1. 야금학적 안정성: 두꺼운 -단면 강판 제조에서 용접 중 열 영향부 균열을 방지하기 위해 원래 B-2 위에 Hastelloy B-3을 지정하는 이유는 무엇입니까?
Q: 우리는 50mm 두께의 Hastelloy 플레이트를 사용하여 벽이 두꺼운 원자로 용기를 제작하고 있습니다.- 이전 사양에서는 B-2를 요구했지만 새 개정판에서는 B-3을 요구합니다. 우리는 과거에 B-2에서 크래킹 문제를 경험했습니다. 이러한 균열을 방지하는 B-3 판의 야금학적 변화는 무엇입니까?
A: 두꺼운 단면 플레이트 제조에서 Hastelloy B-2에서 B-3으로의 전환은 니켈 합금 야금학의 가장 중요한 개선 중 하나입니다. B-2에서 경험한 균열은 작업자 오류가 아닐 가능성이 높습니다. 이는 B-3이 해결하기 위해 특별히 설계된 근본적인 야금학적 취약성이었습니다.
B-2 취약점:
두꺼운 판(12mm 이상)에서는 용접부에 인접한 열영향부(HAZ)가 적당한 속도로 냉각됩니다. Hastelloy B-2는 두 가지 관련 현상이 발생하기 쉽습니다.
단-범위 정렬: 550-850F(290-455도)의 온도 범위에서 B-2의 원자는 정렬된 구조로 재배열됩니다. 이로 인해 재료가 매우 단단하고 부서지기 쉽습니다.
탄화물 석출: B-2는 용접 중 HAZ의 결정립 경계에 탄화물 및 금속간 상(Mu 상)을 쉽게 석출시킵니다.
그 결과 모든 연성을 잃는 HAZ가 발생합니다. 용접 금속이 냉각되고 수축됨에 따라 이 부서지기 쉬운 HAZ를 잡아당기고 균열이 입자 경계를 따라 전파됩니다.-종종 육안으로는 보이지 않지만 NDT로는 감지할 수 있습니다.
B-3 용액(화학 제어):
Hastelloy B-3은 B-2와 동일한 뛰어난 내식성을 유지하지만 화학적 성질을 수정하여(철과 크롬의 첨가를 제어하고 탄소와 규소를 더욱 엄격하게 제어하여) 규칙성과 석출 속도를 거의 100배로 늦춥니다.
플레이트 제작에 대한 실제적 의미:
B-3 플레이트를 사용하면 HAZ는 냉각 중에 연성을 유지합니다. 용접은 인접한 모재를 찢지 않고 수축할 수 있습니다. 이는 다음을 의미합니다.
연성을 회복하기 위해 필수 용접 후 열처리(PWHT)가 필요하지 않습니다.
두꺼운 부분의 다중{0}}패스 용접은 안전합니다. 후속 패스의 열 순환은 이전 패스를 취약하게 만들지 않습니다.
이 플레이트는 -사용 중 취성 위험 없이 최대 고온까지 용접된 상태에서 사용할 수 있습니다.-
2. 염산 서비스: 공비 HCl 반응기에서 Hastelloy B-3 플레이트의 부식 속도는 어느 정도 예상되며, 두께 설계는 실제 산 불순물을 어떻게 수용합니까?
Q: 우리는 150도에서 공비 염산(약. 20% HCl)을 처리하기 위한 반응기를 설계하고 있습니다. 우리는 25mm 두께의 Hastelloy B-3 플레이트를 선택했습니다. 수명 계산에 어떤 부식 속도를 사용해야 하며, 미량의 철 이온(Fe+3)이 산성 흐름에 나타나면 어떻게 됩니까?
A: 150도의 순수 공비 HCl에서 Hastelloy B-3은 탁월한 성능을 제공합니다. 그러나 B-3에는 실제 화학 공정에서 이해해야 하는 특정한 취약성이 있기 때문에 불순물에 대한 귀하의 질문은 매우 중요합니다.
