Il-manifattura ta' tubi tat-tisħin bl-elettriku ta' l-istainless steel 316 f'forma ta' U jew personalizzati-jintroduċi riskju metallurġiku li spiss jiġi injorat fl-ispeċifikazzjonijiet standard tal-korrużjoni. Il-proċess tal-liwi, partikolarment meta jsir b'raġġi stretti fuq tubi miġbudin-kesħa, jiġġenera deformazzjoni plastika li tikkonverti austenite miżmuma metastabbli f'martensite indott ta' strain-. Din it-trasformazzjoni tnaqqas in-numru ekwivalenti tar-reżistenza effettiva tal-pitting (PREN) tar-reġjun milwi, anke meta l-materjal bażi nominalment jissodisfa 316-il rekwiżit ta 'kompożizzjoni. Dejta sperimentali mill-ittestjar elettrokimiku turi li sezzjonijiet kesħin-mgħawġa ta' 316 għantijiet tal-istainless steel jistgħu juru temperaturi kritiċi ta' pitting (CPT) 15–25 grad aktar baxxi minn sezzjonijiet mhux milwija mill-istess sħana. Għal applikazzjonijiet li jinvolvu ilma b'-klorur baxx iżda-temperatura għolja (eż., 80–95 grad , 50–100 ppm Cl⁻), dan it-tnaqqis spiss ibiddel iż-żona milwi minn stat passiv għal pitting attiv fi żmien xhur ta' servizz, li jikkawża ħsara prematura tal-heater. Dan l-artikolu jikkwantifika r-relazzjoni bejn ir-raġġ tal-liwi, il-frazzjoni tal-martensite indotta mill-istrain-, u s-suxxettibilità tal-pitting, li jipprovdi qafas ta 'għażla għall-inġiniera tad-disinn li jispeċifikaw heaters ta' immersjoni tal-istainless steel 316 iffurmati għal ambjenti milwiema moderatament aggressivi.
Mekkaniżmu Metallurġiku ta' Strain-Martensite Indott fil-Kesħ-Mgħawġa 316 Stainless Steel
L-istruttura awstenitika ta 'l-istainless steel 316 hija termodinamikament stabbli biss 'il fuq minn ċerta enerġija ta' difett ta 'stivar. Waqt ix-xogħol kiesaħ f'temperaturi taħt it-temperatura tal-bidu tal-martensite (Ms), id-deformazzjoni mekkanika tipprovdi biżżejjed enerġija biex tagħti bidu għal trasformazzjoni ta' shear minn austenite kubiku ċċentrata ( ) tal-wiċċ - għal martensite tetragonali ċċentrata (') tal-ġisem-. Għall-istainless steel 316, it-temperatura Ms hija bejn wieħed u ieħor -40 grad, iżda l-martensite kkaġunat mir-razza tifforma f'temperatura ambjentali meta r-razza vera tal-plastik taqbeż il-valur tal-limitu. Il-liwi jqiegħed il-fibri ta 'barra tal-għant f'tensjoni u l-fibri ta' ġewwa f'kompressjoni. In-naħa tat-tensjoni tesperjenza tensjoni massima tal-plastik, ikkalkulata bħala ε=t / (2R), fejn t hija l-ħxuna tal-ħajt u R hija r-raġġ tal-liwja mkejjel mal-linja ċentrali tat-tubu. Għal tubu OD tipiku ta '12 mm bi ħxuna tal-ħajt ta' 1.2 mm mgħawweġ għal raġġ tal-linja ċentrali ta '24 mm (liwja 2D), ir-razza tal-fibra ta' barra hija 0.05 (5%). F'raġġ ta '15 mm (liwja 1.25D), ir-razza tiżdied għal 0.08 (8%). Il-kejl tal-ferrite manjetiku bl-użu ta 'Fischer Feritscope jiżvela li 5% tensile strain jinduċi madwar 8-12% ' martensite, filwaqt li 8% razza tagħti 15-25% martensite fl-istainless steel 316.
