Soğuk çekme, soğuk haddeleme, soğuk bükme, soğuk genleşme ve soğuk burulma, paslanmaz çelik boruların veya ısı eşanjörleri için ısıya dayanıklı çelik boruların imalatında kullanılan yaygın işleme yöntemleridir. Paslanmaz çeliğin, özellikle östenitik paslanmaz çeliğin mükemmel plastisitesi, yukarıdaki soğuk işlemlerin (CW) genellikle kolayca gerçekleştirilmesini sağlar; ancak, kaynak gibi tüm bu soğuk işlemler, özellikle korozyon direnci veya ısı direnci olmak üzere, paslanmaz çelik boruların performansına kaçınılmaz olarak zarar verir. Bu tür hasarların ortadan kaldırılması, azaltılması veya kontrol edilmesi, paslanmaz çelik boruların imalatında ve sonraki işlemlerinde her zaman dikkat odağı olmuştur. Teslimattan önce son çözelti veya tavlama ısıl işlemi, yukarıdaki soğuk işlemlerin zararlı etkilerini ortadan kaldırmanın en etkili yoludur. Bununla birlikte, bu yöntem bir yandan yüksek sıcaklıkta ısıtma ve asitleme işlemi gerektirir ki bu da üretim maliyetini ve üretim döngüsünü önemli ölçüde artırır. Ayrıca, asit buharı gibi atık gaz ve atık suyun boşaltılması, arıtılması ve değerlendirilmesi gibi sorunlar da vardır. Bu nedenle, bazı üreticiler maliyetleri düşürmek veya teslim tarihlerine uymak için bu işlemi atlıyor. Bazı kullanıcılar para tasarrufu yapmak için bu tür ürünleri satın alıyor ki bu son derece mantıksız ve kârsızdır. Öte yandan, bu işlemin belirli ürünler veya uygulama koşulları için uygulanması zor olabilir. Bu nedenle, soğuk işleme derecesini (soğuk işleme deformasyonu) kontrol etmek ve yerel düşük sıcaklıkta gerilim giderme tavlaması yapmak, zararlı etkilerini azaltmak veya kontrol etmek için diğer iki pratik yöntem haline gelmiştir, ancak çelik türlerindeki farklılıklar da dahil olmak üzere uygulama koşulları hala tartışmalıdır.
1. Soğuk işlemenin paslanmaz çelik boruların performansına verdiği zarar ve bu zararın giderilmesi
1.1 Oda sıcaklığında plastik deformasyon yoluyla elde edilen soğuk işleme, paslanmaz çelik boruların performansına zarar verir; bu durum soğuk işleme sertleşmesine, yani malzemenin sertliğinin ve mukavemetinin artmasına ve malzemenin orijinal plastisitesinin kısmen veya tamamen kaybolmasına neden olur ve kaçınılmaz olarak malzemenin korozyon direncini veya ısı direncini olumsuz etkiler.
1.2 Hasarı ortadan kaldırma yöntemleri
Teslimattan önce östenitik ve dubleks paslanmaz çelik boruların son çözelti ısıl işlemi ve teslimattan önce ferritik paslanmaz çelik boruların son tavlama ısıl işlemi, yukarıda bahsedilen soğuk işleme, kaynak ve diğer sıcak işlemlerin neden olduğu performans kaybını etkili bir şekilde ortadan kaldırmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, çoğu ülkenin, özellikle de Avrupa birleşik paslanmaz çelik boru standartlarının, tüm paslanmaz çelik dikişsiz boruların katı çözelti veya tavlanmış halde tedarik edilmesi gerektiğini şart koşmasının nedeni budur. Yerli kullanıcılar, 316L östenitik paslanmaz çelik dikişsiz boruların deniz suyuna batırıldıktan hemen sonra çukur korozyonuna uğradığını bildirmiştir (316L deniz suyu korozyonu veya batırma için ideal bir malzeme değildir, ancak bir kez batırıldıktan sonra çukur korozyonuna rastlanması normal değildir). Son çözelti işlemi veya yetersiz işlem, muhtemelen "ucuz bir ürün" anlamına gelir. Son çözelti veya tavlama ısıl işlemi, paslanmaz çelik dikişsiz boruların üretiminde çok önemli ve vazgeçilmez bir işlemdir.
