Tubi elettriċi tat-tisħin iwweldjati minn azzar li ma jissaddadx 316 – kemm jekk biex jgħaqqdu sezzjonijiet tat-tubi, jitwaħħlu tappijiet tat-tarf, jew flanġijiet tal-immuntar – jesperjenzaw gradjent tat-temperatura fiż-żona affettwata tas-sħana-(HAZ) li tista 'tilħaq 500–700 grad waqt it-tkessiħ. Filwaqt li din il-firxa tat-temperatura hija taħt il-firxa ta 'sensitizzazzjoni tradizzjonali għall-preċipitazzjoni tal-karbur tal-kromju (550-850 grad), l-effetti magħquda ta' passaġġi multipli ta 'weldjatura, sħana residwa minn operazzjonijiet sussegwenti, u sezzjonijiet ta' tubi ħoxnin jistgħu jipproduċu espożizzjoni termali kumulattiva biżżejjed biex jiffurmaw konfini tal-qamħ imbattal tal-kromju-. F'servizz ta 'aċidu sulfuriku dilwit (0.5-5% H₂SO₄) f'temperaturi moderati ta' 50-80 grad - komuni f'banjijiet ta 'pickling kimiku, tankijiet tat-tlaħliħ tal-irfinar tal-metall, u scrubbers tad-desulfurization tal-gass taċ-ċmieni - dawn il-konfini tal-qamħ sensitizzati jgħaddu minn korrużjoni intergranulari rapida, li twassal għal separazzjoni sħiħa tal-formazzjoni bażika tal-metall jew weldjatura. attakk immedjatament ħdejn il-linja tal-fużjoni tal-weldjatura. B'differenza mill-korrużjoni tal-ħofor jew tal-xquq, il-korrużjoni intergranulari tipproċedi b'mod uniformi tul il-konfini tal-qamħ, u tikkawża telf ta 'integrità mekkanika qabel ma jkun skopert traqqiq sinifikanti tal-ħajt. Dan l-artikolu jikkwantifika l-iżvilupp ta 'sensitizzazzjoni f'kisi 316 iwweldjati taħt ċikli termali ta' fabbrikazzjoni tipiċi u jipprovdi gwida għall-ispeċifikazzjoni tal-iwweldjar għal servizz ta 'aċidu dilwit.
Il-Kundizzjonijiet ta' Sensibilizzazzjoni ta' Limitu għall-Korrużjoni Intergranulari ta' 316 f'Aċidu Sulfuriku Dilwit
It-test ta 'sensitizzazzjoni konvenzjonali għall-azzar inossidabbli awstenitiku juża aċidu nitriku jagħli (test Huey) jew it-test Strauss (sulfat tar-ram-ramm f'16% aċidu sulfuriku) biex jikxef il-preċipitazzjoni tal-karbur tal-kromju. Madankollu, dawn it-testijiet aċċellerati joperaw f'100 grad jew aktar u jużaw kundizzjonijiet ta 'aċidu konċentrat li mhumiex rappreżentattivi ta' ħafna servizzi ta 'aċidu dilwit industrijali. F'1-5% H₂SO₄ f'50-80 grad , il-grad limitu ta 'sensitizzazzjoni (DOS) meħtieġ biex jipproduċi korrużjoni intergranulari huwa aktar baxx milli f'aċidi konċentrati jagħlu. L-ittestjar tar-riattivazzjoni potenzjokinetika elettrokimika (EPR) kkalibrat bid-dożimetrija juri li l-korrużjoni intergranulari f'H₂SO₄ dilwit tibda f'valuri DOS baxxi daqs 3-5%, meta mqabbla ma '8-10% meħtieġa għall-iskoperta fl-aċidu nitriku jagħli.
