چقرمگی فولاد ضد زنگ دوبلکس در دماهای پایین

فولادهای ضد زنگ دوبلکسمقاومت به خوردگی آستنیت را با استحکام فریت در یک ریزساختار تقریباً 50/50 ترکیب کنید-که تقریباً دو برابر گریدهای آستنیتی معمولی مانند 304L و 316L استحکام تسلیم می‌دهد. اما قدرت تنها بخشی از داستان است.

در خدمات برودتی، پردازش LNG، پلتفرم‌های دریایی و پروژه‌های انرژی قطب شمال، توانایی مواد برای جذب انرژی بدون شکستن-چقرمگی-به همان اندازه حیاتی است.

Toughness of Duplex Stainless Steel at Low Temperatures

این مقاله به سوالاتی که مهندسان، تعیین‌کننده‌ها و تیم‌های تدارکات اغلب در مورد چقرمگی فولاد ضد زنگ دوبلکس می‌پرسند پاسخ می‌دهد: دوبلکس SS چگونه در دماهای پایین عمل می‌کند؟ چه الزامات تست ضربه چارپی اعمال می شود؟ کدام درجه‌ها برای خدمات زیر{0}}صفر مناسب هستند؟ و شواهد در مورد چقرمگی جهانی واقعی در کاربردهای LNG، فراساحلی و برودتی چیست؟

نکته کلیدی: فولادهای ضد زنگ دوبلکس در دماهای تا 50- درجه (برای دوبلکس استاندارد) و 80- درجه (برای سوپر دوبلکس) چقرمگی عالی دارند، با مقادیر ضربه Charpy V-بریدگی 50 تا 100 ژول در 40- درجه -بسیار بیش از 27 ژول 240.7 متر حداقل مورد نیاز ASTAM. این امر، دوبلکس SS را از نظر فنی برتر و ارزان‌تر می‌کند{10}}جایگزینی برای 316 لیتر در برنامه‌های زیر{12}}صفر و فراساحل، با 40 تا 60 درصد مواد کمتر مورد نیاز به دلیل استحکام بالاتر.

آزمایش ضربه بریدگی Charpy V{0} مقدار انرژی (بر حسب ژول) را اندازه گیری می کند که یک نمونه آزمایش استاندارد شده هنگام شکستن توسط آونگ در حال چرخش در دمای مشخصی جذب می کند. مقدار Charpy بالاتر به این معنی است که ماده سخت تر است-بیشتر قادر به جذب انرژی بدون شکاف است. برای فولاد ضد زنگ دوبلکس، آزمایش Charpy اختیاری نیست: این آزمایش توسط ASTM A240/A790، EN 10088 و بخش VIII کد ASME برای تأیید اینکه ریزساختار فریت-آستنیت چقرمگی کافی برای کاربردهای مرزی ارائه می‌دهد الزامی است.

نمونه آزمایشی یک میله مستطیل شکل (55 میلی‌متر × 10 میلی‌متر × 10 میلی‌متر) با یک بریدگی 2 میلی‌متر{4}}V- عمیق در مرکز آن است. نمونه در یک دستگاه تست چارپی قرار داده می شود، در دمای مورد نظر (دمای اتاق، 0 درجه، 20- درجه یا 40- درجه) نگهداری می شود و با یک آونگ در حال چرخش برخورد می کند. دستگاه انرژی جذب شده برای شکستن نمونه را اندازه گیری می کند که بر حسب ژول (J) یا فوت{11}}پوند (ft·lbf) بیان می شود.

چرا تست Charpy به طور خاص برای فولاد ضد زنگ دوبلکس مورد نیاز است؟

فولادهای زنگ نزن دوبلکس به آزمایش چارپی نیاز دارند زیرا ریزساختار دو فازی (فریت + آستنیت) آنها به عملیات حرارتی نامناسب حساس است، که می‌تواند باعث شکنندگی در دماهای بالا (تردی 475 درجه، فاز سیگما) یا کاهش چقرمگی در دماهای زیر{3}صفر شود. تست چارپی ابزار کنترل کیفیتی است که صحت ریزساختار و ایمن بودن مواد برای سرویس را تایید می کند.

