколошку основу; (3) да је ПРЕН израчунат на основу стварне топлотне хемије на сертификату о испитивању млина, а не типичан састав; (4) да је ЦПТ/ЦЦТ тестирање према АСТМ Г48 методама А и Б потребно као тестирање{7}}прихватања серије за подморске/одобалне апликације; (5) да су заваривање ХАЗ ПРЕН и баланс ферита верификовани квалификацијом поступка заваривања. Пример спецификације клаузуле је дат у одељку 10.2 овог чланка. ЈН Аллои може саветовати о ПРЕН спецификацији за специфичне оффсхоре пројекте.

П9: Да ли се ПРЕН примењује на корозију у пукотинама, као и на отворену корозију?

Само приближно - ПРЕН у великој мери корелира са отпорношћу на корозију у пукотинама, али је критична температура пукотина (ЦЦТ) исправан измерени параметар. ЦЦТ је увек нижи од ЦПТ за исту легуру (обично за 10-30°Ц за дуплекс и супер дуплекс легуре) зато што геометрија пукотина ствара високо киселу локалну хемију која је агресивнија од окружења отворене површине. За прирубничке спојеве, навојне спојеве и фитинге за подводне стезаљке - где је геометрија пукотина неизбежна - ЦЦТ испитивање према АСТМ Г48 методи Б је потребно. Коришћење самог ПРЕН-а без ЦЦТ података за геометрије склоне пукотинама је уобичајена грешка која је довела до прераног квара прирубница и фитинга у оффсхоре сервису.