기준 부식률:
150도의 순수 무산소 염산에서 Hastelloy B-3은 일반적으로 연간 0.1mm(4mpy) 미만의 부식 속도를 나타냅니다. 이는 20년의 설계 수명 동안 상대적으로 얇은 부식 허용치를 허용합니다. 높은 몰리브덴 함량(28-30%)은 환원성 산성 환경에서 보호 필름을 형성하여 이러한 저항성을 제공합니다.
철 이온 위협("산화 이온" 함정):
이는 B-3 장비에 대한 가장 중요한 운영 고려 사항입니다.
메커니즘: Hastelloy B-3은 다음을 위해 설계되었습니다.감소산. 특히 크롬은 순수한 HCl에서 해롭기 때문에 크롬 함량이 낮습니다(1-3%). 그러나 공정 흐름이 상류 부식, 구리 이온(Cu{5}}) 또는 용존 산소로 인한 산화종-일반적으로 철 이온(Fe+3)으로 오염되면 부식 메커니즘이 완전히 변경됩니다.
고장 모드: B-3의 패시브 필름은 산화 조건을 견딜 수 없습니다. Fe+3가 존재하면 부식 속도가 급등할 수 있습니다.<0.1 mm/year to >5mm/년. 이는 종종 "나이프-라인" 또는 급속한 일반 엷어짐으로 간주됩니다.
설계 완화:
부식 허용량: 0.1mm/년이 기준이지만 숙련된 설계자는 종종 산화종을 도입하는 잠재적인 공정 혼란을 설명하기 위해 추가로 3mm의 "무지 요인"을 추가합니다.
공정 제어: B-3 플레이트의 실제 보호는 업스트림 제어입니다. 즉, 산 흐름에 철 오염 및 산소 유입이 없도록 보장하는 것입니다.
모니터링: 반응기에 부식 모니터링 프로브를 포함하여 산화 종이 시스템에 유입되었음을 나타내는 부식 속도의 급격한 증가를 감지합니다.
3. 성형 및 제작: 하스텔로이 B-3 판 냉간 성형의 실제 한계는 무엇이며 균열 방지를 위해 열간 성형이 필요한 경우는 언제입니까?
Q: 40mm 두께의 Hastelloy B-3 플레이트를 압력 용기용 반구형 헤드로 성형해야 합니다. 저희 가게는 일반적으로 스테인레스 스틸을 냉간 성형합니다. B-3을 냉간 성형할 수 있습니까, 아니면 열간 성형해야 합니까? 위험은 무엇입니까?
A: 40mm 두께의 Hastelloy B-3 판을 반구형으로 성형하는 것은 엄격한 성형 작업입니다. 이 두께와 이 합금에서는 필수는 아니지만 열간 성형이 강력히 권장됩니다. 냉간 성형을 시도하면 즉각적인 균열이나 지연된 파손의 위험이 있습니다.
작업 강화 과제:
Hastelloy B-3은 가공-경화 속도가 오스테나이트계 스테인리스강보다 훨씬 높습니다. 판을 냉간 성형하면 빠르게 강해지지만 연성을 잃습니다. 반구형 헤드와 같은 깊은 드로우의 경우 너클 반경의 변형이 극단적입니다.
한도 정량화:
스테인레스 스틸: 어닐링이 필요하기 전에 20-25%의 냉간 감소를 견딜 수 있습니다.
Hastelloy B-3: 실제 냉간 성형 한계는 일반적으로 최대 변형률 10~15%입니다. 평판의 반구형 헤드는 특히 전이 반경에서 국지적으로 이 값을 초과합니다.
열간 성형 매개변수:
열간 성형하는 경우 정밀도가 중요합니다.
온도 범위: B-3의 이상적인 열간 성형 범위는 1000도~1200도(1830도 F~2190도 F)입니다.
위험 지대: 취성 범위 550도~850도(1020도 F~1560도 F)를 피해야 합니다. 성형하는 동안 판이 이 범위를 통해 천천히 냉각되면 규칙성과 취성이 발생할 수 있습니다.