خطرات اولیه ای که تست Charpy در فولاد ضد زنگ دوبلکس تشخیص می دهد:

✔ عدم تعادل فاز: اگر نسبت فریت/آستنیت از 50/50 ~ (مثلاً 70/30 یا 80/20) تغییر کند، چقرمگی به طور چشمگیری کاهش می یابد. تست Charpy این را به سرعت تشخیص می دهد.

✔ شکنندگی 475 درجه: قرار گرفتن در معرض طولانی مدت در دمای 300-500 درجه باعث رسوب{3}} غنی از کروم در فاز فریت می شود که به شدت چقرمگی را کاهش می دهد. تست‌های چارپی در دمای اتاق و دمای زیر{5}}صفر این را تشخیص می‌دهند.

✔ شکنندگی فاز سیگما: زمان طولانی در 600-800 درجه، فاز سیگما بین فلزی سخت و شکننده را تشکیل می دهد. یک آزمایش چارپی می‌تواند شکنندگی فاز سیگما{3}} را از یک دسته عملیات حرارتی بد تشخیص دهد.

✔ چقرمگی{0}}منطقه متاثر از حرارت جوش (HAZ): HAZ جوش دوبلکس SS ضعیف‌ترین ناحیه در یک سازه ساخته شده است. آزمایش ضربه HAZ (با استفاده از نمونه‌های بریدگی کناری یا شبیه‌سازی جوش جداگانه) برای کاربردهای حیاتی الزامی است.

✔ تأیید سرویس دمای پایین-: برای کاربردهای برودتی و فراساحلی، آزمایش Charpy در -40 درجه یا پایین‌تر تأیید می‌کند که فاز آستنیت انعطاف‌پذیری FCC خود را در دمای طراحی حفظ می‌کند.

Charpy در مقابل سایر تست‌های سختی: کدام یک برای Duplex SS مورد نیاز است؟

روش تست	آنچه را اندازه گیری می کند	اندازه نمونه	برنامه برای Duplex SS	استاندارد ASTM
Charpy V-notch (CVN)	انرژی تا شکست (J)	55×10×10 میلی‌متر، بریدگی 2 میلی‌متری V{4}	اجباری برای ASTM A240/A790؛ کد ASME	ASTM E23
بریدگی سوراخ کلید چارپی	انرژی تا شکست (J)	55×10×10 میلی متر، سوراخ کلید	جایگزین CVN؛ به ندرت برای SS دوبلکس استفاده می شود	ASTM E23
کاهش وزن (نفر- شکل‌پذیری)	دمای NDT (درجه)	صفحه با ضخامت کامل-	برای برنامه های کاربردی کشتی های هسته ای/فشار مورد نیاز است	ASTM E208
CTOD (جابجایی باز شدن نوک ترک)	چقرمگی شکست (mm)	نمونه پرتو بزرگ	سازه های فراساحلی؛ بدنه FPSO؛ جوش های بحرانی	BS 7448، ISO 12135
چقرمگی شکست K_IC	شدت تنش بحرانی (MPa√m)	نمونه SENB بزرگ	تحقیق؛ ساختارهای حیاتی قطب شمال	ASTM E399

فولاد ضد زنگ دوبلکس در دماهای پایین چقرمگی عالی را حفظ می کند زیرا فاز آستنیت آن (ساختار کریستالی FCC) انعطاف پذیر و مقاوم در برابر ضربه-حتی در 40- درجه است، در حالی که فاز فریت آن (ساختار BCC) استحکام می دهد. آستنیت به عنوان یک ترک-فاز توقف عمل می‌کند، ترک‌های در حال انتشار را کند می‌کند و انرژی ضربه را در ریزساختار دو فازی- توزیع می‌کند. به همین دلیل است که دوبلکس استاندارد (2205) برای سرویس تا 50- درجه و فوق دوبلکس (2507, 32760) تا 80- درجه بدون نیاز به آلیاژهای برودتی{11} تایید شده است.

Why Duplex Stainless Steel Retains Toughness at Low Temperatures

برای درک اینکه چرا دوبلکس SS در دمای پایین بسیار سخت است، باید بدانیم که وقتی فلزات سرد می شوند چه اتفاقی می افتد:

✔ فلزات BCC (فریت، فریت SS، فولاد کربنی): در دماهای پایین، فلزات BCC تحت یک انتقال شکل پذیر-به-ترد کننده (DBTT)-با هشدار کمی به زیر دمای بحرانی می‌چسبند. فولاد کربنی می تواند به طور فاجعه بار زیر 20- درجه شکست بخورد. حتی فولادهای ضد زنگ فریتی مانند 430 DBTT را نشان می دهند.