Il-konsegwenza tal-formazzjoni tal-martensite fuq ir-reżistenza għall-korrużjoni hija doppja. L-ewwel, il-martensite għandu solubilità aktar baxxa tal-kromju u tal-molibdenu mill-awstenite, li jwassal għal reġjuni mnaqqsa tal-kromju-fil-konfini tal-fażi. It-tieni, il-martensite jaġixxi bħala fażi katodika relattiva għall-austenite, u joħloq mikroċelluli galvaniċi li jaċċelleraw ix-xoljiment anodiku tal-awstenite li jmissu magħhom. Skans ta' polarizzazzjoni potenzjodinamika f'soluzzjoni ta' 100 ppm ta' klorur fi 80 grad juru li l-istainless steel 316 mgħawweġ kiesaħ bi 15% martensite juri potenzjal ta' pitting ta' +150 mV kontra Ag/AgCl, filwaqt li l-istess materjal fil-kondizzjoni kompletament rikristallizzata juri +350 mV. Din il-bidla ta '200 mV tfisser li r-reġjun mgħawweġ jeħtieġ polarizzazzjoni anodika sinifikament aktar baxxa biex tibda l-ħofor.
Relazzjoni Kwantitattiva Bejn ir-Raġġ tal-Liwi u l-Ħajja tal-Pitting
Testijiet ta' immersjoni kkontrollati bl-użu ta' ħiters ta' l-istainless steel 316 f'forma ta' U (ħxuna tal-ħajt 1.5 mm, dijametru ta 'barra 12 mm) f'ilma li jkessaħ sintetiku (80 ppm Cl⁻, 200 ppm SO₄²⁻, pH 7.2, 85 grad) juru l-mudelli ta' falliment li ġejjin. Kull heater tħaddem b'fluss tas-sħana tal-wiċċ ta '8 W/ċm², u l-falliment kien definit bħala perforazzjoni minħabba pitting fil-quċċata tal-liwja ta' barra.
Raġġ tal-liwja 36 mm (3D, strain ≈3.3%): Insuffiċjenza medja tal-pitting wara 2100 siegħa. Kontenut tal-martensite imkejjel fl-apex tal-liwja: 6%. Il-fosos inbdew f'diversi siti iżda nfirxu bil-mod.
Raġġ tal-liwja 24 mm (2D, strain 5.0%): Insuffiċjenza medja tal-pitting wara 1150 siegħa. Kontenut martensite: 11%. Fosos preferenzjali mibdija fil-qċaċet tat-tensjoni tal-ġenb tat-tensjoni.
Raġġ tal-liwja 18 mm (1.5D, strain 6.7%): Insuffiċjenza medja tal-pitting wara 550 siegħa. Kontenut martensite: 18%. Korrużjoni lokalizzata kkonċentrata f'medda ta '2 mm wiesgħa tul il-liwja ta' barra.
Raġġ tal-liwja 12 mm (1D, strain 10%): Insuffiċjenza medja tal-pitting wara 180 siegħa. Kontenut martensite: 27%. Perforazzjoni rapida akkumpanjata minn qsim f'xi kampjuni.
Għal applikazzjonijiet fejn l-ilma tal-proċess fih konċentrazzjonijiet ogħla ta 'klorur (300-500 ppm), il-ħajja tal-pitting f'kull raġġ tal-liwja tnaqqas b'fattur addizzjonali ta' 2-3. Bil-maqlub, meta t-temperatura ta 'l-ilma tibqa' taħt il-50 grad , l-aċċelerazzjoni tal-pitting indotta tal-martensite-hija negliġibbli minħabba li t-temperatura kritika tal-pitting tibqa 'fuq mit-temperatura operattiva anke għal sezzjonijiet mgħawweġ.
Konsegwenzi termali u mekkaniċi ta 'pitting lokalizzat fil-liwjiet
Il-falliment tal-pitting fir-raġġ tal-liwja huwa partikolarment problematiku minħabba li l-ġeometrija tikkonċentra l-istress. Ladarba fossa tippenetra l-ħajt tal-għant, l-element ta 'tisħin intern (tipikament wajer NiCr jew FeCrAl) jiġi espost għall-fluwidu tal-proċess. F'sistemi bbażati fuq l-ilma-dan jikkawża ħsara fl-art immedjata u għeluq tal-heater. Madankollu, anke qabel il-perforazzjoni kompleta, ħofor ta' ħxuna-parzjali joħolqu hot spots lokali minħabba li l-ħxuna tal-ħajt li jifdal fil-bażi tal-ħofra għandha reżistenza termali ogħla u densità ta 'kurrent lokalizzata. Termografija infrared ta 'heater b'30% penetrazzjoni tal-ħajt fil-liwja turi elevazzjoni tat-temperatura tal-wiċċ ta' 35-50 grad 'il fuq mit-temperatura tal-għant tal-madwar. Dan il-punt sħun jaċċellera aktar il-korrużjoni u jista 'jwassal għal burnout tal-wajer tar-reżistenza interna minħabba sħana żejda lokalizzata. F'sistemi taħt pressjoni, ħofra li ma tippenetrax bis-sħiħ xorta tista 'taġixxi bħala riser tal-istress, li tibda xquq tal-għeja meta l-heater jgħaddi minn ċikliżmu termali.