Ġew applikati trattamenti termali kkontrollati għal kampjuni ta 'kisi ta' l-istainless steel 316 (ħajt ta '1.5 mm, iwweldjat TIG awtoġenu) biex jissimulaw kundizzjonijiet differenti ta' tkessiħ ta 'weldjatura. Il-kampjuni mbagħad ġew esposti għal 2% H₂SO₄ f'70 grad għal 500 siegħa, u l-fond tal-korrużjoni intergranulari tkejjel b'mod metallografiku.
| Kundizzjoni Termali Simulata | Ħin HAZ ekwivalenti f'500–700 grad (minuti) | EPR DOS (%) | Fond ta' Attakk Intergranulari Wara 500 siegħa fi 2% H₂SO₄ f'70 grad (µm) | Weld Integrità Wara 2000 siegħa |
|---|---|---|---|---|
| Tkessiħ rapidu (kif-iwweldjat, ħajt irqiq 1.0 mm) | 0.5 | 2 | 8 | Intatt |
| Tkessiħ standard (kif-iwweldjat, ħajt ta' 1.5 mm) | 2 | 4 | 22 | Intatta, inċiżjoni minuri tal-konfini tal-qamħ |
| Passi multipli (2 passaġġi ta 'weldjatura fuq l-istess ġonta, ħajt ta' 2.0 mm) | 6 | 8 | 65 | Xi qamħ jinżel-fil-wiċċ |
| Tkessiħ bil-mod (gass tat-tindif insuffiċjenti, ħajt ta' 1.5 mm) | 10 | 12 | 140 | Cracking intergranulari sinifikanti, 30% ħajt affettwat |
| Ħelsien mill-istress ta' wara-weldjatura (500 grad , 2 sigħat) | 120 (total) | 18 | 280 | Sever, distakkament tal-weldjatura osservat |
| Soluzzjoni ittemprat (1050 grad, it-tifi tal-ilma wara l-iwweldjar) | 0 (rikristallizzat) | <1 | 5 | Intatt |
Is-sejba kritika hija li l-istandard kif -iwweldjat 316 tubi għant bi ħxuna tal-ħajt ta '1.5 mm u iwweldjar TIG b'pass wieħed (madwar 2 minuti ħin kumulattiv fil-medda ta' 500-700 grad) jipproduċi DOS ta '4-5% - biżżejjed biex jikkawża attakk intergranulari miżurabbli ta' aċidu sulfuriku wara dilute50 sigħat. Tubi tal-ħajt itqal (2.0 mm u 'l fuq) jew weldjaturi b'ħafna-passaġġ jesperjenzaw espożizzjoni termali itwal u jsiru sensitizzati b'mod sinifikanti. Post-serħan tal-istress tal-weldjatura f'500 grad - xi kultant speċifikat biex jitnaqqsu l-istress residwu - b'mod involontarju jikkawża sensitizzazzjoni addizzjonali billi żżid aktar ħin fil-medda ta 'preċipitazzjoni tal-karbur.
Sikkina-Attakk tal-Linja Maġenb 316-il Weldjar f'Servizz ta' Aċidu Dilwit
Forma partikolarment aggressiva ta' korrużjoni intergranulari osservata f'316 għantijiet iwweldjati esposti għal H₂SO₄ dilwit hija attakk tal-linja ta' sikkina (KLA). Din il-korrużjoni lokalizzata sseħħ fi ħdan medda dejqa (50–200 µm wiesgħa) immedjatament ħdejn il-linja tal-fużjoni tal-weldjatura, fejn it-temperaturi waqt l-iwweldjar kienu għoljin biżżejjed biex idewbu l-karburi tal-kromju iżda baxxi biżżejjed biex jippermettu ri-preċipitazzjoni waqt it-tkessiħ. Ir-riżultat huwa reġjun ta 'tnaqqis estrem tal-kromju (baxx sa 8-10% Cr) li jissaddad b'mod preferenzjali, li jifforma skanalatura profonda li tippropaga b'mod parallel mal-weldjatura.
Testijiet ta' immersjoni kkontrollati ta' 316 kupuni wweldjati fi 3% H₂SO₄ f'60 grad urew:
Metall bażiku (10 mm mill-weldjatura): Rata ta 'korrużjoni ġenerali 0.03 mm/sena
Weld HAZ (1–2 mm mil-linja tal-fużjoni): Attakk intergranulari 0.12 mm/sena (rata ta’ penetrazzjoni)
Żona tal-linja-sikkina (50–200 µm mil-linja tal-fużjoni): Rata ta' approfondiment 0.45 mm/sena, fond tal-kanal 90 µm wara 200 siegħa
Għal għant ta 'ħxuna ta' 1.5 mm, kanal KLA li japprofondixxi b'0.45 mm/sena jipperfora l-ħajt f'madwar 3.3 snin. Fil-prattika, il-fallimenti jseħħu qabel minħabba li l-kanal jaġixxi bħala konċentratur tal-istress, u ċ-ċikliżmu termali jew il-vibrazzjoni jikkawża qsim mill-ponta tal-kanal.
