В области промышленных трубопроводов трубы из нержавеющей стали и трубы из легированной стали похожи на братьев-близнецов. Они имеют отношение к материаловедению, но также имеют совершенно разные рабочие характеристики из-за тонких различий в формулах элементов. Выбор применения этих двух материалов напрямую связан с надежностью и экономичностью инженерной системы. В ключевых областях, таких как нефтехимия, энергетика и электричество, а также механическое производство, инженерам необходимо взвесить рабочие параметры двух, как прецизионная шкала, чтобы гарантировать, что свойства материала и условия обслуживания идеально совпадают.
1. Материальные гены определяют различия в производительности
Основной код труб из нержавеющей стали заключается в пассивационном защитном слое, образованном содержанием хрома (более 12%). Эта самовосстанавливающийся оксидный фильм придает ему отличную коррозионную стойкость при комнатной температуре. Типичный состав нержавеющей стали 304 (06Cr19Ni10) содержит 18-20% хрома и 8-10,5% никеля. Эта аустенитная структура дает материалу отличную формуемость и свариваемость. Двухшпиндельная нержавеющая сталь 2205 показывает уникальные преимущества в окружающих средах хлорида через коэффициент хромия 22%, никеля 5% и молибдена 3%.
Генная карта труб из легированной стали является более сложной. Термостойкие стали, такие как SA335 P91, содержат 8-10% хрома и микроэлементов, таких как молибден, ванадий и ниобий, и образуют высокотемпературную прочность за счет укрепления твердого раствора и усиления осадков. Его содержание углерода (0,08-0,12%) значительно выше, чем у нержавеющей стали. Эта разница в составе заставляет материал поддерживать стабильную прочность на ползучесть выше 500 ° C, но жертвует некоторой коррозионной стойкостью.
Разница в кристаллической структуре создает очень разные механические характеристики. Удлиненность аустенитной нержавеющей стали может достигнуть больше чем 40%, пока мартенситик легированная сталь может получить прочность на растяжение 1000МПа через гасить и закалять. Это разделение механических свойств непосредственно определяет пределы применения этих двух в системах, несущих давление.
2. Практическое разделение сценариев применения
В области химического оборудования трубы из нержавеющей стали демонстрируют незаменимые преимущества в установках синтеза уксусной кислоты. Молибденовый элемент из нержавеющей стали 316L повышает способность противостоять точечной коррозии и может противостоять коррозии от хлорсодержащих сред. В установке PTA технологическая среда содержит 4% бромистого водорода и следовую уксусную кислоту. Проблема коррозии в напряженном состоянии успешно разрешена путем использование супер трубы нержавеющей стали 254 СМО (молибдена 6%).
В высокотемпературных и высоких сценариях давления, трубы легированной стали показывают кинлы стиль. В главном паропроводе сверхкритической электростанции используется сталь P92 (9% Cr-1.8 % Вт), которая непрерывно работает в течение 100 000 часов без сбоев при 620 ℃ и 30 МПа. Этот материал усилен фазой Laves, а его высокотемпературная прочность на 20% выше, чем у традиционного P91, а толщина стенки может быть уменьшена на 15%, что значительно снижает тепловое напряжение.
Логика выбора в экстремальных условиях следует принципу «производительность прежде всего». В условиях низких температур-162 ℃ на станции приема СПГ аустенитная стабильность нержавеющей стали 304 гарантирует отсутствие хрупкого превращения; в то время как стояк для глубоководного бурения использует леговую сталь S135, предел текучести которой 550 МПа может выдерживать давление воды 3000 метров, а поверхностный слой из сплава на основе никеля обеспечивает двойную защиту.
3. Баланс между экономикой и устойчивостью
С точки зрения начальной стоимости, цена за единицу обычной трубы из нержавеющей стали 304 в 5 раз выше, чем у углеродистой стали 20 #, в то время как цена трубы из легированной стали P91 в 2 раза выше, чем у 304. Расчет определенного проекта нефтепереработки показывает, что использование нержавеющей стали вместо легированной стали в условиях работы ниже 350 ℃ может снизить стоимость жизненного цикла на 18%. Эта разница в стоимости обусловлена процессом выплавки материала. Легированная сталь требует точного контроля следовых элементов и сложной термообработки.
Учет затрат на техническое обслуживание требует внедрения метода анализа полного жизненного цикла. В оболочке месторождения нефти Северного моря используются дуплексные трубы из нержавеющей стали, а 30-летний дизайн, не требующий обслуживания, экономит 12 миллионов долларов США в затратах на защиту от коррозии. Напротив, высокотемпературный трубопровод на электростанции был охрупчен при 540 ℃ из-за неправильного выбора нержавеющей стали 304, что привело к охрупчиванию фазы σ при 540 ℃, что привело к незапланированным потерям времени простоя 8 миллионов юаней.
Тенденция зеленого производства способствует материальным инновациям. Новая никелевая нержавеющая сталь (например, 204Cu) заменяет часть никеля на 1,5% меди, снижая затраты на 20% при эквивалентной производительности. С точки зрения переработки, стоимость отходов из нержавеющей стали в 10 раз превышает стоимость углеродистой стали. Завод по производству нержавеющей стали достиг коэффициента использования металлолома 95% через электродуговую печь + процесс обезуглеродивания кислородом аргона.
