تختلف أداء الفلنجات في بيئات درجات الحرارة المرتفعة بشكل كبير اعتمادًا على المادة المستخدمة، وذلك بشكل أساسي من حيث الاحتفاظ بالقوة، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة الزحف، والاستقرار الحراري، والتوافق مع الوسائط. فيما يلي تحليل لفئات المواد النموذجية:
1. فلنجات الفولاذ الكربوني (مثل Q235، 20# فولاذ) – الخيار الأساسي لدرجات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة
تدهور القوة في درجات الحرارة المرتفعة
عادةً ما تقتصر فلنجات الفولاذ الكربوني على درجات حرارة أقل من 425°C. بعد 350°C، تنخفض قوة الخضوع بشكل كبير (على سبيل المثال، تنخفض قوة خضوع الفولاذ 20# من 245 ميجا باسكال في درجة حرارة الغرفة إلى 180 ميجا باسكال عند 400°C). فوق 450°C، تحدث كروية البيرلايت، مما يؤدي إلى خشونة الحبيبات والتمزق الزاحف في النهاية.
ضعف مقاومة الأكسدة
تبدأ الأكسدة السريعة فوق 300°C، وتشكل طبقة Fe₃O₄ فضفاضة. عند 500°C، يكون معدل الأكسدة أسرع بخمس مرات من 300°C. يعمل التعرض للكبريت أو بخار الماء على تسريع التآكل.
2. فلنجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (304/316، إلخ) – مفضلة لمقاومة التآكل في درجات الحرارة المرتفعة
قوة أفضل في درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة للأكسدة
يمكن أن يتحمل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 ما يصل إلى 870°C، بينما يحافظ 316L (مع الموليبدينوم) على قوة جيدة (قوة الخضوع ≥ 120 ميجا باسكال) أقل من 650°C.
توفر طبقة أكسيد Cr₂O₃ (من 18-20٪ كروم) مقاومة فائقة للأكسدة (على سبيل المثال، معدل أكسدة أقل بنسبة 90٪ من الفولاذ الكربوني عند 800°C).
مخاطر درجات الحرارة المرتفعة
التحسس (450-850°C): قد يتسبب ترسب الكربيد في تآكل بين الحبيبات (يخفف عن طريق معالجات التثبيت، على سبيل المثال، الفولاذ المقاوم للصدأ 321 مع التيتانيوم).
قيود الزحف: فوق 650°C، يتسارع تشوه الزحف، مما يتطلب تقليل الإجهاد المسموح به (على سبيل المثال، 316L عند 700°C لديه فقط 15٪ من قوة درجة حرارة الغرفة).
3. فلنجات الفولاذ المزدوج (2205، 2507، إلخ) – فعالة من حيث التكلفة للتآكل في درجات الحرارة المرتفعة
أداء متوسط في درجات الحرارة المرتفعة
يمكن استخدام الفولاذ المزدوج 2205 حتى 300°C، بينما يمتد الفولاذ المزدوج الفائق 2507 إلى 350°C (قوة الخضوع > 400 ميجا باسكال عند 300°C، ضعف الفولاذ المقاوم للصدأ 304).
بعد 350°C، يتسارع تدهور طور الفريت، مما يقلل من مقاومة الزحف بشكل أسرع من الفولاذ الأوستنيتي.
4. فلنجات الفولاذ كروم-موليبدينوم (15CrMo، P91، إلخ) – مثالية لظروف درجات الحرارة المرتفعة والضغط المرتفع
تعزيز القوة ومقاومة الزحف
يعمل 15CrMo (1-1.5٪ Cr، 0.5٪ Mo) حتى 550°C (قوة الخضوع > 200 ميجا باسكال عند 500°C).
P91 (9٪ Cr، 1٪ Mo) يتحمل 650°C على المدى الطويل، مع ضعف قوة تمزق الزحف لـ 15CrMo (على سبيل المثال، 100 ميجا باسكال مقابل 40 ميجا باسكال عند 600°C لمدة 100000 ساعة).
5. فلنجات سبائك النيكل (Inconel 625، Hastelloy C-276، إلخ) – الحل الأمثل للظروف القاسية
أداء لا مثيل له في درجات الحرارة المرتفعة
يحتفظ Inconel 625 بقوة شد > 100 ميجا باسكال عند 1093°C.
يقاوم Hastelloy C-276 الأكسدة حتى 1200°C، مع عمر زحف يتجاوز 100000 ساعة (على سبيل المثال، أقوى بخمس مرات من 316L عند 800°C).
مقاومة التآكل المعقد
يتيح محتوى النيكل العالي (≥50٪) والكروم (20-30٪) والموليبدينوم (10-16٪) مقاومة:
الأكسدة، وتآكل الإجهاد، والهجوم بين الحبيبات في البيئات القاسية (على سبيل المثال، مُغَوِّزات الفحم عند 650°C مع H₂S/CO₂).
مناسب لـ 20+ سنة من الخدمة في الظروف القاسية مثل حمض الكبريتيك عالي الحرارة أو الزيت/الغاز الغني بالكبريت.