Konċentrazzjoni Aċidu u Limiti tat-Temperatura għal Attakk Intergranulari
Is-severità tal-korrużjoni intergranulari fuq 316 għantijiet sensitizzati fl-aċidu sulfuriku tiddependi ħafna fuq il-konċentrazzjoni u t-temperatura tal-aċidu. Testijiet fuq kampjuni b'DOS ta '8% (rappreżentanti ta' weldjatura multi-pass fuq tubi tal-ħajt ta '2.0 mm) ġew esposti għal diversi konċentrazzjonijiet ta' H₂SO₄ f'temperaturi differenti għal 500 siegħa, u tkejjel il-fond tal-attakk intergranulari.
| Konċentrazzjoni H₂SO₄ (%) | Temperatura (grad) | Profond ta' Attakk Intergranulari (µm) | Morfoloġija tal-Korrużjoni |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 50 | 12 | Inċiżjoni tal-konfini tal-qamħ ħafif |
| 0.5 | 80 | 35 | Intergranulari baxx |
| 1 | 50 | 35 | Intergranulari, uniformi |
| 1 | 80 | 110 | Intergranulari fil-fond, twaqqa tal-qamħ |
| 2 | 50 | 45 | Intergranulari |
| 2 | 80 | 140 | Sever, qsim |
| 5 | 50 | 25 (naqqas) | Ġenerali + intergranulari mħallta |
| 5 | 80 | 60 | Modalità mħallta |
| 10 | 50 | 8 (aktar imnaqqsa) | Korrużjoni ġenerali uniformi |
L-aktar ambjent aggressiv għall-korrużjoni intergranulari ta '316 sensitizzat huwa H₂SO₄ dilwit (1-2%) f'70-80 grad. Konċentrazzjonijiet ogħla ta 'aċidu (' l fuq minn 5%) jaqilbu l-mekkaniżmu ta 'korrużjoni lejn attakk uniformi (ġenerali), li jagħmel inqas ħsara minħabba li ma jikkonċentrax l-istress. Temperaturi aktar baxxi (taħt il-50 grad) inaqqsu r-rati ta 'attakk b'fattur ta' 5-10. Għal applikazzjonijiet barra l-1–2% H₂SO₄, medda 70–80 grad, 316 sensitizzat jista 'jwettaq b'mod adegwat minkejja DOS li jista' jitkejjel.
Eżempji ta' Falliment tal-Qasam mill-Irfinar tal-Metall u l-Ipproċessar Kimiku
Stħarriġ ta '316 tubi ta' tisħin elettriku miksi bl-istainless steel falla fis-servizz ta 'aċidu sulfuriku dilwit identifika l-korrużjoni intergranulari relatata mal-iwweldjar- bħala l-kawża f'52 minn 74 falliment (70 %). Tliet każijiet rappreżentattivi juru x-xejra:
Każ 1 – Banju tal-pickling tal-metall (2% H₂SO₄, 75 grad, tħaddim intermittenti). Ħiter b'għatu tat-tarf iwweldjat falla wara 14-il xahar. Eżami wera KLA fil-weldjatura tal-għatu tat-tarf, b'kanal 0.8 mm fond fuq ħajt ta '1.5 mm. Il-weldjatura kienet saret b'żewġ passaġġi u l-ebda trattament tas-sħana ta' wara-weldjatura. Ħiters ta' sostituzzjoni b'pass wieħed, weldjaturi ta' tkessiħ-rapidu u tubi ittemprati b'soluzzjoni-damu 36 xahar.