성형 후 열처리: 열간 성형 후에는 균일하고 부드러우며 부식에 강한 미세 구조를 복원하기 위해 헤드를 분해 어닐링(1060도 이상 가열하고 급속 담금질)해야 합니다.{3}} 성형 공정은 뜨겁더라도-균일하지 않은 입자 구조를 생성할 수 있습니다.
냉간 성형 예외:
얇은 판을 성형하는 경우(<6mm) into simple bends (e.g., for a duct), cold forming is possible. However, even then, the formed area will be work-hardened. If the component will be used in a corrosive environment, the cold-formed area (now stressed and harder) may corrode preferentially. A full solution anneal after forming is always the safest practice.
4. ASME 코드 준수: ASME 섹션 VIII, Division 1에 따라 Hastelloy B-3 플레이트에 적용되는 설계 응력 값은 무엇이며, 용접은 허용 응력에 어떤 영향을 줍니까?
질문: 우리는 Hastelloy B-3 플레이트를 사용하여 ASME 섹션 VIII, Div 1에 대한 압력 용기를 설계하고 있습니다. 우리는 솔기를 용접하고 있습니다. 판에 사용할 수 있는 최대 허용 응력 값은 얼마이며, 용접 접합 효율 계수로 인해 이 값이 감소합니까?
A: Hastelloy B-3 플레이트는 ASME 보일러 및 압력 용기 코드에 잘 설명되어 있습니다. 안전하고 경제적인 설계를 위해서는 모재 응력 값과 용접 접합 효율성 간의 상호 작용을 이해하는 것이 중요합니다.
재료 사양:
Hastelloy B-3 플레이트는 일반적으로 ASTM B333(니켈-몰리브덴 합금 플레이트)로 제조됩니다. 이 사양은 ASME 섹션 II, 파트 A에 의해 승인되었으며 허용 응력은 ASME 섹션 II, 파트 D에 나열되어 있습니다.
허용되는 스트레스 값:
실온에서 B-3 플레이트에 허용되는 인장 응력은 특정 제품 형태 및 열처리에 따라 일반적으로 약 180-190MPa(26-27.5ksi)입니다. 이 값은 인장 강도를 4로 나눈 값 또는 항복 강도를 1.5로 나눈 값 중 더 낮은 값에서 파생됩니다.
용접 접합 효율 계수(E):
설계 엔지니어가 주의해야 할 부분이 바로 여기에 있습니다. 섹션 II, 파트 D의 허용 응력은 다음에 적용됩니다.비금속. 용접 이음새를 도입할 때 해당 모재 응력에 UG-27 및 UW-12에 따른 접합 효율 계수(E)를 곱해야 합니다.
유형 1(전체 RT): 모든 카테고리 A 및 B 용접에 대해 100% 방사선 검사를 수행하는 경우 접합 효율성 E=1.0.를 사용할 수 있습니다. 이는 용접이 모재 금속만큼 100% 강한 것으로 간주되며 두께 계산에 전체 허용 응력 값을 사용할 수 있음을 의미합니다.
Type 2(Spot RT): Spot 방사선 촬영만 수행하면 효율이 E= 0.85.로 떨어집니다.
유형 3(RT 없음): 방사선 촬영을 수행하지 않는 경우 범주 A 용접(쉘의 세로 방향 이음매)에 대한 효율성은 일반적으로 E=0.70입니다.
실제적인 의미:
중요한 원자로의 경우 허용 응력을 최대화하고 벽 두께를 최소화하기 위해 거의 확실하게 100% 방사선 촬영(E=1.0)을 지정합니다. 그러나 용접 절차와 용접공은 ASME 섹션 IX에 대한 자격을 갖추어야 하며, 용가재(일반적으로 ERNiMo-7 또는 ERNiMo-10)가 호환되어야 합니다.
온도에 따른 정격 감소:
설계 온도가 증가하면 허용 응력 값이 감소한다는 점을 기억하십시오. 적용 분야의 특정 온도(예: 150도, 200도 등)는 ASME 섹션 II, 파트 D의 표를 참조해야 합니다.