2. Paslanmaz çelik boruların soğuk bükme ve gerilim giderme ısıl işlemi
Soğuk bükme, paslanmaz çelik borular için yaygın bir soğuk işleme yöntemidir ve çelik boru üreticileri, kullanıcılar veya profesyonel boru bağlantı parçası üreticileri tarafından gerçekleştirilebilir. Soğuk bükme işleminden sonra gerilim giderme ısıl işlemi yapılıp yapılmayacağı ve ısıl işlemin nasıl yapılacağı, siparişlerde üreticiler veya kullanıcılar arasında sıklıkla tartışma konusu olmaktadır. Bu konu yabancı boru hattı standartlarında belirtilmiştir, ancak tartışmaya değer bazı noktalar da mevcuttur.
2.1 Paslanmaz çelik boruların soğuk bükme ve gerilim giderme ısıl işlemi
Soğuk bükme, paslanmaz çelik borular için yaygın bir soğuk işleme yöntemidir ve çelik boru üreticileri, kullanıcılar veya profesyonel boru bağlantı parçası üreticileri tarafından gerçekleştirilebilir. Soğuk bükme işleminden sonra gerilim giderme ısıl işlemi yapılıp yapılmayacağı ve ısıl işlemin nasıl yapılacağı, siparişlerde üreticiler veya kullanıcılar arasında sıklıkla tartışma konusu olmaktadır. Bu konu yabancı boru hattı standartlarında belirtilmiştir, ancak tartışmaya değer bazı noktalar da mevcuttur.
2.2 Döngüsel yüklere veya gerilim korozyonu ortamlarına dayanabilen uygulamalar için
Döngüsel yüklere veya gerilme korozyonu ortamlarına dayanabilen uygulamalar söz konusu olduğunda, Avrupa ve Amerikan standartlarının düzenlemeleri biraz farklıdır. Amerikan standardı, darbe testi gereksinimleri olan malzemeler için, bükülme sonrasında hesaplanan maksimum lif uzaması %5 olduğunda veya başka gereksinimler olduğunda gerilme giderme veya katı çözelti işlemi uygulanması gerektiğini şart koşmaktadır. Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı su/buhar ortamlarında çalışan enerji santrallerindeki besleme suyu ısıtıcıları ve kondenserler gibi ısı eşanjörlerinde kullanılan U şeklindeki borular, ortamdaki klorür iyonları ve oksijen içeriği nedeniyle gerilme korozyonu çatlamasına karşı hassastır. Bu nedenle, besleme suyu ısıtıcıları için paslanmaz çelik dikişsiz ve kaynaklı çelik borular için iki (dünyada tek) Amerikan ASTMA688/A688M ve A803/A803M standartları ve kazanlar ve ısı eşanjörleri için paslanmaz çelik borular için Japonya'nın JISG3463 standardı, kullanıcıların U şeklindeki boruların bükülme sonrasında yerel gerilme giderme ısıl işlemine tabi tutulmasını talep edebileceklerini şart koşmaktadır. Fransız nükleer reaktör üretim standardı RCC-M3319, U şeklindeki boruların bükülme işleminden sonra gerilim giderme ısıl işlemine ihtiyaç olup olmadığını belirlemek için MgCl2 gerilim korozyonu testinden geçmesi gerektiğini şart koşmaktadır.