✔ فلزات FCC (آستنیت، آلومینیوم، مس): فلزات FCC DBTT ندارند. صفحات اتمی آنها می توانند در هر جهتی بلغزند، بنابراین حتی در دمای نیتروژن مایع (196- درجه) انعطاف پذیر می مانند. به همین دلیل است که 304L و 316L در خدمات برودتی تا 269- درجه استفاده می شود.

✔ دوبلکس SS (دو-فاز): فاز آستنیت از انتشار شکستگی شکننده در ماتریس فریت جلوگیری می‌کند. حتی زمانی که فاز فریت مقداری شکنندگی را تجربه می‌کند، جزایر آستنیت انرژی ضربه را جذب کرده و ترک‌ها را متوقف می‌کنند. ترک باید بارها و بارها در اطراف جزایر آستنیتی حرکت کند، انرژی را از بین ببرد و چقرمگی موثر را افزایش دهد.

چه اتفاقی برای چقرمگی SS دوبلکس زیر 40- درجه می‌افتد؟

نتیجه گیری: فولادهای زنگ نزن دوبلکس استاندارد (2205، UNS S31803/S32205) چقرمگی کافی را تا حدود 50- درجه حفظ می کنند، اما شروع به نشان دادن مقادیر ضربه کاهش یافته زیر 40- درجه می کنند. برای خدمات زیر 50- درجه، گریدهای سوپر دوبلکس (2507، 32750، 32760) با محتوای Ni و N بالاتر توصیه می شود. برای خدمات زیر ۸۰- درجه (LNG در{12}}لوله، مخازن برودتی)، گریدهای آستنیتی مانند 304L یا 316L معمولاً مشخص می‌شوند-اگرچه برخی از اپراتورهای LNG از super duplex به دلیل استحکام{16}}به وزن بالاتر آن استفاده می‌کنند.

درجه	UNS	CVN معمولی در RT (J)	CVN معمولی در -20 درجه (J)	CVN معمولی در -40 درجه (J)	CVN معمولی در -100 درجه (J)	حداقل دمای سرویس
استاندارد دوبلکس 2304	S32304	100–150	70–120	40–80	N/A	-30 درجه
استاندارد دوبلکس 2205	S31803/S32205	80–130	60–100	40–70	N/A	-50 درجه
Super Duplex 2507	S32750	60–100	45–80	30–60	10–30	-80 درجه
Super Duplex 32760	S32760	50‐90	35–70	20–50	5–20	-80 درجه
آستنیت 304 لیتر	S30403	150–200	140–190	130–180	100–150	-269 درجه
آستنیت 316L	S31603	140–180	130–170	120–160	90–130	-269 درجه

توجه: مقادیر نشان دهنده جهت تست طولی (جهت L-T) هستند. مقادیر عرضی (T{2}}L) معمولاً 30 تا 50٪ کمتر است. همیشه از جهت گیری مربوط به جهت بارگذاری طراحی خود استفاده کنید.

ASTM A240 (صفحه/ورق) و ASTM A790 (لوله) به حداقل 54 J (40 ft·lbf) برای گریدهای دوبلکس استاندارد در شرایط آنیل شده محلول نیاز دارند. گریدهای سوپر دوبلکس (S32750، S32760) معمولاً به حداقل 45-50 J نیاز دارند. اینها حداقل‌های ROOM TEMPERATURE هستند{10}}برای خدمات زیر صفر، مشخص‌کننده باید دمای آزمایش و حداقل مقدار را براساس کد طراحی و شرایط سرویس تعیین کند.

