Ferritik kriyojenik çelikler, 0°C'nin önemli ölçüde altındaki sıcaklıklarda güvenli bir şekilde çalışmak üzere tasarlanmış nikel içeren düşük alaşımlı çeliklerdir ve düşük sıcaklıklarda iyi çekme özellikleri ve yüksek darbe dayanımı ile karakterize edilirler.
-50°C kadar düşük sıcaklıklarda çalıştırılabilen bazı ince taneli karbon-manganez çelikleri olmasına rağmen, nikel içeriği yaklaşık %1.5 ila %9 arasında değişmektedir. Bu çelik kaliteleri genellikle, yaklaşık -100°C'ye kadar sıcaklıklarda sıvılaştırılmış petrol gazlarının (LPG) taşınması ve depolanması için kullanıldıkları petrol ve gaz ve petrokimya endüstrilerinde bulunur ve %9 nikel durumunda çelik, -196°C'ye kadar.
Herhangi bir özel uygulama için hangi çeliğin kullanılacağının seçimi sadece sıcaklığa değil, aynı zamanda tasarımın gerektirdiği kesit kalınlığı ve gerilim korozyon olasılığı gibi hususlara da bağlıdır.
Bu çeliklerin uygulamaları, mekanik özelliklerin, özellikle kaynakların tokluğunun ve bunlarla ilişkili ısıdan etkilenen bölgelerin ana metallerinkilerle eşleşmesini veya çok yakın olmasını gerektirir. Bu nedenle, kriyojenik çeliklerin borulara ve kaplara imalatı, kaynak sarf malzemelerinin dikkatli bir şekilde seçilmesini ve kaynak parametrelerinin yakın kontrolünü gerektirir.
-50°C'de ince taneli karbon manganlı çeliklerin bileşimine ve Charpy-V darbe dayanımına uygun manuel metal ark (MMA) elektrotları, örneğin AWS A5.5 E7018-1 elektrotları elde edilebilir, ancak küçük bir %1'e kadar olan nikel miktarı, gerekli tokluğu elde etmede ek güven verecektir. Eşleşen C/Mn bileşimli metal aktif gaz (MAG), özlü (FCAW) ve batık ark (SA) sarf malzemeleri -50°C'de yeterli tokluk vermeyecektir ve gerekli kaynaklı tokluğu sağlamak için nikel gerektirir.
Önerilen Makale: Çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
galvaniz sac sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Ekşi serviste kullanım için NACE International ISO15156-2/MR0175 gerekliliğine uymak için bu genellikle maksimum %1 Ni ile sınırlıdır. Kabul edilebilir Charpy-V değerlerine ulaşılabileceğine dair daha fazla güven için ve prosedürel değişikliklere karşı geliştirilmiş bir tolerans sağlamak için %2,5 nikel içeren sarf malzemeleri kullanılabilir.
%1,5 Ni ve %2,5 Ni çelikler, %2,5 Ni sarf malzemeleri ile kaynaklanabilir ve bunlar hem kaynak sırasında hem de kaynak sonrası ısıl işlem (PWHT) durumunda -60°C'ye kadar yeterli tokluk sağlar. Ancak bir uyarı; PWHT'd TIG ve MAG kaynak metalinin çekme mukavemeti, ana metal için belirtilen minimum değerin altına düşebilir. Yüksek oranda (>%20) CO2 içeren bir koruyucu gaz kullanılarak biriktirilen MAG kaynak metali özellikle hassas görünmektedir.
Sarf malzemeleri, MMA ve SAW kaynak işlemleri için mevcuttur, ancak TIG, MAG veya FCAW işlemleri için mevcut değildir.
3.5 Ni alaşımlarında TIG kök pasoları biriktirmek için normalde %2.5 Ni dolgu metali kullanılır. %3,5 Ni sarf malzemeleri -101°C'de yeterli tokluk sağlayabilmelerine rağmen, kaynak parametreleri, ısı girdisi ve kaynak pozisyonundaki değişikliklere karşı çok hassastırlar. Bu hassasiyet, darbe testi sonuçlarının çok çeşitli olmasına neden olur, bu nedenle daha zorlu uygulamalar için AWS ENiCrFe-2 veya EniCrFe-3 gibi alternatif nikel bazlı dolgu metalleri sıklıkla kullanılır ve tüm geleneksel ark kaynağı işlemlerinin kullanılmasını sağlar.