3. Bükümlü borular ve bükümlü ısı eşanjörleri
Yurt dışında, bükülmüş borulardan oluşan bir ısı eşanjörü (bükülmüş soğuk işlenmiş borular, TwistedTube) kullanılmaktadır. Özellikleri, tek bir çelik borunun her adımda 60° bükülmesi ve 7 çelik borunun bir bükülmüş ısı eşanjörü ünitesi oluşturmasıdır. Kompakt yapı, yüksek termal verimlilik ve dış akış durgunluğunun ölü bölgesini azaltabilmesi gibi avantajları olduğu söylenmektedir. Dar alanlardaki ısı eşanjörleri için ideal bir yapıdır. Hesaplama ve analizler, bükülmüş soğuk işleme ile oluşan plastik deformasyonun sadece %4~14 olduğunu ve çalışma sıcaklığının 540℃'yi geçmediğini göstermektedir. "ASME Kazan ve Basınçlı Kaplar Kodu" hükümlerine göre, gerilim giderme tavlaması gerekli değildir. Ancak, ASTMG36 standardına göre yapılan gerilim korozyonu testlerinden sonra, 316 ve 321 östenitik paslanmaz çelik bükümlü boruların iyi bir gerilim korozyonu direnci elde etmek için gerilim giderme tavlaması veya çözelti tavlamasına tabi tutulması gerektiği ve 321 paslanmaz çelik boruların performansının 316 paslanmaz çelik borulara göre çok daha iyi olduğu kanıtlanmıştır.
4. Dubleks paslanmaz çelik bükümlü borular ve U-borular
Yurt dışındaki test sonuçları, dubleks paslanmaz çelikten yapılmış bükümlü borularda veya U-borularda gerilim giderme tavlamasının uygun olmadığını göstermiştir. Mevcut test sonuçları, 2205 dubleks paslanmaz çelik borular için R≥5,33d0, ancak 2507 süper dubleks paslanmaz çelik borular için R≥1,5d0 gerektirmektedir. Bunun nedenleri şunlardır: ① Dubleks paslanmaz çelik, çukurlaşma ve gerilim korozyonuna karşı mükemmel dirence sahiptir ve çukurlaşma eşdeğeri PRE değeri ne kadar yüksekse, malzemenin gerilim korozyon direnci o kadar iyidir. ② Yerel düşük sıcaklıkta gerilim giderme tavlaması, matrisin faz dengesini ve intermetalik bileşiklerini etkileyecek, yani kırılgan fazların çökelmesi korozyon direncine daha büyük zarar verecektir. Bu araştırma sonuçları, dubleks paslanmaz çelik boruların ısı eşanjörleri için daha uygun bir malzeme olabileceğini göstermekte ve aynı zamanda Amerikan Kaynak Derneği ve ASMEB31.3 standartlarının ısıl işlem düzenlemeleri konusunda çok dikkatli olmalarının temelini oluşturmaktadır.
5. U şeklinde boruların gerilim giderme işlemi için tavlama yöntemi
Hem yerli hem de yabancı yöntemler, U şeklindeki borularda yerel gerilim giderme tavlaması yapmak için fırında dirençli ısıtma veya yerel ısıtma kullanır, ancak hangi yöntemin daha etkili veya makul olduğu sıklıkla tartışma konusudur. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki son araştırma sonuçları, dirençli ısıtmanın daha makul ve etkili bir yöntem olduğunu göstermektedir. Bunun nedenleri şunlardır: ① Güç frekanslı alternatif akım, sıkıştırma elektrodu aracılığıyla U şeklindeki borunun kesim noktasından 250 mm uzaktan doğrudan verilebilir ve bükülmüş boru bölümü çok düşük enerji tüketimiyle kısa sürede (yaklaşık 10 saniye) 1010~1065℃'ye ısıtılabilir; ② Optik pirometre, ısıtma bölgesinin sıcaklığını otomatik olarak kontrol etmek için kullanılabilir; ③ İç duvar, oksidasyonu etkili bir şekilde önlemek için Ar gazı ile doldurulmuştur; ④ Isıtmadan sonra, zorlamalı hava soğutması kullanılarak 2~3 dakika içinde 425℃'nin altına hızla soğutulabilir ve sarı veya açık mavi, ince ve yoğun bir oksit film elde edilebilir; bu da asitleme gerektirmeden yüksek standart kullanım gereksinimlerini karşılayabilir.