استاندارد	درجه	حداقل نیاز CVN	دمای تست	جهت تست	یادداشت ها
ASTM A240	S31803 / S32205 (2205)	54 J (40 ft·lbf)	دمای اتاق (20±5 درجه)	L-T یا T-L	هر نوع محصول؛ بشقاب و ورق
ASTM A240	S32750 / S32760 (Super Duplex)	54 J (40 ft·lbf)	دمای اتاق	L-T یا T-L	برخی از آسیاب ها 45 ژول دقیقه را مشخص می کنند
ASTM A790	S31803 / S32205 (2205)	54 J (40 ft·lbf)	دمای اتاق	محور لوله (عرضی)	لوله بدون درز و جوش داده شده
ASTM A790	S32750 (2507)	54 J (40 ft·lbf)	دمای اتاق	محور لوله	لوله سوپر دوبلکس
EN 10088-3	1.4462 (2205)	60 J (در 20 درجه)	دمای اتاق	طولی	استاندارد EN با ASTM متفاوت است
EN 10088-3	1.4410 (2507)	60 J (در 20 درجه)	دمای اتاق	طولی	EN 10088 به حداقل بالاتری نیاز دارد
ASME VIII-1	تمامی گریدهای دوبلکس	بدون حداقل اجباری (بر اساس طراحی-)	به ازای دمای طراحی	در جهت بارگیری	از مکانیک های تنش و شکست مجاز استفاده کنید
ASME B31.3	تمامی گریدهای دوبلکس	در فصل نهم معافیت آزمون ضربه	دمای طراحی	در هر بارگذاری	لوله کشی فرآیند؛ معافیت ضربه اعمال می شود

چه الزامات اضافی برای کاربردهای فراساحلی و برودتی اعمال می شود؟

برنامه های فراساحلی و زیر{0}}صفر الزاماتی را تحمیل می کنند که فراتر از حداقل های استاندارد ASTM است. API 17J، NORSOK و ISO 15156 آزمایش Charpy اضافی را در دمای طراحی (20- درجه، -40 درجه یا پایین تر) با حداقل مقادیر 45-50 J و آزمایش ضربه HAZ برای تأیید چقرمگی ناحیه جوش مشخص می کنند.

کد / استاندارد	برنامه	دمای تست	حداقل CVN	تست HAZ	الزامات اضافی
API 17J (انعطاف‌پذیرهای فراساحلی)	اجزای خط جریان زیر دریا	-20 درجه	45 J	بله	PREN بزرگتر یا مساوی 38; گواهی 3.1 مورد نیاز است
NORSOK M-001	سکوهای دریایی نروژ	-10 درجه	45 J (پایه)	بله (CVN در -10 درجه)	محتوای فریت 25-75٪. PREN بزرگتر یا مساوی 40
ISO 15156 (NACE MR0175)	خدمات ترش زیر دریا	-20 درجه	40 ژول دقیقه	بله	محدودیت های فشار جزئی H2S اعمال می شود
مخازن LNG (API 620)	مخازن ذخیره LNG	-165 درجه	27 J (کد کشتی حداقل)	بله (کد کشتی)	از 304 لیتر یا 316 لیتر برای مخزن داخلی استفاده کنید. دوبلکس برای بیرونی
خطوط لوله قطب شمال (CSA Z662)	خطوط لوله نفت و گاز قطب شمال	-45 درجه	50 J	بله	CTOD نیز مورد نیاز است. DWTT برای لوله خط
ASME B31.3 فصل نهم	لوله کشی فرآیند	دمای طراحی یا -29 درجه سانتیگراد	27 J (یا معافیت)	بله (اگر معاف نیست)	جداول معافیت آزمون ضربه اعمال می شود

برای سرویس LNG (دمای طراحی -162 درجه)، دوبلکس استاندارد 2205 برای مهار فشار اولیه توصیه نمی‌شود، زیرا فاز فریت آن در حدود 60- درجه به 80- درجه تغییر شکل‌پذیری-به-شکننده دارد. Austenitic 304L یا 316L برای پوسته های داخلی مخزن LNG مشخص شده است. با این حال، سوپر دوبلکس 2507 و 32760 در خطوط لوله زیردریایی LNG و سکوهای دریایی که در آن دمای طراحی تا 80- درجه وجود دارد استفاده می شود، مشروط بر اینکه تست Charpy چقرمگی کافی را در 80- درجه تایید کند.

Duplex Stainless Steel Charpy Requirements by Service Temperature

الزامات چقرمگی کاربرد LNG:

✔ پوسته داخلی مخزن LNG (سد اولیه): AISI 304L (UNS S30403) یا 304/316 آستنیتی زنگ نزن. حداقل Charpy 27 J در -162 درجه. هیچ SS دوبلکس برای مانع اولیه مجاز نیست.