%5 Ni ve %9 Ni alaşımları, geleneksel olarak nikel bazlı bir dolgu metali kullanılarak kaynaklanır. %6.5 Ni MMA elektrotları mevcuttur ancak bunlar -110°C'nin çok altında tutarlı bir şekilde yeterli tokluğu sağlama yeteneğine sahip değildir. %9 Ni alaşımının kaynağı için sarf malzemeleri geliştirilmiştir; bunlar tipik olarak %12 ila %14 nikel içerir. Ancak üretim maliyeti, nikel bazlı alternatiflerle rekabet etmeyecek düzeydedir.
Başlangıçta bu çelikleri kaynaklamak için kullanılan nikel bazlı sarf malzemeleriyle ilgili bir sorun, çekme mukavemetlerinin ana metalden önemli ölçüde daha az olmasıdır. AWS EniCrMo-3 (alaşım 625) tipinin daha yüksek mukavemetli dolgu maddeleri artık hazırdır ve bunlar tüm ark kaynağı işlemlerinin kullanılmasını sağlar. Ayrıca, TIG, MIG ve SAW kaynak metallerinin %0,2'lik dayanıklılık mukavemeti %9Ni çelik için belirtilenin altına düşebilse de, tokluk ve nihai çekme mukavemeti bakımından ana metallerle de uyumludur.
İyi tokluğun gerekli olduğu herhangi bir çelikte olduğu gibi, ısı girişi kontrol edilmelidir. Pasolar arası sıcaklıkların maksimum 250°C ile sınırlandırılması ve ideal olarak %9Ni alaşımı için 150°C'nin altında olması önerilir. Kaynaktan gelen ısı girişi, SAW için yaklaşık 3.5kJ/mm ve MMA için 2.5kJ/mm ile sınırlandırılmalıdır.
Hidrojen soğuk çatlaması riskini azaltmak için kesit kalınlığına, bağlantı tipine ve kısıtlamaya bağlı olarak karbon-manganez ve %3,5'e kadar Ni alaşımları için ön ısıtma gerekebilir. Örneğin ASME B31.3, 25 mm'den daha kalın karbon çelikleri için minimum 79°C, %1,5, %2,5 ve %3,5 nikel çeliklerinin tüm kalınlıkları için 93°C, ancak 5 için yalnızca 10°C minimum ön ısıtma sıcaklıkları önerir. % ve %9 Ni alaşımları. Bu düşük ön ısıtma sıcaklığının nedeni, bu yüksek nikel içerikli alaşımların, büyük miktarlarda hidrojeni tolere edebilen büyük miktarda östenit içermesidir. Bu ostenit bu nedenle soğuk çatlama riskini önemli ölçüde azaltır; ek olarak, riski daha da azaltan nikel bazlı alaşımlarla geleneksel olarak kaynaklanırlar.
Kaynak sonrası ısıl işlem genellikle %9 Ni çelikler için gerekli değildir; gerçekten de EN 13445-4, PWHT'den kaçınılması gerektiğini önerir. Ancak ASME kodları, kalınlık 51 mm'yi (2 inç) aştığında hem %9Ni hem de %5Ni alaşımları için 552°C ila 585°C arasında bir PWHT belirtir. Ayrıca, bu makalede tartışılan diğer düşük sıcaklıklı çelik türleri için EN ve ASME spesifikasyonlarındaki PWHT gereksinimlerinde de farklılıklar vardır.
Nikel daha düşük dönüşüm sıcaklığını azalttığı için PWHT sıcaklığının yakın kontrolü çok önemlidir.
Belirtilen sıcaklıkların, özellikle %3,5 Ni ve üzeri alaşımların aşılması, ana metalin dönüşmesine neden olarak, önemli bir çekme mukavemeti kaybına neden olabilir.
Nikel çeliklerde sıkça karşılaşılan önemli bir problem, ark patlamasına neden olan artık manyetizmadır. Bu, kolayca ve çok güçlü bir şekilde manyetize olabilen ve ark kaynağı işlemleriyle kaynak yapmayı imkansız hale getiren %9 Ni çeliği ile ilgili özel bir sorundur. Etkiyi en aza indirmek için taşıma, nakliye ve montaj sırasında aşırı özen gösterilmelidir. Kaynak sırasında alternatif akımın kullanılması bazı zorlukların üstesinden gelmeye yardımcı olabilir, ancak kaynağı çevreleyen alanın manyetikliğini gidermek gerekli olabilir.
