تصور کنید که تجهیزاتی را در دماهای شدید بیش از 700 درجه سانتیگراد و تحت فشار شدید به کار می‌گیرید. چه ماده‌ای می‌تواند عملکرد ایمن و پایدار را در چنین شرایط دشواری تضمین کند؟ پاسخ در فولاد آلیاژی پایه نیکل نهفته است. این ماده پیشرفته با مقاومت استثنایی در برابر خزش و استحکام بالا، برای کاربردهای صنعتی چالش‌برانگیز ضروری شده است.

فولاد آلیاژی پایه نیکل عمدتاً از نیکل به عنوان عنصر آلیاژی اصلی تشکیل شده است که با عناصر اضافی مانند کروم، مولیبدن و آهن برای بهینه‌سازی خواص آن تقویت شده است. در مقایسه با فولادهای معمولی، مزایای متمایز متعددی را ارائه می‌دهد:

• استحکام در دمای بالا و مقاومت در برابر خزش:استحکام استثنایی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند و در برابر تغییر شکل خزشی مقاومت می‌کند، که آن را برای کاربردهای با دمای بالا ایده‌آل می‌کند.
• مقاومت در برابر خوردگی عالی:مقاومت عالی در برابر محیط‌های خورنده، از جمله اسیدها، قلیاها و نمک‌ها را نشان می‌دهد و دوام طولانی‌مدت را تضمین می‌کند.
• قابلیت جوشکاری عالی:ساخت اجزای ساختاری پیچیده را از طریق فرآیندهای جوشکاری قابل اعتماد تسهیل می‌کند.
• عملکرد در دمای پایین:درجه‌های خاصی از چقرمگی خوبی را حتی در شرایط برودتی حفظ می‌کنند و دامنه کاربرد آنها را گسترش می‌دهند.

فناوری فوق‌فوق‌بحرانی پیشرفته نشان‌دهنده یک پیشرفت در راندمان تولید برق و کاهش انتشار است. نیروگاه‌های A-USC با پارامترهای بخار بیش از 700 درجه سانتیگراد کار می‌کنند و به موادی با ویژگی‌های عملکردی فوق‌العاده نیاز دارند. فولاد آلیاژی پایه نیکل برای ساخت توربین‌های A-USC ضروری شده است.

طراحی معمولی:توربین‌های 1000 مگاواتی A-USC معمولاً از پیکربندی TC4F با چهار محفظه استفاده می‌کنند: یک محفظه فشار بسیار بالا (VHP) با جریان تک، محفظه فشار بالا (HP)، محفظه فشار متوسط (IP) با جریان دوگانه و دو محفظه فشار پایین (LP) با جریان دوگانه. محفظه VHP در فشار 35 مگاپاسکال کار می‌کند.

طراحی اصلاح شده:برخی از طرح‌ها محفظه‌های VHP و HP را در یک واحد ترکیب می‌کنند تا طول کلی و مصرف مواد را کاهش دهند، اگرچه این امر به راندمان و پایداری روتور آسیب می‌رساند.

طراحی 700 مگاواتی A-USC:این توربین‌ها معمولاً محفظه‌های HP و IP را ادغام می‌کنند. سیستم‌های خنک‌کننده به صورت استراتژیک در محفظه VHP و بین محفظه‌های HP/IP قرار می‌گیرند، با خنک‌کننده اضافی برای اتصالات جوش روتور.

• پره‌های توربین HP و IP:دمای ورودی بالا و الزامات استحکام، آلیاژهای پایه نیکل را به ماده انتخابی تبدیل می‌کند.
• روتورها:برای حفظ استحکام و مقاومت در برابر خزش در شرایط شدید ضروری است.
• محفظه‌های توربین:مناطق با دمای بالای انتخاب شده از محفظه‌های VHP و HP از آلیاژهای پایه نیکل استفاده می‌کنند.

تکنیک‌های خنک‌کننده پیشرفته برای حفظ یکپارچگی اجزا به کار می‌روند:

• خنک‌کننده پره:از بخار خنک‌شده از اگزوز توربین VHP و HP استفاده می‌کند
• خنک‌کننده روتور:خنک‌کننده تخصصی اتصالات جوش عمر سرویس را افزایش می‌دهد

• لوله تولید:آلیاژهای پایه نیکل مقاومت در برابر خوردگی حیاتی را در چاه‌های تولید بالا در برابر H2S، CO2 و کلریدها فراهم می‌کنند.
• محفظه‌های کمپرسور:برای کاربردهای برودتی که مواد معمولی شکننده می‌شوند، انتخاب شده است.

موادی مانند آلیاژ 600 و فولاد ضد زنگ به عنوان اجزای ساختاری حیاتی در رآکتورها عمل می‌کنند، اگرچه ترک خوردگی ناشی از خوردگی تنشی (SCC) در محیط‌های آب با دمای بالا همچنان یک چالش است که نیاز به تحقیقات مداوم دارد.

مقاومت در برابر خوردگی استثنایی، این آلیاژها را برای تجهیزات جابجایی مواد شیمیایی تهاجمی ایده‌آل می‌کند.

فولادهای آلیاژی پایه نیکل بر اساس ریزساختار و ترکیب طبقه‌بندی می‌شوند:

• فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی
• فولادهای مارتنزیتی-فریتیک دوبلکس
• فولادهای ضد زنگ آستنیتی
• فولادهای آلیاژی پایه نیکل

میدان نفتی تاریم:لوله مقاوم در برابر خوردگی با پوشش کامپوزیت با پوشش‌های داخلی AOC-2000T یا CK-54 برای مقاومت در برابر دمای 140 درجه سانتیگراد و محیط‌های خورنده از جمله اسیدها، قلیاها، نمک‌ها، Cl-، CO2 و H2S پیاده‌سازی شد.

میدان‌های گاز ترش:به مواد تخصصی یا بازدارنده‌های خوردگی برای جلوگیری از SCC و خوردگی الکتروشیمیایی در محیط‌های H2S/CO2 نیاز دارد.

SCC یک مکانیسم شکست قابل توجه برای آلیاژهای نیکل و فولادهای ضد زنگ در محیط‌های خاص است. مطالعات بر روی موارد زیر متمرکز است:

• مکانیسم‌های انحلال/اکسیداسیون لغزشی
• فرآیندهای مرتب‌سازی کریستالی مرتبط با سن
• زمان شروع و انرژی فعال‌سازی
• اثرات نرخ تنش/کرنش
• تغییرات پتانسیل الکترود

فولادهای آلیاژی پایه نیکل همچنان پیشرفت‌های تکنولوژیکی را در صنایع با شرایط عملیاتی شدید ممکن می‌سازند. توسعه آینده بر موارد زیر متمرکز خواهد بود:

• بهینه‌سازی عملکرد از طریق طراحی آلیاژ
• تکنیک‌های تولید پیشرفته
• مهندسی کاربرد گسترده
• درک پیشرفته از مکانیسم‌های شکست

همانطور که تقاضاهای صنعتی به سمت راندمان‌های بالاتر و محیط‌های چالش‌برانگیزتر تکامل می‌یابند، این مواد پیشرفته نقش فزاینده‌ای حیاتی در حمایت از پیشرفت‌های تکنولوژیکی و در عین حال تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان عملیاتی ایفا خواهند کرد.