✔ پوسته بیرونی مخزن LNG و فضای حلقوی: Super duplex 2507 یا 32760 به طور فزاینده ای برای ساختارهای پشتیبانی مخزن خارجی و لوله کشی استفاده می شود، با آزمایش Charpy در 80- درجه حداقل 45 J.

✔ خطوط جریان زیردریایی ترمینال گازی سازی مجدد LNG: Super duplex 2507 (S32750) با PREN بزرگتر یا مساوی 40، Charpy 45 J در 20- درجه، دارای گواهی API 17J.

✔ LNG قطب شمال: برای Yamal LNG و پروژه های مشابه، گریدهای دوبلکس ویژه با آزمایش Charpy در 60- درجه، همراه با الزامات چقرمگی شکست CTOD مشخص شد.

الزامات Charpy برای دوبلکس SS در برنامه های پلت فرم دریایی چیست؟

سکوهای فراساحلی در دریای شمال، خلیج مکزیک و دریای چین جنوبی معمولاً فولاد ضد زنگ دوبلکس را برای لوله‌کشی فرآیند، بوم‌های شعله‌ور و اجزای زیر دریا با نیاز Charpy 45 تا 50 ژول در 20- درجه یا 40- درجه، بسته به دمای پایه طراحی و الزامات NORSOK یا API قابل اجرا، مشخص می‌کنند.

برنامه فراساحل	درجه دوبلکس معمولی	دمای تست	حداقل CVN (J)	اختیار
خطوط لوله تزریق آب زیر دریا	S31803/S32205 (2205)	-30 درجه	45	API 17A / DNV GL
لوله‌کشی - در بالا	S31803/S32205 (2205)	-20 درجه	45	NORSOK M-001 / ASME B31.3
اعضای ساختاری بوم فلر	S32750 (2507)	-40 درجه	45	NORSOK / ISO 19902
لوله کشی خنک کننده آب دریا	S31803/S32205 (2205)	-20 درجه	40	NORSOK M-001
صفحه بدنه FPSO (سد ثانویه)	S32750 (2507)	-30 درجه	50	کد DNV GL / IGC
جامپر منیفولد زیر دریا	S32750 (2507)	-20 درجه	50	API 17J / DNV GL

الزامات Charpy برای دوبلکس SS در خطوط لوله قطب شمال و آب و هوای سرد چیست؟

خطوط لوله قطب شمال در کانادا، روسیه و آلاسکا که در دمای -40 درجه تا -45 درجه کار می کنند به فولاد ضد زنگ دوبلکس با مقادیر ضربه Charpy 50-60 J در دمای طراحی، به علاوه تست چقرمگی شکست اضافی (CTOD و/یا DWTT) نیاز دارند. استانداردهای کانادایی CSA Z662 و GOST روسی الزامات چقرمگی را مشخص می‌کنند که از الزامات استاندارد API و ASME برای آب و هوای معتدل فراتر می‌رود.

✔ خطوط لوله نفت قطب شمال (-40 درجه تا -45 درجه): Super duplex 2507 یا Lean duplex 2101 با Charpy 50 J min در -40 درجه؛ DWTT مورد نیاز برای لوله خط (مساحت برشی > 85٪ در -40 درجه).

✔ خطوط لوله گاز قطب شمال (40- درجه): الزامات مشابه به اضافه CTOD بیشتر یا مساوی 0.25 میلی متر در 40- درجه برای جوش های دور لوله.

عملیات حرارتی نامناسب باعث ایجاد سه مکانیسم متمایز شکنندگی در فولاد ضد زنگ دوبلکس می شود که همه آنها با آزمایش Charpy شناسایی می شوند: (1) شکنندگی 475 درجه (از دست دادن سریع چقرمگی پس از 100-1000 ساعت در 300-500 درجه)، (2) شکنندگی فاز سیگما (پس از قرار گرفتن در معرض 000 درجه اول)، (300 درجه) شکنندگی (تجزیه بلند مدت فریت در 300-400 درجه). هر سه می‌توانند مقادیر ضربه چارپی را از 80 تا 120 ژول به زیر 20 ژول کاهش دهند{17}}که یک کاهش فاجعه‌بار چقرمگی است.

