Различия в характеристиках фланцев из разных материалов в условиях высоких температур

Производительность фланцев в высокотемпературных условиях значительно варьируется в зависимости от используемого материала, в основном с точки зрения сохранения прочности, стойкости к окислению, сопротивления ползучести, термической стабильности и совместимости со средой. Ниже приведен анализ типичных категорий материалов:

1. Фланцы из углеродистой стали (например, Q235, сталь 20#) – базовый выбор для низких и средних температур
Снижение прочности при высоких температурах
Фланцы из углеродистой стали обычно ограничены температурами ниже 425°C. При температурах выше 350°C их предел текучести значительно падает (например, предел текучести стали 20# снижается с 245 МПа при комнатной температуре до 180 МПа при 400°C). Выше 450°C происходит сфероидизация перлита, что приводит к укрупнению зерен и, в конечном итоге, к разрушению от ползучести.
Плохая стойкость к окислению
Быстрое окисление начинается выше 300°C, образуя рыхлый слой Fe₃O₄. При 500°C скорость окисления в пять раз выше, чем при 300°C. Воздействие серы или водяного пара дополнительно ускоряет коррозию.

2. Фланцы из аустенитной нержавеющей стали (304/316 и т. д.) – предпочтительны для коррозионной стойкости при высоких температурах
Лучшая прочность при высоких температурах и стойкость к окислению
Нержавеющая сталь 304 может выдерживать температуру до 870°C, в то время как 316L (с молибденом) сохраняет хорошую прочность (предел текучести ≥ 120 МПа) ниже 650°C.
Слой оксида Cr₂O₃ (из 18-20% хрома) обеспечивает превосходную стойкость к окислению (например, на 90% меньшая скорость окисления, чем у углеродистой стали при 800°C).
Риски при высоких температурах
Сенсибилизация (450-850°C): Выпадение карбидов может вызвать межкристаллитную коррозию (смягчается стабилизирующей обработкой, например, нержавеющая сталь 321 с титаном).
Ограничения ползучести: Выше 650°C деформация ползучести ускоряется, что требует снижения допустимого напряжения (например, 316L при 700°C имеет только 15% прочности при комнатной температуре).

3. Фланцы из дуплексной стали (2205, 2507 и т. д.) – экономически эффективны для коррозии при высоких температурах
Промежуточные характеристики при высоких температурах
Дуплексная сталь 2205 пригодна для использования до 300°C, в то время как супердуплексная сталь 2507 расширяет диапазон до 350°C (предел текучести > 400 МПа при 300°C, в два раза больше, чем у нержавеющей стали 304).
Выше 350°C ускоряется деградация ферритной фазы, снижая сопротивление ползучести быстрее, чем у аустенитных сталей.

4. Фланцы из хромомолибденовой стали (15CrMo, P91 и т. д.) – идеально подходят для условий высоких температур и высокого давления
Повышенная прочность и сопротивление ползучести
15CrMo (1-1,5% Cr, 0,5% Mo) работает до 550°C (предел текучести > 200 МПа при 500°C).
P91 (9% Cr, 1% Mo) выдерживает 650°C в течение длительного времени, с прочностью на разрыв при ползучести в два раза больше, чем у 15CrMo (например, 100 МПа против 40 МПа при 600°C в течение 100 000 часов).

5. Фланцы из никелевых сплавов (Inconel 625, Hastelloy C-276 и т. д.) – оптимальное решение для экстремальных условий
Непревзойденные характеристики при высоких температурах
Inconel 625 сохраняет прочность на растяжение > 100 МПа при 1093°C.
Hastelloy C-276 устойчив к окислению до 1200°C, со сроком службы при ползучести, превышающим 100 000 часов (например, в 5 раз прочнее, чем 316L при 800°C).
Стойкость к сложной коррозии
Высокое содержание никеля (≥50%), хрома (20-30%) и молибдена (10-16%) обеспечивает устойчивость к:
Окислению, коррозии под напряжением и межкристаллитному разрушению в агрессивных средах (например, в газификаторах угля при 650°C с H₂S/CO₂).
Подходит для 20+ лет эксплуатации в экстремальных условиях, таких как высокотемпературная серная кислота или богатая серой нефть/газ.