6. Sonuç
(1) Soğuk çekme ve soğuk haddeleme gibi soğuk işlemler, özellikle östenitik paslanmaz çeliklerde soğuk sertleşmeye neden olur ve kafes dislokasyonuna, martensitik faz dönüşümüne, karbür çökelmesine, manyetizmanın artmasına ve artık gerilime yol açarak korozyon direncini azaltır. Soğuk işlemden sonra tavlama veya çözelti ısıl işlemi bu olumsuz etkileri etkili bir şekilde ortadan kaldırabilir; bu nedenle, östenitik paslanmaz çelik dikişsiz borular ve derin soğuk işlem görmüş paslanmaz çelik kaynaklı borular, korozyon dirençlerini etkili bir şekilde sağlamak için çözelti veya tavlanmış halde tedarik edilmelidir.
(2) Gerilme korozyonu çatlamasına ve alternatif gerilme nedeniyle korozyon yorgunluğu riski bulunan çevresel koşullara ek olarak, soğuk işleme derecesinin kontrol edilmesi, olumsuz etkilerinden kaçınmanın bir başka yoludur. Bu, özellikle tavlamanın zor olduğu soğuk bükme ve soğuk genişletme gibi yerel soğuk işlemler için önemlidir. Östenitik paslanmaz çelik boruların soğuk bükme yarıçapı 1,5d0'dan az olmamak üzere kontrol edildiği ve ferritik ve dubleks paslanmaz çelik boruların soğuk bükme yarıçapı 2,5d0'dan büyük olduğu sürece, soğuk bükmeden sonra genellikle gerilme giderme tavlaması yapılması gerekmez.
(3) Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı su veya buhar koşullarında çalışan ısı eşanjörleri için U şeklinde östenitik paslanmaz çelik bükümler gibi gerilme korozyonu çatlamasına karşı direnç gerektiren bükümler için, soğuk büküm yarıçapının büyüklüğünden bağımsız olarak, soğuk bükümden sonra etkili gerilme giderme tavlaması yapılmalıdır.
(4) 06Cr19Ni11Ti (321) paslanmaz çelik, 316L'den daha iyi gerilim korozyonu çatlamasına karşı direnç gösterir ve U-tüp ısı değiştiriciler için daha uygun bir östenitik çelik boru malzemesidir. Dubleks paslanmaz çelik U-tüpler, soğuk bükme veya burulma işleminden sonra yerel gerilim giderme tavlamasına uygun değildir veya uygulanmamalıdır.
(5) Soğuk bükülmüş paslanmaz çelik borular, kompakt bir yapıya ve daha yüksek ısı değişim verimliliğine sahip yeni bir ısı değiştirici türü oluşturabilir; bu da ilgili tasarım ve uygulama bölümlerinin dikkatini çekmeyi ve geliştirmeyi hak etmektedir.
(6) Dubleks paslanmaz çelik U-borular, soğuk bükme veya burulma işleminden sonra yerel gerilim giderme tavlamasına uygun değildir veya uygulanmamalıdır.
(7) Dirençli ısıtma, fırında dolaylı ısıtmaya göre daha enerji ve zaman tasarrufu sağlayan, otomatik kontrolün kolayca gerçekleştirilebildiği ve öncelikli olarak teşvik edilmesi gereken yerel bir gerilim giderme ısıl işlem yöntemidir.
(8) Avrupa ve Amerika boru hattı standartları (ASMEB31.1-2012, ASMEB31.3-2012, BSEN13480-4:2012), soğuk/sıcak şekillendirmeden sonra paslanmaz çelik boruların ısıl işlemine ilişkin bazı güncellenmiş ve ayrıntılı düzenlemeler içermektedir ve bunlar büyük önem taşımaktadır.
Yayın tarihi: 06-11-2024