مکانیزم تردی	محدوده دما	زمان بحرانی شدن	افکت Charpy CVN	روش تشخیص	اصلاح
شکنندگی 475 درجه (آلفا اول)	300-500 درجه	100-1000 ساعت	CVN 80-120J کاهش می یابد →<20J	Charpy در RT + میکروسکوپ	محلول در 1020-1050 درجه آنیل می شود
فاز سیگما (σ).	600-800 درجه	10-100 ساعت	CVN 50-100J کاهش می یابد →<15J	Charpy + SEM/EDS	محلول در 1020-1050 درجه آنیل می شود
فاز چی (χ).	500-650 درجه	10-50 ساعت	کاهش 30 تا 60 درصدی CVN	Charpy + SEM	محلول در 1020-1050 درجه آنیل می شود
کاربیدهای مرز دانه (حساس شدن)	600-800 درجه (سرد کند)	دقیقه - ساعت	CVN 20 تا 40 درصد کاهش می یابد	Charpy + ASTM A262 E/C	محلول آنیل; از خنک شدن آهسته 600 تا 800 درجه اجتناب کنید
عدم تعادل فاز (فریت اضافی)	>1100 درجه یا سریع خنک	در طول پردازش	کاهش 30 تا 50 درصدی CVN	فریتسکوپ + چارپی	دوباره{0}}با سرعت خنک‌سازی صحیح آنیل کنید

الزامات Charpy برای مناطق متاثر از حرارت جوش SS دوبلکس- (HAZ) چیست؟

جوش HAZ فولاد ضد زنگ دوبلکس ضعیف ترین ناحیه در یک سازه ساخته شده است زیرا چرخه حرارتی جوش باعث عدم تعادل فاز موضعی (کاهش بیش از حد فریت یا آستنیت)، درشت شدن دانه ها و بارش احتمالی می شود. کاربردهای حیاتی نیاز به آزمایش Charpy از HAZ در دمای طراحی دارند، با حداقل مقادیر معمولاً 70 تا 85 درصد از نیاز فلز پایه.

✔ فلز پایه Charpy: 54 J در دمای اتاق (حداقل ASTM A240/A790).

✔ HAZ Charpy: حداقل 40 J در دمای اتاق برای اکثر کدها. حداقل 45 ژول در دمای طراحی برای کاربردهای دریایی و قطب شمال.

✔ فلز جوش چارپی: فلز جوش رسوب داده شده (معمولاً پرکننده منطبق یا پرکننده آلیاژی) نیز باید الزامات چارپی را برآورده کند. پرکننده جوش ER2594 (AWS A5.9) معمولاً در دمای اتاق به 50-80 ژول می رسد.

✔ عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT): دوبلکس SS نباید در محدوده 300 تا 800 درجه PWHT باشد به دلیل خطر تردی. آنیل کردن محلول پس از جوشکاری تنها مسیر PWHT قابل قبول است.

زمانی که: (1) استحکام مهم است (دوبلکس دارای 2× استحکام تسلیم 316 لیتر است، یعنی 40 تا 60 درصد مواد کمتر)، (2) دمای طراحی بزرگتر یا مساوی 50- درجه برای دوبلکس استاندارد یا بزرگتر یا مساوی 80- درجه برای دوبلکس است، (2) درجه حرارت طراحی بیشتر یا مساوی 50- درجه برای کاربردهای دوبلکس استاندارد است. (Cl-SCC) یک خطر است (دوبلکس مقاوم‌تر است). آستنیتی 304L/316L را برای مخازن داخلی LNG، ذخیره سازی برودتی و دماهای زیر 80- درجه که چقرمگی دوبلکس کاهش می یابد، انتخاب کنید. برای کاربردهای زیر صفر در دمای -30 درجه تا -50 درجه (لوله‌کشی فرآیند سکوی فراساحلی، خطوط تزریق آب قطب شمال)، دوبلکس 2205 از نظر فنی برتر و مقرون به صرفه‌تر از 316 لیتر است.

