Nahtloses Rohr aus Super-Duplex-Edelstahl UNS S32750. Studie zum Extrusionsprozess

Einführung

Da Energie- und petrochemische Infrastrukturen der nächsten Generation hochkorrosive Versorgungsleitungen erfordern, Super-Duplex-Edelstähle werden aufgrund ihrer einzigartig ausgewogenen Festigkeitskombination häufig verwendet, Zähigkeit und Korrosion Widerstandsfähigkeit, die herkömmlichen Legierungen überlegen ist. Innerhalb der Familie dieser austenitisch-ferritischen Fe-Cr-Ni-Mo-Materialien, Aufgrund der erhöhten Lochfraß-/Spaltkorrosionsbeständigkeit durch maßgeschneiderte Mo- und W-Zusätze wird UNS S32750 häufig spezifiziert. Jedoch, Obwohl es zahlreiche Anwendungen gibt, erfordert die Herstellung nahtloser Rohre ein gründliches Verständnis und eine optimierte Verarbeitung. Ziel dieses Berichts ist es, die Extrusionstechnik zu untersuchen, die bei der Herstellung nahtloser S32750-Super-Duplex-Rohre angewendet wird, indem die Metallurgie und das Verhalten der Legierung während verschiedener Phasen einschließlich des Vorwärmens bewertet werden, behälterlose Extrusion, und Nachbearbeitung.

Mikrostruktur und Eigenschaften

Zu den primären Mikrostrukturphasen, die die Leistung von S32750 bestimmen, gehört ein nahezu gleichmäßiger Anteil an hoch korrosionsbeständigem Austenit γ-Fe(NI,CR) und Ferrit α-Fe sorgen für einen synergistischen Effekt. Wichtige Legierungselemente fördern diese Duplexstruktur:

• Chrom (24-26%) stabilisiert sowohl Ferrit als auch Austenit und verleiht gleichzeitig Korrosionsbeständigkeit
• Molybdän (3.5-4.5%) und Wolfram (1.5-2.5%) Verbessern Sie die Beständigkeit gegen lokale Korrosion wie Lochfraß
• Nickel (5-7%) erhöht den Austenitanteil, der dann Dehnfähigkeiten verleiht

Zusammen ergibt dies eine Mikrostruktur von 40-60% In einer ferritischen Matrix verteilte Austenitinseln mit optimaler Schadenstoleranz und Widerstandsfähigkeit. S32750 weist typischerweise Zugfestigkeiten von mehr als auf 90 ksi mit 20% minimale Dehnung und ausgezeichnete Zähigkeit bis hin zu kryogenen Temperaturen.

Billet-Produktion

Herstellung des notwendigen S32750-Rohstoffs (Billet) Die Extrusion beginnt mit reinen, elementaren Rohstoffen, die unter inertem Argongas in Vakuum-Induktionsöfen geschmolzen werden. Durch sorgfältige Anpassungen werden Zusammensetzungen gemäß den ASTM-Spezifikationen sichergestellt und gleichzeitig unerwünschte interstitielle Elemente wie Schwefel minimiert, Phosphor und Stickstoff sind mit schädlichen Sekundärphasen verbunden. Stranggussmaschinen verfestigen das geschmolzene Metall schnell zu rechteckigen Barren, die zur Erzielung ihrer vollen Eigenschaften weiterverarbeitet werden müssen.

Vorheizen

Das Hauptziel vor dem Strangpressen besteht darin, die Knüppel zu homogenisieren, um die Kornstruktur zu verfeinern und Karbid-/Nitrideinschlüsse aufzulösen, die die Rohrleistung beeinträchtigen könnten. Da ein Legierungsfestigungsausscheidungsmechanismus auf dieser sekundären Phasenverfeinerung beruht, wird üblicherweise ein mehrstufiges Vorwärmen eingesetzt:

• Das anfängliche Einweichen hält die Knüppel bei 900–1020 °C und ermöglicht so eine langsame Auflösung von Einschlüssen, die als feinere Dispersoide wieder ausfallen
• Langsame Abkühlung 1-2 Tage hält Niederschläge vor der Endtemperierung im Duplexbereich zurück (850-950° C) um sicherzustellen, dass sich bei langsamer Luftabkühlung ein vollständiges mikrostrukturelles Gleichgewicht bildet

Strenge Temperaturkontrollen gewährleisten das metallurgische Gleichgewicht während dieser Erhitzungs-/Einweichphasen, die insgesamt bis zu einer Woche dauern können.