تختلف أداء الفلنجات في بيئات درجات الحرارة المرتفعة بشكل كبير اعتمادًا على المادة المستخدمة، وذلك بشكل أساسي من حيث الاحتفاظ بالقوة، ومقاومة الأكسدة، ومقاومة الزحف، والاستقرار الحراري، والتوافق مع الوسائط. فيما يلي تحليل لفئات المواد النموذجية:
1. فلنجات الفولاذ الكربوني (مثل Q235، 20# فولاذ) – الخيار الأساسي لدرجات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة
تدهور القوة في درجات الحرارة المرتفعة
عادةً ما تقتصر فلنجات الفولاذ الكربوني على درجات حرارة أقل من 425°C. بعد 350°C، تنخفض قوة الخضوع بشكل كبير (على سبيل المثال، تنخفض قوة خضوع الفولاذ 20# من 245 ميجا باسكال في درجة حرارة الغرفة إلى 180 ميجا باسكال عند 400°C). فوق 450°C، تحدث كروية البيرلايت، مما يؤدي إلى خشونة الحبيبات والتمزق الزاحف في النهاية.
ضعف مقاومة الأكسدة
تبدأ الأكسدة السريعة فوق 300°C، وتشكل طبقة Fe₃O₄ فضفاضة. عند 500°C، يكون معدل الأكسدة أسرع بخمس مرات من 300°C. يعمل التعرض للكبريت أو بخار الماء على تسريع التآكل.
2. فلنجات الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (304/316، إلخ) – مفضلة لمقاومة التآكل في درجات الحرارة المرتفعة
قوة أفضل في درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة للأكسدة
يمكن أن يتحمل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 ما يصل إلى 870°C، بينما يحافظ 316L (مع الموليبدينوم) على قوة جيدة (قوة الخضوع ≥ 120 ميجا باسكال) أقل من 650°C.
توفر طبقة أكسيد Cr₂O₃ (من 18-20٪ كروم) مقاومة فائقة للأكسدة (على سبيل المثال، معدل أكسدة أقل بنسبة 90٪ من الفولاذ الكربوني عند 800°C).
مخاطر درجات الحرارة المرتفعة
التحسس (450-850°C): قد يتسبب ترسب الكربيد في تآكل بين الحبيبات (يخفف عن طريق معالجات التثبيت، على سبيل المثال، الفولاذ المقاوم للصدأ 321 مع التيتانيوم).
قيود الزحف: فوق 650°C، يتسارع تشوه الزحف، مما يتطلب تقليل الإجهاد المسموح به (على سبيل المثال، 316L عند 700°C لديه فقط 15٪ من قوة درجة حرارة الغرفة).
3. فلنجات الفولاذ المزدوج (2205، 2507، إلخ) – فعالة من حيث التكلفة للتآكل في درجات الحرارة المرتفعة
أداء متوسط في درجات الحرارة المرتفعة
يمكن استخدام الفولاذ المزدوج 2205 حتى 300°C، بينما يمتد الفولاذ المزدوج الفائق 2507 إلى 350°C (قوة الخضوع > 400 ميجا باسكال عند 300°C، ضعف الفولاذ المقاوم للصدأ 304).
بعد 350°C، يتسارع تدهور طور الفريت، مما يقلل من مقاومة الزحف بشكل أسرع من الفولاذ الأوستنيتي.
4. فلنجات الفولاذ كروم-موليبدينوم (15CrMo، P91، إلخ) – مثالية لظروف درجات الحرارة المرتفعة والضغط المرتفع
تعزيز القوة ومقاومة الزحف
يعمل 15CrMo (1-1.5٪ Cr، 0.5٪ Mo) حتى 550°C (قوة الخضوع > 200 ميجا باسكال عند 500°C).
P91 (9٪ Cr، 1٪ Mo) يتحمل 650°C على المدى الطويل، مع ضعف قوة تمزق الزحف لـ 15CrMo (على سبيل المثال، 100 ميجا باسكال مقابل 40 ميجا باسكال عند 600°C لمدة 100000 ساعة).
5. فلنجات سبائك النيكل (Inconel 625، Hastelloy C-276، إلخ) – الحل الأمثل للظروف القاسية
أداء لا مثيل له في درجات الحرارة المرتفعة
يحتفظ Inconel 625 بقوة شد > 100 ميجا باسكال عند 1093°C.
يقاوم Hastelloy C-276 الأكسدة حتى 1200°C، مع عمر زحف يتجاوز 100000 ساعة (على سبيل المثال، أقوى بخمس مرات من 316L عند 800°C).
مقاومة التآكل المعقد
يتيح محتوى النيكل العالي (≥50٪) والكروم (20-30٪) والموليبدينوم (10-16٪) مقاومة:
الأكسدة، وتآكل الإجهاد، والهجوم بين الحبيبات في البيئات القاسية (على سبيل المثال، مُغَوِّزات الفحم عند 650°C مع H₂S/CO₂).
مناسب لـ 20+ سنة من الخدمة في الظروف القاسية مثل حمض الكبريتيك عالي الحرارة أو الزيت/الغاز الغني بالكبريت.