Duplex vs Austenitic Stainless Steel

اموال	دوبلکس 2205 (S31803/S32205)	Super Duplex 2507 (S32750)	آستنیت 316L (S31603)	آستنیت 304 لیتر (S30403)
قدرت تسلیم (MPa)	400–450	500–550	170–200	170‒200
مقاومت کششی (MPa)	620–670	700‐800	485–600	485‐600
PREN (معمولی)	30–34	40–45	24–28	21–24
حداقل دمای سرویس (درجه)	−50	−80	−269	−269
CVN در -20 درجه (J)	60–100	45–80	130–170	140–190
CVN در -40 درجه (J)	40–70	30–60	120–160	130–180
مقاومت کلر-SCC	عالی	عالی	خوب (محدود)	خوب (محدود)
انتقال شکل پذیر-به-شکننده	تا 40- درجه هیچی	تا 80- درجه هیچکدام	هیچ (FCC)	هیچ (FCC)
محتوای فریت	30–70%	30–70%	0%	0%
نسبت هزینه در برابر . 316L	1.5–2.0×	2.0–3.0×	1.0×	0.9×

ASTM A240 و ASTM A790 به حداقل 54 J (40 ft·lbf) Charpy V{4}}انرژی ضربه ناچ برای فولاد ضد زنگ دوبلکس (S31803/S32205/S32750/S32760) در محلول{9}}درجه T2EMPERATUREOM (شرایط بازپخت شده در دمای 20±5) نیاز دارند. با این حال، این فقط حداقل مورد نیاز گواهینامه است-به این معنی نیست که مواد برای دمای سرویس خاص شما کافی است. برای کاربردهای زیر صفر (سکوهای دریایی، خطوط لوله قطب شمال، لوله‌های برودتی)، باید آزمایش Charpy را در DESIGN TEMPERATURE با حداقل مقادیر 45-50 J در هر کد پروژه قابل اجرا (NORSOK، API، CSA، ISO) مشخص کنید. یک صفحه دوبلکس با 54 ژول در دمای اتاق ممکن است تنها 30 تا 40 ژول را در دمای 40- درجه نشان دهد، که می‌تواند یک پروژه فراساحلی را شکست دهد.

آیا می توان از فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 در سرویس LNG در دمای -162 درجه استفاده کرد؟

استاندارد duplex 2205 برای محتوی LNG اولیه در دمای 162- درجه توصیه نمی شود. مخازن ذخیره‌سازی LNG از آستنیتی 304 یا 316 لیتری برای پوسته مخزن داخلی استفاده می‌کنند زیرا: (1) فاز فریت در دوبلکس 2205 تحت یک انتقال شکل‌پذیر-به-در حدود -60 درجه به -80 درجه قرار می‌گیرد که باعث کاهش شدید مقادیر Charpy می‌شود. (2) ASTM A240 2205 را برای خدمات برودتی زیر 50- درجه تایید نمی کند. با این حال، گریدهای سوپر دوبلکس (2507، 32760) با مقادیر تایید شده Charpy در 80- درجه برای خطوط جریان زیردریایی LNG، پشتیبانی از مخزن خارجی، و لوله‌کشی خارج از مرز مهار اولیه، جایی که دمای طراحی 80- درجه تا 100- درجه وجود دارد، تأیید شده‌اند. برای محتوی اولیه LNG، همیشه از فولاد ضد زنگ آستنیتی 304L/304 یا 316L/316 استفاده کنید.

جوش HAZ چگونه بر مقادیر ضربه Charpy در فولاد ضد زنگ دوبلکس تأثیر می گذارد؟

نتیجه‌گیری: جوش HAZ فولاد زنگ نزن دوبلکس معمولاً 20 تا 40 درصد مقادیر ضربه Charpy کمتری نسبت به فلز پایه نشان می‌دهد که به این دلیل است: (1) درشت شدن دانه در ماتریس فریت (کاهش ترک-قابلیت دستگیری)، (2) عدم تعادل فاز موضعی (مناطق فریت اضافی با محتوای فریت کم) نیترید کروم Cr2N در طول خنک شدن سریع از چرخه حرارتی جوش. پروژه‌های بحرانی فراساحلی و قطبی نیاز به آزمایش چارپی از HAZ در دمای طراحی (معمولاً 20- درجه تا 40- درجه) با حداقل مقادیر 40-45 J دارند. بهترین روش استفاده از فلزات پرکننده منطبق یا آلیاژ شده است (به عنوان مثال ER2594 برای S32750، ER2209، دمای بین پاس‌ها ER2209، درجه حرارت بین پاس 13، ER2209، دمای بین پاس 15 اجتناب شود). PWHT در محدوده 300-800 درجه. جوش های GTAW (TIG) و SAW به طور کلی مقادیر HAZ Charpy بالاتری نسبت به SMAW (استیک) دارند.

