путь mingas.ru » Сжиженный природный газ (СПГ) » Криогенные металлы и сплавы

Криогенные металлы и сплавы

cryogenic-metall-300x192Ряд некоторых результатов, которые удалось получить в металлургической промышленности, имеют существенное значение в криогенной технике. Кристаллическая система сплава либо металла самым прямым образом влияет на то, какими являются их способности к пластическим деформациям, в зависимости от того, присутствуют или отсутствуют плоскости скольжения.

Вследствие воздействия температуры кристаллическое состояние ряда сплавов и металлов может претерпеть изменение, а, следовательно – изменятся также и их механические свойства.

Различают два вида разрыва под нагрузкой:

1. Пластичный разрыв. Этот тип разрыва является характерным для металлических материалов, которые способны к существенным деформациям перед разрывом, распространение которого происходит вдоль линий скольжения кристаллической системы.

2. Хрупкий разрыв, или разрушение. Этот тип разрыва соответствует двум формам разрушения:

  • Межгранулярный разрыв. Характеризуется межгранулярными связями кристаллической системы.
  • Разрушение расслоением. Данное разрушение распространяется с большой скоростью, причем по особым кристаллическим плоскостям видимой деформации нет.

Температура – это тот параметр, который способен вызывать ту или другую форму разрушения. В частности, когда производится изучение сопротивления металлических материалов воздействию низкой температуры во время медленного нагружения, предел упругости и  предел прочности (сопротивление разрыву) обладают тенденцией к сближению. Это может привести к тому, что сталь может разорваться даже без пластической деформации, по типу того же хрупкого разрушения.

Из этого следует вывод, что если в криогенных условиях, где присутствует необходимость в больших температурных циклах, используются металлические материалы, мера их хрупкости должна быть определена. Данное определение состоит в том, что зоны перехода пластичности в конкретных материалах подвергаются изучению опытным путем.

Было проведено большое количество опытов разной сложности, при помощи которых удалось установить приблизительные значения температуры, при воздействии которых возникает риск того, что в данной реальной структуре произойдет хрупкое разрушение.

Самым простым, однако, не самым часто используемым испытанием является испытание на пластичность. Суть данного испытания состоит в том, что образец металла испытывается на удар. Для этого его опирают на концевые опоры, делают в нем вырез в форме буквы V, и производят удары посредством маятникового молота. Для построения кривой пластичности достаточно разрушения серии образцов, каждый из которых испытывается при все более низких температурах, начиная от температуры, которую имеет окружающая среда. Для каждого значения температуры фиксируется энергия, которая поглощается во время разрушения. Определение данной энергии производится по углу молота-маятника, после опускания которого и произошло разрушение образца.

В области сжиженного природного газа используются сплавы и металлы, которые как имеют, итак и не имеют зону перехода пластичности. Кстати, основным физическим свойством, которое необходимо в первую очередь принимать во внимание, решая, может ли быть применен металл при низких температурах, является его теплопроводность. Кроме металлов, в отрасли сжиженного природного газа нашли широкое применение и ряду других криогенных материалов.

Сплавы и металлы без зоны перехода пластичности

В данное семейство входят никель и его сплавы, алюминий и его сплавы, медь и ее сплавы, а также аустенитные стали.

В практике хранения сжиженного природного газа не нашли применения обычные сплавы, такие как:

  • Любые сплавы, которые подвергались холодной прокатке;
  • Алюминиево-цинковые сплавы;
  • Латунь, в которой содержание цинка превышает 35%;
  • Бронза на основе олова;

В основном семейство алюминиевых сплавов используется в теплообменниках.

В области сжиженного природного газа в основном используются аустенитные стали, в которых содержание железа больше половины. Очень рекомендованы для использования с СПГ аустенитные стали с добавкой азота. Они применяются в условиях, когда напряжения под нагрузкой остаются на уровне 80 Мегапаскалей, или даже 120 Мегапаскалей.

Сплавы и металлы, имеющие зону перехода пластичности

В это семейство входят легированные и нелегированные железистые стали, прошедшие обработку термообработку, со сниженной концентрацией примесей. Особенно – стали, в состав которых входит никель. В сталях этого типа происходит смещение зоны перехода пластичности в сторону низких температур.

Для использования в области сжиженного природного газа рекомендована сталь, содержание никеля в которой составляет 9%. В данном типе стали зона перехода пластичности находится ниже минус 186 градусов по Цельсию, а механические характеристики существенно лучше, чем у других типов сталей. Кроме того, она достаточно экономична в производстве.

Данная сталь обычно выплавляется в электропечах, и если ей хотят придать улучшенные механические свойства – имеет строго определенный состав. Сталь с 9% никеля в основном применяется для того, чтобы исполнять из нее криогенные емкости, а также арматуру и трубопроводы, где встречаются трудности изготовления изделий, имеющих сложную форму.

Также в криогенной технике могут использоваться мартенситные стали, у которых характеристики находятся между легированными и аустенитными сталями.

Сварка сплавов и металлов, что используются в области СПГ

Сварка меди и медных сплавов всегда осуществляется с применением классических способов. Используются припои с составом, аналогичным составу основных материалов.

Алюминий и его сплавы свариваются с применением электросварки в атмосфере из инертного газа. Лучше всего подходит полуавтоматический и автоматический способ сварки.

Для аустенитных сталей свариваемые элементы и припои выбираются в основном из марок, в которых низкое содержание углерода и минимальное содержание примесей . Это делается для того, чтобы данные материалы, что имеют тенденцию к миграции в соединениях зерен, были бы достаточно надежного качества, чтобы не возникала межзерновая хрупкость.

Для сварки сталей, в которых содержится 9% никеля, в качестве припоя рекомендуется сплав типа инконель. Его коэффициент расширения и статические механические свойства являются близкими к аналогичным характеристикам указанных сталей. Кроме того, данный припой не имеет зоны перехода пластичности.

Если статья оказалась полезной, в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже - это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

Оставить комментарий

  

  

Ваше мнение для нас важно!

Не ругаемся, не спамим, не пустословим, стараемся писать грамотно. Не кричим (сообщения заглавными буквами). Проявляем уважение к другим участникам обсуждения, соблюдаем правила. Спасибо!

Я не робот (обязательно)

Copyright © 2009-2014 mingas.ru – Мир природного газа | на сайте Все права защищены

RATING ALL.BY Рейтинг@Mail.ru