Każ 2 – Ħiter tal-iscrubber tad-desulfurizzazzjoni tal-gass taċ-ċmieni (1% H₂SO₄, 65 grad, kontinwu). Il-weldjaturi tal-flanġ fallew wara 22 xahar minn qsim intergranulari. Il-flanġ kien ġie meħlus mill-istress-f'500 grad wara l-iwweldjar - prattika standard għal tankijiet taħt pressjoni li involontarjament sensittiviżżaw it-316. Ħiters ta 'sostituzzjoni fabbrikati mingħajr l-ebda ħelsien mill-istress ta' wara-weldjatura u bl-użu ta '316L (0.02% C) ma wrew l-ebda korrużjoni intergranulari wara 48 xahar.
Każ 3 – Kolji tat-tisħin tat-tankers kimiċi (3% H₂SO₄, 80 grad, operazzjoni tal-lott). Ġonot tat-tubi wweldjati fallew b'separazzjoni sħiħa fil-HAZ wara 9 xhur. It-tubi kien standard 316 (0.06% C) b'ħajt tqil-gauge ta' 2.5 mm, li kien jeħtieġ passaġġi multipli ta' weldjatura. Qlib għal 316L b'ħajt ta' 2.0 mm u welding orbitali ta'-pass wieħed, b'veloċità għolja-estensjoni tal-ħajja tas-servizz lil hinn minn 60 xahar.
Lingwa ta' Speċifikazzjoni għal Servizz ta' Aċidu Sulfuriku Dilwit
Meta takkwista 316 tubi ta 'tisħin elettriku miksi bl-istainless steel għal servizz dilwit ta' H₂SO₄ bejn 0.5% u 5% ta 'konċentrazzjoni u temperaturi 'l fuq minn 50 grad, l-inġiniera għandhom jinkludu r-rekwiżiti ta' wweldjar u materjali li ġejjin. Speċifika 316L (UNS S31603) b'kontenut massimu ta 'karbonju ta' 0.03% aktar milli 316 (0.08% C) biex titnaqqas it-tendenza ta 'sensitizzazzjoni. Jeħtieġ li l-weldjaturi kollha jsiru bl-użu ta' iwweldjar TIG awtoġenu ta'-pass wieħed fejn possibbli, bi tkessiħ rapidu (l-ebda tisħin minn qabel, fluss ta' gass tat-tindif adegwat). Weldjaturi b'ħafna-passaġġ mhumiex permessi fuq għantijiet bi ħxuna tal-ħajt taħt 2.5 mm. It-trattament tas-sħana ta' wara-weldjatura ta' kull tip – inkluż ħelsien mill-istress f'400–600 grad – huwa pprojbit sakemm ma jkunx segwit minn ittemprar ta' soluzzjoni sħiħa f'1050 grad u tkessiħ tal-ilma, li għandu jsir qabel l-assemblaġġ finali jekk l-element tat-tisħin intern ikun għadu mhux installat. Ivverifika l-kwalità tal-weldjatura billi tirrikjedi li kupun minn kull lott tal-weldjatura (jew minn tubu rappreżentattiv tal-istess dijametru u ħxuna tal-ħajt) jiġi ttestjat skont ASTM A262 Prattika E (it-test Strauss) b'fond massimu aċċettabbli ta' korrużjoni intergranulari ta' 30 µm wara 72 siegħa. Għal applikazzjonijiet kritiċi b'konċentrazzjonijiet ta 'H₂SO₄ ta' 1-2% u temperaturi ta '70-80 grad, ikkunsidra li taġġorna għal 904L (UNS N08904) jew liga 20 (UNS N08020), li għandhom kontenut ogħla ta' molibdenu u nikil u b'mod inerenti jirreżistu s-sensitizzazzjoni ta 'korrużjoni u intergranlute intergranlute aċidu. Billi tindirizza s-sensitizzazzjoni tal-weldjatura bħala parametru tad-disinn speċifiku għas-servizz tal-aċidu sulfuriku dilwit – li ma jiddependux fuq prattiċi ġenerali tal-iwweldjar tal-istainless steel--inġiniera jistgħu jestendu l-ħajja tal-heater minn xhur għal snin f'wieħed mill-aktar ambjenti aggressivi għall-istainless steel awstenitiku wweldjat.
