Flytande kväve är -196℃, flytande syre och flytande argon ligger också på denna nivå. Kolstål blir sprött som glas vid denna temperatur, medan austenitiskt rostfritt stål (300-serien) inte har någon tydlig duktilitets-brott-temperatur – detta är anledningen till att det är huvudmaterialet för kryogen utrustning.
Bedömning i en mening
Vid -196℃ används 304L eller 316L (lågkollegering), inte vanligt 304/316. När mediet är korrosivt (t.ex. klor- eller svavelhaltigt) används 316L; för ren kryogen lagring och transport (flytande kväve, flytande syre, flytande argon) räcker 304L. Ferrithalten i svetsfogarna måste kontrolleras, och slagprovning vid låg temperatur måste utföras för verifiering.
Varför låg kolhalt är avgörande
Austenit har ytcentrerad kubisk struktur med många glidplan och blir inte lätt spröd vid låga temperaturer. Men denna fördel har två fiender:
- Kol: Hög kolhalt bildar karbider vid korngränserna, vilket minskar seghet och korrosionsbeständighet, och vid svetsning kan det även orsaka sensibilisering; därför används 304L / 316L (C ≤ 0.03%) för kryogen utrustning;
- Ferrit: Om austenitiskt rostfritt stål innehåller rester av δ-ferrit (vanligt i svetsfogar), blir ferritfasen spröd vid låga temperaturer och blir en sprickkälla. Därför måste ferrithalten i svetsfogarna kontrolleras (vanligtvis önskas låg halt, specifika gränsvärden enligt projektets tekniska krav).
Vad som kontrolleras vid godkännande
- Slagprovning vid låg temperatur: Charpy V-klack, slagenergi mäts vid användningstemperaturen (t.ex. -196℃). Detta är den viktigaste godkännandepunkten för kryogen utrustning, man kan inte enbart förlita sig på mekaniska egenskaper vid rumstemperatur;
- Kemisk sammansättning: Bekräfta att det är L-klass (C ≤ 0.03%);
- Ferrit i svetsfog: Mät med ferritmätare eller metallografisk metod, kontrollera att det ligger inom tillåtet intervall enligt tekniska krav;
- Oförstörande provning: Kryogen utrustning kräver vanligtvis RT/UT, sprickdefekter expanderar snabbt vid låga temperaturer.
Svetsningspunkter
Svetsfogarna i kryogen utrustning är ofta den svagaste länken:
- Använd matchande lågkolhaltiga tillsatsmaterial (ER308L / ER316L);
- Kontrollera värmetillförsel och mellanlagstemperatur för att undvika grova korn;
- Rengör noggrant efter svetsning och utför betning och passivering (glödskal är startpunkt för korrosion);
- Vid behov utförs lösningsglödning efter svetsning (vid höga krav), men observera deformationskontroll.
Jämförelse med andra kryogena material
- 9% nickelstål: Specialiserat för LNG (-162℃), höga kostnader och processkrav, används mest för stora tankar;
- Aluminiumlegering: Bra seghet vid låga temperaturer, lätt vikt, men låg hållfasthet och märkbart försämrade egenskaper i svetsfogar;
- Austenitiskt rostfritt stål: Kan användas vid -196℃ och ännu lägre, korrosionsbeständigt, lättbearbetat, svetsbart, ett vanligt val för små och medelstora kryogena anläggningar och rörledningar.
Vanliga fallgropar
- Att använda vanligt 304 istället för 304L: hög kolhalt, segheten i svetsfog och värmepåverkad zon uppfyller inte kraven;
- Att endast göra dragprovning vid rumstemperatur och inte slagprovning vid låg temperatur – kärnan i godkännandet för kryogen utrustning är just slagprovningen;
- För hög ferrithalt i svetsfog (fel tillsatsmaterial eller dåligt skydd), blir sprickkälla vid låga temperaturer;
- Att ignorera mediets korrosivitet: system för flytande syre är extremt känsliga för oljeföroreningar (säkerhetsrisk), 316L är säkrare;
- Stödkonstruktion och rörmaterial är inte matchade, skillnader i värmeutvidgning orsakar extra spänningar.
Berätta för oss om mediet, lägsta temperaturen, volymen och tillämplig standard, så ger vi rekommendationer på legering och tillsatsmaterial för kryogena förhållanden, och kan tillhandahålla slagprovningsdata vid motsvarande temperatur – kostnaden för kryogen utrustning ligger nästan helt i "verifieringen", materialet i sig är inte den stora posten.