L-istress residwu tat-tensjoni introdotti mill-liwi jippromwovu wkoll il-qsim tal-korrużjoni tal-istress (SSC) taħt ċerti kundizzjonijiet. Għall-istainless steel 316 f'ambjenti li fihom il-klorur-, il-kombinazzjoni ta 'stress tensili residwu (spiss 100-250 MPa fil-fibra ta' barra tal-liwja), martensite, u temperatura elevata tipproduċi mekkaniżmu ta 'falliment sinerġistiku. Studji ta 'każijiet minn reatturi ta' lott kimiċi juru li 316 heaters f'forma ta 'U-mgħawġa għal raġġi 1.5D f'servizz ta' 200 ppm Cl⁻ f'95 grad fallew minn SCC transgranulari fi żmien 300 siegħa, filwaqt li ħiters identiċi mgħawweġ għal raġġi 3D operaw għal aktar minn 3000 siegħa mingħajr qsim.
Gwida tal-Għażla għar-Raġġ tal-Liwja Ibbażat fuq il-Livell tal-Klorur u t-Temperatura Operattiva
Il-matriċi tad-deċiżjoni li ġejja tassisti lill-inġiniera biex jispeċifikaw ir-raġġi minimi tal-liwja għal tubi tat-tisħin elettriku ta' l-istainless steel 316 f'forma ta' U jew iffurmati apposta-. Għal kull kombinazzjoni ta' konċentrazzjoni ta' klorur u temperatura massima tal-għant, huwa pprovdut proporzjon R/t minimu rakkomandat (raġġ tal-liwja diviż bid-dijametru ta' barra tat-tubu) biex jillimita l-formazzjoni ta' martensite għal taħt il-5%.
| Konċentrazzjoni Massima tal-Klorur (ppm) | Temperatura massima tal-għant (grad) | Raġġ ta' Liwja Minimu Rakkomandat (bħala multiplu tat-tubu OD) | Pitting Mistenni-Ħajja Ħieles (sigħat) | Post-Trattament tas-Sħana tal-Liwja Meħtieġ? |
|---|---|---|---|---|
| < 50 | < 60 | 2.0 D | > 5000 | Nru |
| 50 – 100 | < 60 | 2.0 D | > 4000 | Nru |
| 50 – 100 | 60 – 90 | 2.5 D | > 3000 | Nru |
| 50 – 100 | 90 – 110 | 3.0 D | > 2000 | Rakkomandat (anneal tas-soluzzjoni jekk possibbli) |
| 100 – 300 | < 50 | 2.5 D | > 3000 | Nru |
| 100 – 300 | 50 – 80 | 3.0 D | > 2000 | Rakkomandat |
| 100 – 300 | 80 – 100 | 4.0 D | > 1000 | Meħtieġa |
| 300 – 600 | < 60 | 3.5 D | > 1500 | Meħtieġa |
| 300 – 600 | 60 – 90 | 4.0 D | > 800 | Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825) |
| > 600 | kwalunkwe temperatura | Evita liwi kiesaħ; uża ħiters dritti jew liwjiet iffurmati-sħan | Mhux applikabbli | Uża 316 dritta jew taqleb għal liga aktar reżistenti |
Għal applikazzjonijiet li jeħtieġu liwjiet U-kompatti iżgħar minn 2.5D f'ambjenti moderati ta 'klorur, il-manifatturi jistgħu japplikaw trattament ta' ttemprar ta 'soluzzjoni ta' wara-liwja (tisħin għal 1050 grad segwit minn tkessiħ rapidu ta 'l-ilma) biex jirrikristallizzaw l-istruttura tensjoni u jeliminaw il-martensite. Madankollu, it-ttemprar tas-soluzzjoni ta 'assemblaġġi tal-heater lesti ħafna drabi ma jkunx prattiku minħabba li l-element ta' tisħin intern u s-siġilli tat-terminazzjoni ma jistgħux jifilħu dawn it-temperaturi. F'każijiet bħal dawn, l-ispeċifikazzjoni ta 'raġġ ta' liwja akbar jew il-bidla għal liga aktar formabbli iżda ugwalment reżistenti għall-korrużjoni-bħat-316Ti (li fih titanju biex jistabbilizza l-karburi u tnaqqas it-tendenza tal-martensite) toffri alternattiva prattika.