5. 용접 수리: 제작 중에 Hastelloy B-3 판에 결함이 발견된 경우 내식성을 손상시키지 않고 용접 수리를 위한 올바른 절차는 무엇입니까?
질문: 제작된 B-3 용기의 NDT 중에 모판에서 얕은 표면 결함(겹침 또는 함유물)을 발견했습니다. 갈아서 용접해서 수리해야 합니다. 수리 부위가 원래 판과 동일한 내식성을 갖도록 보장하는 구체적인 절차는 무엇입니까?
A: Hastelloy B-3 판의 수리 용접은 허용되지만 세부 사항에 세심한 주의가 필요합니다. 제대로 수행되지 않은 수리로 인해 사용 중에 우선적으로 부식되는 "하드 스팟" 또는 화학적으로 분리된 영역이 생성될 수 있습니다. 금속학적으로 건전한 수리를 위한 단계별-프로토콜은 다음과 같습니다.
1단계: 결함 제거 및 확인:
연삭: 산화알루미늄 또는 탄화규소 휠을 사용합니다.니켈 합금 전용. 철이나 강철에 사용된 바퀴는 절대로 사용하지 마십시오. 내장된 철 입자로 인해 녹이 슬거나 구멍이 생길 수 있습니다.
NDT 검증: Grinding 후 염료침투탐상(PT) 검사를 실시하여 결함이 완전히 제거되었는지 확인합니다. 캐비티는 날카로운 모서리 없이 매끄러워야 합니다-(응력 집중을 방지하려면 반경이 필수임).
2단계: 충전재 선택:
올바른 용가재를 사용하십시오: ERNiMo-7(B-2의 경우) 또는 ERNiMo-10(흔히 안정화된 화학 물질과 일치하도록 B-3에 권장됨). 범용 니켈 필러를 사용하면 부식 특성이 다른 희석 영역이 생성됩니다.
3단계: 용접 매개변수(열 입력 제어):
낮은 열 입력: 전류량이 낮은 GTAW(TIG) 프로세스를 사용합니다. 목표는 과도한 모재를 녹이지 않고 용가재를 증착하는 것입니다. 용접 풀에 모재가 많이 희석되면 공격에 취약한 몰리브덴{2}} 고갈 영역이 생성될 수 있습니다.
층간 온도: 층간 온도를 엄격하게 제어합니다. 100도(212도 F) 미만으로 유지하세요. 과도한 열 축적은 수리 시 열-영향을 받는 부분에 질서 또는 탄화물 석출을 촉진할 수 있습니다.
스트링거 비드: 넓은 위빙 패스보다는 작은 스트링거 비드를 사용하십시오. 직조는 열 입력을 늘리고 열-영향부의 너비를 증가시킵니다.
4단계:-용접 후 처리(중요한 단계):
두꺼운 판을 수리하는 경우 용접 열로 인해 작은 HAZ가 생성됩니다. B-3은 주문에 저항력이 있지만 수리 부위에는 잔류 응력이 있고 미세 구조가 약간 다릅니다.
전체 용기가 이미 용체화 어닐링된 경우: 수리 영역의 국부 용접 후 열처리(PWHT)는 위험합니다. B-3은 응력 완화가 필요하지 않으며 국지적 가열을 시도하면 열 구배와 원치 않는 잔류 응력이 발생할 수 있습니다.
모범 사례: 이상적인 시나리오는 모든 수리를 완료하는 것입니다.~ 전에용기의 최종 용액 어닐링. 용기가 너무 커서 재-어닐링할 수 없는 경우 HAZ가 최소화되도록 낮은 입열량으로 수리를 수행해야 하며, 용가재가 내식성과 일치한다면 해당 영역은 -용접된 상태-로 허용됩니다.
5단계: 최종 검사:
용접 후 수리 부위를 평평하고 매끄럽게 갈아줍니다.
수리가 제대로 되었는지 확인하기 위해 새로운 PT 검사를 수행하십시오.
가능하다면 Feritscope 테스트를 수행하십시오(B-3은 비자성이어야 하지만 자기 반응은 오염 또는 잘못된 미세 구조를 나타냄).