تفاوت بین Charpy V{0}}نچ (CVN) و تست چقرمگی شکست CTOD برای دوبلکس SS چیست؟

Charpy V-notch (CVN) کل انرژی جذب شده (بر حسب ژول) برای شکستن یک نمونه بریدگی استاندارد شده را اندازه‌گیری می‌کند-این یک آزمایش غربالگری، سریع و ارزان است و ابزار کنترل کیفیت استاندارد ASTM A240/A790 است. CTOD (جابجایی باز شدن نوک ترک) چقرمگی شکست (بر حسب میلی‌متر) ماده‌ای که دارای یک ترک واقعی-مثل عیب- است را اندازه‌گیری می‌کند و اندازه بحرانی ترک را به شما می‌گوید که باعث شکست در تنش و دمای معین می‌شود. برای سکوهای دریایی، خطوط لوله قطب شمال و مخازن تحت فشار بحرانی، CTOD به طور فزاینده ای مشخص می شود زیرا به مهندسان اجازه می دهد حداکثر اندازه نقص قابل قبول را قبل از شکستگی فاجعه بار محاسبه کنند، که با داده های Charpy به تنهایی امکان پذیر نیست. به عنوان یک قاعده: از Charpy برای کنترل کیفیت و گواهی مواد استفاده کنید. از CTOD برای تناسب اندام-برای-ارزیابی خدمات و طراحی حیاتی استفاده کنید.

فولاد ضد زنگ دوبلکس ناب (مثلاً 2101، 2002) در مقایسه با 2205 برای چقرمگی دمای پایین چگونه است؟

گریدهای دوبلکس ناب (LDX 2101، UNS S32101؛ 2002، UNS S32003) جایگزین های مقرون به صرفه ای برای 2205 با محتوای نیکل کمتر (از 5 تا 8 درصد به 1.5 تا 5 درصد) و بنابراین هزینه کمتر هستند. چقرمگی دمای پایین{10}}به کسر حجمی آستنیت خاص (AVF) و محتوای نیتروژن آنها بستگی دارد. LDX 2101 (AVF ~45%, N~0.22%) مقادیر Charpy 55-70 J را در 20- درجه و 30-50 J در 40- درجه -را نشان می دهد که برای بسیاری از کاربردهای دریایی و قطبی کافی است اما به اندازه 2205 سخت نیست (که در 0-0 J20 درجه به 6-0% می رسد. AVF). برای پروژه های قطب شمال با دمای طراحی زیر 40- درجه، 2205 یا فوق دوبلکس بیش از دوبلکس لاغر توصیه می شود. برای سکوهای دریایی در دمای -20 درجه تا -30 درجه، دوبلکس ناب 2101 یک جایگزین قابل قبول و مقرون به صرفه برای 2205 است، مشروط بر اینکه آزمایش Charpy در دمای -20 درجه یا کمتر انجام شود.

آیا فولاد ضد زنگ دوبلکس به آزمایش ضربه (چارپی) در دمای زیر{0}صفر نیاز دارد و چگونه دمای آزمایش را تعیین کنم؟

بله، اگر دمای طراحی شما کمتر از 0 درجه باشد یا اگر کد قابل اجرا شما (ASME B31.3، VIII{19}}1، NORSOK، API، CSA Z662) آن را مشخص کرده است. دمای آزمایش معمولاً DESIGN METAL TEMPERATURE است که کمترین دمای مورد انتظار فلز در حین کار به اضافه هرگونه مقدار مجاز برای شرایط گذرا است. راهنمای استاندارد: (1) فراساحل دریای شمال/خلیج مکزیک: آزمایش در حداقل 20- درجه (NORSOK M-001). (2) خطوط لوله قطب شمال: تست در حداقل -40 درجه (CSA Z662، ISO 3183). (3) لوله‌های ترمینال گازی‌سازی مجدد LNG: تست در حداقل دمای 40- درجه (مشخصات پروژه). (4) کارخانه شیمیایی عمومی در آب و هوای معتدل: Charpy در دمای اتاق به ازای ASTM A240 کافی است مگر اینکه دمای سیال فرآیند به زیر صفر درجه برسد. در صورت شک، در حداقل دمای فلز طراحی شده با حاشیه حداقل 10 درجه کمتر از کمترین دمای کاری مورد انتظار آزمایش کنید.