Miżuri Kumplimentari biex Jittaffu l-Korrużjoni tal-Liwja-Relatata
Meta r-restrizzjonijiet tad-disinn jġiegħlu raġġ ta 'liwja strett fuq għant ta' l-istainless steel 316, tliet miżuri ta 'inġinerija jistgħu jirrestawraw parzjalment ir-reżistenza għall-korrużjoni. L-ewwel, iż-żieda tal-ħxuna tal-ħajt tat-tubu qabel il-liwi tnaqqas ir-razza tal-fibra ta 'barra għal raġġ ta' liwja partikolari, peress li t-tensjoni hija proporzjonali għal t/R. Tubu tal-ħajt ta '1.8 mm mgħawweġ għal raġġ ta' 1.5D jesperjenza tensjoni aktar baxxa minn tubu tal-ħajt ta '1.2 mm mgħawweġ għall-istess raġġ, u jnaqqas il-formazzjoni ta' martensite b'madwar 30%. It-tieni, li tispeċifika karbonju aktar baxx 316L (massimu 0.03% C) aktar milli 316 (0.08% C) ittejjeb ir-reżistenza għas-sensitizzazzjoni waqt liwi u kwalunkwe iwweldjar sussegwenti, għalkemm ma tipprevjenix direttament il-formazzjoni tal-martensite. It-tielet, l-implimentazzjoni ta' operazzjoni ta' electropolishing post-liwja tneħħi saff tal-wiċċ irqiq (20–50 µm) li fih l-ogħla densità ta' martensite u difetti indotti-deformazzjoni. L-ittestjar elettrokimiku juri li l-elettropolixxjar ta 'liwja 1.5D jerġa' jġib il-potenzjal ta 'pitting sa 50 mV tal-kundizzjoni mhux milwi, u jestendi l-ħajja tas-servizz b'fattur ta' tlieta meta mqabbel ma 'liwjiet mhux illustrati.
L-ispeċifikazzjoni tar-raġġi tal-liwja għall-ħiters tal-immersjoni affidabbli 316 Stainless Steel
Meta titlob kwotazzjonijiet għal tubi tat-tisħin elettriku tal-istainless steel 316 b'forma ta' U-jew personalizzati-mgħawġa, l-inġiniera tad-disinn għandhom jiddikjaraw b'mod espliċitu r-raġġ minimu tal-liwja bħala multiplu tad-dijametru ta 'barra tat-tubu, flimkien mal-konċentrazzjoni mistennija tal-klorur u t-temperatura operattiva massima tal-fluwidu tal-proċess. Evita li tonqos għar-raġġ tal-liwja standard tal-manifattur (spiss 2D jew 1.5D) mingħajr ma tivverifika l-kompatibilità mal-kimika tal-ilma tiegħek. Għal installazzjonijiet ġodda b'ebusija ta' l-ilma u livelli ta' klorur tipiċi ta' provvisti muniċipali (50–150 ppm Cl⁻, temperatura operattiva ta' 60–80 grad), speċifika raġġ ta' liwja 3D minimu biex tiżgura kontenut ta' martensite taħt il-5% u tikseb ħajja ħielsa mill-pitting ipproġettata ta' aktar minn 10,000 siegħa. Fejn ir-restrizzjonijiet tal-ispazju jeħtieġu liwjiet aktar stretti minn 2.5D, itlob kejl ta' martensite kkaġunat mill-istrain-(bl-użu ta' ferritescope jew diffrazzjoni tar-raġġi X-) mingħand il-fornitur fuq il-liwjiet tal-kampjun, u ikkunsidra l-elettropolixxjar jew trattament ta' ħelsien mill-istress wara-liwja. Billi tipprijoritizza r-raġġ tal-liwja bħala varjabbli tad-disinn ugwali fl-importanza tal-ħxuna tal-ħajt u l-finitura tal-wiċċ, l-inġiniera tal-proċess jistgħu jipprevjenu fallimenti prematuri li joriġinaw mhux fis-sezzjonijiet dritti iżda fil-fibra ta 'barra vulnerabbli ta' kull liwja.
