dr inż. Radosław Sieczkowski, Kierownik Działu Technicznego SPETECH^®

Wprowadzenie

Współczesny przemysł chemiczny stawia coraz wyższe wymagania materiałowe instalacjom pracującym w warunkach skrajnie narażonych na korozję. Produkcja mocznika oraz sody kaustycznej to procesy, w których elementy instalacji są narażone na działanie wysokich temperatur, ciśnień oraz silnie korozyjnych mediów, takich jak karbaminian amonu, wodorotlenek sodu czy chlorki. W takich warunkach konwencjonalne stale kwasoodporne nie zapewniają wystarczającej odporności korozyjnej i trwałości. Odpowiedzią na te wyzwania jest zastosowanie specjalistycznych stali typu duplex (austenityczno-ferrytycznych), takich jak SAF^TM2906 (1.4477), w szczególności w elementach krytycznych jak uszczelnienia, złączki, zaślepki, części armatury itp. 

Charakterystyka materiału SAF^TM2906

SAF^TM2906 (1.4477) to stal specjalna typu duplex produkowana przez koncern Alleima. Materiał ten został opracowany pod nazwą SAFUREX w 1996 roku przez Smicarbon we współpracy z Sandvik Materials Technology (obecnie należący do Alleima) jako odpowiedź na ograniczenia tradycyjnych stali stosowanych w przemyśle nawozowym przy produkcji mocznika. SAFUREX, pozostaje nadal znakiem towarowym Stamicarbon. SAF^TM2906 to stal o wyjątkowej odporności na wszystkie rodzaje korozji. Wyższą odporność chemiczną w omawianych aplikacjach wykazują dopiero znacznie droższe stopy na bazie niklu, cyrkonu lub metali szlachetnych. Dzięki unikalnemu składowi chemicznemu (tabela 1), w tym bardzo dużej zawartości chromu materiał oprócz dużej odporności korozyjnej zapewnia także bardzo wysoką wytrzymałość mechaniczną (tabela 2).

Właściwości kluczowe:

• bardzo wysoka odporność na korozję ogólną, międzykrystaliczną, naprężeniową oraz wżerową (pitting),
• bardzo wysoka odporność na korozję chlorkową,
• dobra spawalność,
• wysoka wytrzymałość mechaniczna (Tabela 1),
• wysoka udarność w ujemnych temperaturach (Rys. 1),
• niższa rozszerzalność liniowa w porównaniu do stali austenitycznych, porównywalna do stali węglowych.

Rys. 1 Próba udarności

Zastosowanie wyrobów z SAF^TM2906 w instalacjach chemicznych

W praktyce inżynierskiej z powodzeniem stosuje się elementy wykonane z tego materiału w poniższych aplikacjach:

• w instalacjach produkcji mocznika, w szczególności na karbaminian amonu,
• w instalacjach produkcji sody kaustycznej (wodorotlenku sodu) – Rys. 2,
• w instalacjach wymagających szczególnej odporności na korozję wżerową i szczelinową, w szczególności z uwagi na zawartość chlorków.

Rys. 2 Szybkość korozji SAFTM2906

SPETECH^® dostarcza następujące wyroby wykonane z SAF^TM2906:

• uszczelki metalowe w tym płaskie, typu RTJ, soczewkowe, baliste, typu podwójny stożk i inne,
• uszczelki membranowe (spawane),
• zaślepki okularowe i lizakowe,
• diafragmy (elementy zabezpieczające pokrywy aparatów ciśnieniowych),
• kryzy, filtro-uszczelki, elementy armatury i inne komponenty urządzeń ciśnieniowych,
• kołnierze, złączki, zwężki, pokrywy itp.

 
Rys. 3 Przykładowe wyroby z SAF^TM2906

Obróbka stali i spawanie

Wyżej wymienione detale na ogół wymagają precyzyjnej obróbki skrawaniem, która jest dość wymagająca i jest tym bardziej kłopotliwa, że stale typu duplex wykazują małą skłonność do łamania wióra, co powoduje problem z jego odprowadzeniem. Obróbka wymaga też ciągłego i intensywnego chłodzenia, najlepiej z podwyższonym ciśnieniem. Dobór parametrów obróbki w rozumieniu szybkości skrawania i wartości posuwu jest także wyzwaniem. Przy obróbce wyrobów w których wymagana jest niska chropowatość powierzchni należałoby stosować stosunkowo duże prędkości skrawania, co stoi w sprzeczności z parametrami obróbki tej stali, która ze względu na wydzielanie dużych ilości ciepła musi być obrabiana na niższych parametrach. Parametry są więc pewnym kompromisem i w praktyce mieszczą się pomiędzy parametrami obróbki stopów żaroodpornych na bazie niklu i parametrami obróbki stali nierdzewnych.
Spawanie tej stali również wymaga wysokich umiejętności. Kluczowym w tym działaniu jest zapewnienie powstania w spoinie podczas jej chłodzenia dwufazowej struktury ferrytyczno-austenitycznej. Spawanie odbywa się w osłonie gazowej argonowo azotowej z zastosowaniem odpowiednich parametrów spawania, właściwie dobraną średnicą drutu, prądu spawania i prędkością. Często proces wymaga kilku prób doboru parametrów a szczególnie cenne jest posiadanie przez spawacza odpowiednio dużego doświadczenia.

Podsumowanie

Zastosowanie uszczelnień metalowych wykonanych z SAF^TM2906 stanowi odpowiedź na współczesne wyzwania przemysłu chemicznego – szczególnie tych pracujących w warunkach podwyższonego ciśnienia, temperatury i agresywnego medium. Dzięki wysokiej odporności na korozję i doskonałym właściwościom mechanicznym, SAF^TM2906 sprawdza się jako materiał na uszczelnienia i inne komponenty. Producentom mocznika i sody kaustycznej rekomenduje się rozważenie ustandaryzowania tego typu uszczelnień w newralgicznych punktach instalacji, co może przynieść realne korzyści eksploatacyjne i ekonomiczne.