النيتروجين السائل عند -196℃، والأكسجين السائل والأرجون السائل أيضاً في هذا النطاق. الفولاذ الكربوني عند درجة الحرارة هذه يتكسر كالزجاج، بينما الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (سلسلة 300) ليس له انتقال واضح من المطيل إلى الهش — وهذا سبب كونه المادة الرئيسية لمعدات درجات الحرارة المنخفضة.
حكم في جملة واحدة
عند -196℃ استخدم 304L أو 316L (درجة منخفضة الكربون)، وليس 304/316 العادي. عندما يكون الوسط أكّالاً (مثل احتوائه على الكلور أو الكبريت) استخدم 316L؛ وللتخزين والنقل البارد النقي (النيتروجين السائل، الأكسجين السائل، الأرجون السائل) يكفي 304L. يجب التحكم في محتوى الفريت في خط اللحام، ويجب إجراء اختبار الصدمة عند درجة الحرارة المنخفضة للتحقق.
لماذا الكربون المنخفض هو المفتاح
الأوستنيت ذو بنية مكعبة مركزية الوجه، وله أنظمة انزلاق متعددة، ولا يتكسر بسهولة عند درجات الحرارة المنخفضة. لكن هذه الميزة لها عدوّان:
- الكربون: ارتفاع الكربون يشكل كربيدات على حدود الحبيبات، مما يقلل المتانة ومقاومة التآكل، ويسبب الحساسية أثناء اللحام؛ لذلك تستخدم معدات درجات الحرارة المنخفضة 304L / 316L (C ≤ 0.03%)؛
- الفريت: إذا بقي في الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي فريت δ كثير (شائع في خطوط اللحام)، فإن طور الفريت يصبح هشاً عند درجات الحرارة المنخفضة ويصبح مصدراً للتشقق. لذلك يجب التحكم في محتوى الفريت في خط اللحام (يُفضل عادة أن يكون منخفضاً، والحد المحدد حسب الشروط الفنية للمشروع).
ماذا نفحص عند القبول
- اختبار الصدمة عند درجة الحرارة المنخفضة: عينة Charpy V-notch، وقياس طاقة الصدم عند درجة حرارة التشغيل (مثل -196℃). هذا هو أهم بند قبول لمعدات درجات الحرارة المنخفضة، ولا يمكن الاعتماد على الخواص الميكانيكية عند درجة الحرارة العادية فقط؛
- التركيب الكيميائي: التأكد من أنه درجة L (C ≤ 0.03%)؛
- فريت خط اللحام: قياسه بمقياس الفريت أو بالطريقة المعدنية، للتحقق من أنه ضمن النطاق المسموح به في الشروط الفنية؛
- الاختبار غير الإتلافي: معدات درجات الحرارة المنخفضة تتطلب عادة RT/UT، لأن عيوب التشقق تنتشر بسرعة عند درجات الحرارة المنخفضة.
نقاط اللحام الأساسية
خطوط اللحام في معدات درجات الحرارة المنخفضة غالباً ما تكون الحلقة الأضعف:
- استخدام مواد لحام منخفضة الكربون مطابقة (ER308L / ER316L)؛
- التحكم في مدخلات الحرارة ودرجة حرارة ما بين الطبقات، لتجنب خشونة الحبيبات؛
- التنظيف الجيد بعد اللحام، وإجراء التخليل والتخميل (القشور المؤكسدة هي نقطة بداية التآكل)؛
- عند الضرورة إجراء محلول صلب بعد اللحام (في الحالات عالية المتطلبات)، مع الانتباه للتحكم في التشوه.
المقارنة مع مواد أخرى لدرجات الحرارة المنخفضة
- فولاذ 9% نيكل: مخصص للغاز الطبيعي المسال LNG (-162℃)، والتكلفة والمتطلبات التصنيعية عالية، ويستخدم غالباً في الخزانات الكبيرة؛
- سبائك الألومنيوم: متانة جيدة عند درجات الحرارة المنخفضة ووزن خفيف، لكن القوة منخفضة وأداء وصلات اللحام ينخفض بشكل ملحوظ؛
- الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي: يمكن استخدامه عند -196℃ أو حتى أقل، ومقاوم للتآكل، وسهل التشغيل، وقابل للحام، وهو الخيار الشائع لمعدات درجات الحرارة المنخفضة الصغيرة والمتوسطة والأنابيب.
المزالق الشائعة
- استخدام 304 العادي بدلاً من 304L: الكربون مرتفع، ومتانة خط اللحام والمنطقة المتأثرة بالحرارة لا تستوفي المتطلبات؛
- إجراء شد عند درجة الحرارة العادية فقط دون صدمة عند درجة الحرارة المنخفضة — جوهر قبول معدات درجات الحرارة المنخفضة هو الصدمة بالضبط؛
- ارتفاع فريت خط اللحام (استخدام مادة لحام خاطئة أو حماية سيئة)، مما يجعله مصدراً للتشقق عند درجات الحرارة المنخفضة؛
- إهمال تآكل الوسط: نظام الأكسجين السائل حساس جداً للزيوت (خطر سلامة)، و316L أكثر أماناً؛
- عدم تطابق مواد الهياكل الداعمة والأنابيب، مما يسبب إجهادات إضافية بسبب اختلاف التمدد والانكماش الحراري.
أخبرنا بالوسط وأدنى درجة حرارة والحجم والمعيار المطبق، وسنقدم توصيات بالدرجات ومواد اللحام وفق ظروف درجات الحرارة المنخفضة، ويمكننا توفير بيانات اختبار الصدمة عند درجة الحرارة المقابلة — تكلفة معدات درجات الحرارة المنخفضة تكاد تكون كلها في «التحقق»، والمادة نفسها ليست الجزء الأكبر.
