Nitơ lỏng là -196℃, oxy lỏng, argon lỏng cũng ở mức này. Thép cacbon ở nhiệt độ này sẽ giòn gãy như thủy tinh, trong khi thép không gỉ austenit (họ 300) không có chuyển tiếp dai-giòn rõ rệt — đây là lý do nó trở thành vật liệu chủ lực cho thiết bị nhiệt độ thấp.
Đánh giá một câu
-196℃ dùng 304L hoặc 316L (mác cacbon thấp), không dùng 304/316 thông thường. Khi môi chất có tính ăn mòn (như chứa clo, chứa lưu huỳnh) thì dùng 316L; chỉ bảo quản và vận chuyển nhiệt độ thấp thuần túy (nitơ lỏng, oxy lỏng, argon lỏng) thì 304L là đủ. Hàm lượng ferit trong mối hàn phải được kiểm soát, và bắt buộc phải thử nghiệm va đập nhiệt độ thấp để xác nhận.
Tại sao cacbon thấp là then chốt
Austenit có cấu trúc lập phương tâm mặt, nhiều hệ trượt, khó giòn gãy ở nhiệt độ thấp. Nhưng ưu thế này có hai kẻ thù:
- Cacbon: cacbon cao sẽ tạo cacbua tại biên giới hạt, làm giảm độ dai và khả năng chống ăn mòn, khi hàn còn bị nhạy cảm; vì vậy thiết bị nhiệt độ thấp dùng 304L / 316L (C ≤ 0.03%);
- Ferit: nếu trong thép không gỉ austenit còn sót nhiều ferit δ (thường gặp ở mối hàn), pha ferit sẽ trở nên giòn ở nhiệt độ thấp, trở thành nguồn nứt. Vì vậy hàm lượng ferit trong mối hàn phải được kiểm soát (thường mong muốn thấp, giới hạn cụ thể theo điều kiện kỹ thuật của dự án).
Nghiệm thu xem gì
- Thử nghiệm va đập nhiệt độ thấp: mẫu có rãnh chữ V Charpy, đo năng lượng va đập ở nhiệt độ phục vụ (như -196℃). Đây là hạng mục nghiệm thu cốt lõi nhất của thiết bị nhiệt độ thấp, không thể chỉ dựa vào tính chất cơ học ở nhiệt độ thường;
- Thành phần hóa học: xác nhận là cấp L (C ≤ 0.03%);
- Ferit mối hàn: đo bằng máy đo ferit hoặc phương pháp kim tương, xem có nằm trong phạm vi cho phép của điều kiện kỹ thuật không;
- Kiểm tra không phá hủy: thiết bị nhiệt độ thấp thường yêu cầu RT/UT, khuyết tật dạng nứt sẽ lan nhanh ở nhiệt độ thấp.
Điểm chính khi hàn
Mối hàn của thiết bị nhiệt độ thấp thường là khâu yếu nhất:
- Dùng vật liệu hàn cacbon thấp tương thích (ER308L / ER316L);
- Kiểm soát nhiệt lượng đầu vào và nhiệt độ giữa các lớp, tránh hạt tinh thể thô lớn;
- Làm sạch kỹ sau hàn, thực hiện tẩy axit và thụ động hóa (lớp oxit là điểm khởi đầu ăn mòn);
- Khi cần thiết thì hòa tan rắn sau hàn (trường hợp yêu cầu cao), nhưng phải chú ý kiểm soát biến dạng.
So sánh với các vật liệu nhiệt độ thấp khác
- Thép 9% niken: chuyên dùng cho LNG (-162℃), chi phí và yêu cầu công nghệ cao, thường dùng cho bồn chứa lớn;
- Hợp kim nhôm: độ dai nhiệt độ thấp tốt, trọng lượng nhẹ, nhưng độ bền thấp, tính năng mối hàn giảm rõ rệt;
- Thép không gỉ austenit: -196℃ thậm chí thấp hơn vẫn dùng được, chống ăn mòn, dễ gia công, hàn được, là lựa chọn phổ biến cho thiết bị nhiệt độ thấp cỡ nhỏ và vừa và đường ống.
Bẫy thường gặp
- Dùng 304 thông thường thay 304L: cacbon cao, độ dai mối hàn và vùng ảnh hưởng nhiệt không đạt;
- Chỉ kéo thử ở nhiệt độ thường, không thử va đập nhiệt độ thấp — cốt lõi nghiệm thu thiết bị nhiệt độ thấp chính là va đập;
- Ferit mối hàn cao (dùng sai vật liệu hàn hoặc bảo vệ kém), trở thành nguồn nứt ở nhiệt độ thấp;
- Bỏ qua ăn mòn môi chất: hệ thống oxy lỏng cực kỳ nhạy cảm với dầu mỡ (rủi ro an toàn), 316L an toàn hơn;
- Kết cấu đỡ và vật liệu đường ống không tương thích, chênh lệch giãn nở nhiệt gây ứng suất phụ.
Hãy cho chúng tôi biết môi chất, nhiệt độ thấp nhất, dung tích và tiêu chuẩn áp dụng, chúng tôi sẽ đưa ra gợi ý mác thép và vật liệu hàn theo điều kiện nhiệt độ thấp, và có thể cung cấp dữ liệu thử nghiệm va đập ở nhiệt độ tương ứng — chi phí thiết bị nhiệt độ thấp gần như toàn bộ nằm ở "xác nhận", bản thân vật liệu không phải phần lớn.