Behälterlose Extrusion

Unter behälterlosem Direktextrudieren versteht man den Prozess, bei dem Knüppel durch eine konische Stahlmatrize ohne umgebenden Behälter gepresst werden. Dies bietet betriebliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Extrusion auf Behälterbasis für die Herstellung von S32750-Rohren. Schlüsselaspekte:

• Auf 1050–1150 °C vorgewärmte Knüppel gelangen auf einem isolierten Schuh in den Matrizeneinlass und werden von einem hydraulischen Stößel gedrückt
• Die konische Geometrie mit einem Halbwinkel von 8–15° erzeugt eine gleichmäßige Druckspannung, Dadurch wird Metall gezwungen, reibungslos durch 3- bis 10-fache Reduktionsverhältnisse zu fließen
• Endformnah extrudierte „Stämme“ verlassen die Matrize und halten sie aufrecht 95% Maßhaltigkeit ohne Risse/Risse
• Die Prozessproduktivität erreicht 30 m/Minute bei minimaler Gratbildung und Fehlerraten unter 1 ppm
• Die Stämme wurden sofort in Wasser abgeschreckt, um die Duplex-Mikrostruktur zu fixieren, und dann gerichtet

Die behälterlose Extrusion nutzt die Vorkonditionierung der Knüppel, Kontrollierte Spannungen und optimiertes Düsendesign sorgen für die Lieferung hochwertiger S32750-Rohre ohne das Risiko von Behälterdefekten.

Nachbearbeitung

Durch weitere Formgebung und Wärmebehandlungen werden die Mikrostruktur und die Eigenschaften abgestimmt:

• Durch Fräsen/Drehen werden Oberflächenfehler beseitigt und Rohrrundheits-/Wanddickentoleranzen erreicht
• Lösungsglühen statt 1 Eine Stunde zwischen 1000 und 1100 °C löst alle kaltverfestigten Schichten vor dem schnellen Abschrecken wieder auf
• Bei der Ausscheidungshärtung handelt es sich um eine Alterung 2-6 Stunden zwischen 600 und 750 °C erhitzt, um die gewünschte Verteilung festigender nanometergroßer Partikel wie Karbide zu bilden
• Die zerstörungsfreie Prüfung bewertet die Zuverlässigkeit und bescheinigt, dass die mechanischen Eigenschaften den Anwendungsvorschriften entsprechen
• Eine vor dem Versand angebrachte optionale Beschichtung/Verkleidung schützt vor Korrosion bei zukünftigen Einsätzen

Nach der Nachbehandlung weist das nahtlose S32750-Rohr das angestrebte ultrahohe Festigkeits-Zähigkeitsprofil auf, das durch raffinierte Verarbeitungswege wie behälterlose Extrusion in Kombination mit präzisen Wärmebehandlungen erreicht wird.

Der Vergleich zwischen den Kriechversuchsdaten und den Simulationsergebnissen bei drei verschiedenen Temperaturen ist in dargestellt

Erfüllung der strengen Anforderungen im Offshore-Bereich, Öl-/Gas- und Chemiemärkte erfordern optimierte Fertigungstechniken. In diesem Bericht wurde der mehrstufige behälterlose Extrusionsprozess detailliert beschrieben, der zur Herstellung hochwertiger nahtloser Rohre aus der Super-Duplex-Edellegierung UNS S32750 angewendet wird. Durch die Vorkonditionierung von Knüppeln, Nutzung kontrollierter Verformungsspannungen und Verfeinerung von Mikrostrukturen, Nahtlose Rohre erreichen durch die Duplexmatrix dieser Legierung die einzigartig ausgewogenen Eigenschaften, die sie für langlebige Rohrleitungen zum Transport korrosiver Flüssigkeiten unverzichtbar machen. Kontinuierliche Weiterentwicklung fördert die Extrusionsfähigkeiten und gewährleistet eine nachhaltige Infrastruktur auch in der Zukunft.