Il-liwi kiesaħ ta' 316 Tubi ta' Sheath ta' l-Azzar Stainless għal U-Heaters ta' Immersjoni Forma ta' U Jitrasformaw Austenite miżmuma f'Strain-Martensite Indott u Aċċellera Pitting f'Ilma b'Temperatura Baxxa-Klorur Għoli-?

Ir-riskju metallurġiku li jiffurmaw U-forma ta 'tubi tat-tisħin elettriku tal-istainless steel 316 mgħawweġ apposta huwa komunement injorat fir-rekwiżiti standard tal-korrużjoni. Il-proċess tal-liwi, speċjalment meta jintużaw raġġi żgħar fuq tubi miġbuda fil-kesħa, jirriżulta f'deformazzjoni tal-plastik, li tittrasforma l-austenite miżmuma metastabbli f'martensite indott ta 'strain-. Din it-tranżizzjoni tnaqqas in-numru ekwivalenti tar-reżistenza effettiva tal-pitting (PREN) taż-żona milwija, anke meta l-materjal bażi teknikament jissodisfa 316 rekwiżiti ta 'kompożizzjoni. L-ittestjar elettrokimiku tad-dejta sperimentali jiżvela li t-temperaturi kritiċi ta' pitting (CPT) f'porzjonijiet mgħawġa kesħin ta' 316 għantijiet tal-istainless steel jistgħu jkunu 15-25 grad aktar baxxi minn sezzjonijiet mhux milwija mill-istess sħana. F'applikazzjonijiet fejn l-ilma huwa baxx fil-klorur iżda għoli fit-temperatura (eż., 80 sa 95 grad C, 50 sa 100 parti għal kull miljun Cl⁻), dan it-tnaqqis komunement iċċaqlaq iż-żona milwi minn stat ta 'pitting passiv għal attiv fi żmien xhur ta' servizz, li jikkawża falliment prematur tal-heater. Dan l-artikolu jevalwa l-assoċjazzjoni bejn ir-raġġ tal-liwi, il-frazzjoni tal-martensite indotta mir-razza u s-suxxettibilità tal-pitting u jipprovdi qafas ta 'għażla għall-inġiniera tad-disinn li jispeċifikaw heaters ta' immersjoni tal-istainless steel 316 iffurmati għal ambjenti akkwatiċi moderatament ħarxa.

Mekkaniżmu Metallurġiku ta' Strain-Martensite Indott f'Azzar Stainless 316 Cold Bent
L-istruttura awstenitika ta 'l-istainless steel 316 hija termodinamikament stabbli biss f'enerġija ta' ħsara ta 'stivar partikolari. Taħt it-temperatura tal-bidu tal-martensite (Ms), id-deformazzjoni mekkanika hija proċess tax-xogħol kiesaħ li fih l-enerġija fornuta hija biżżejjed biex tinduċi transizzjoni ta 'shear mill-wiċċ -austenite kubiku ċċentrata ($\\gamma$) għal martensite tetragonali ċċentrata korp-($\\alpha'$). It-temperatura Ms ta ' l-istainless steel 316 hija madwar -40 grad. Madankollu, martensite indott mir-razza jidher f'temperatura tal-kamra għal strain tal-plastik ġenwin fuq ammont kritiku. Il-liwi jpoġġi stress fuq il-fibri ta 'barra tal-għant u l-kompressjoni fuq il-fibri ta' ġewwa. ε=t/2R Fejn R huwa r-raġġ tal-liwja mal-linja ċentrali tat-tubu, t hija l-ħxuna tal-ħajt, u ε hija r-razza massima tal-plastik fuq in-naħa tat-tensjoni. Għal liwja 2D ta 'tubu standard ta' 12 mm OD bi ħxuna tal-ħajt ta '1.2 mm għal raġġ tal-linja ċentrali ta' 24 mm ir-razza tal-fibra ta 'barra hija 0.05 (5%). F'raġġ ta '15mm (liwja 1.25D), ir-razza tiżdied għal 0.08 (8%). Kejl b'Fischer Feritscope jindika li fl-istainless steel 316 strain tensili ta '5% jirriżulta f'madwar 8-12% a' martensite u 8% strain jirriżulta f'15-25% martensite.

Il-produzzjoni tal-martensite għandha effett doppju fuq ir-reżistenza għall-korrużjoni. L-ewwelnett, il-martensite huwa inqas solubbli fil-kromju u l-molibdenu mill-awstenite u jirriżulta f'irqajja' eżawriti tal-kromju fil-fruntieri tal-fażi. It-tieni, il-martensite hija fażi katodika fir-rigward tal-austenite, li tirriżulta fil-formazzjoni ta 'mikroċelluli galvaniċi u x-xoljiment anodiku tal-austenite ġirien. Skans ta' polarizzazzjoni potenzjodinamika f'soluzzjoni ta' 100 ppm ta' klorur fi 80 grad jindikaw li l-istainless steel 316 bent kiesaħ b'15% martensite għandu potenzjal ta' pitting ta' +150 mV vs Ag/AgCl, filwaqt li l-istess materjal fil-kondizzjoni kompletament rikristallizzata għandu potenzjal ta' pitting ta' +350 mV. Il-bidla ta '200 mV tfisser li r-reġjun mgħawweġ jeħtieġ ħafna inqas polarizzazzjoni anodika biex tibda ħofor.

Relazzjoni kwantitattiva bejn ir-raġġ tal-liwi u l-ħajja tal-pitting
Ħiters ta' l-istainless steel 316 f'forma ta' U (ħxuna 1.5 mm, dijametru 12 mm) kienu soġġetti għal esperimenti ta' immersjoni kkontrollati f'ilma li jkessaħ sintetiku (80 ppm Cl−, 200 ppm SO42−, pH 7.2, 85 grad) biex juru l-mudelli ta 'falliment f'temperatura ta' tisħin tal-wiċċ bħala funzjoni ta 'fluss ta' sħana ben 8. W/ċm 2 . Il-falliment kien definit bħala perforazzjoni minħabba pitting fil-quċċata tal-liwja ta' barra.

Raġġ tal-liwja 36mm (3D, strain≈3.3%): Nuqqas medju ta 'pitting wara 2100 h. Kontenut ta 'martensite f'apex mgħawweġ 6% Inizjazzjoni ta' sit multipli, propagazzjoni kajmana.

Raġġ tal-liwja 24 mm (2D, strain 5.0%): Ħsara medja tal-pitting wara 1150 h Kontenut ta 'Martensite: 11% Fosos nukleati preferenzjali f'qċaċet tat-tensjoni tal-ġenb tat-tensjoni.

Raġġ tal-liwi 18 mm (1.5D, strain 6.7 %). Ħsara medja tal-pitting 550 siegħa. kontenut ta' martensite 18 %; Korrużjoni lokalizzata f'ċirku ta '2 mm fuq il-liwja ta' barra.

Raġġ tal-liwi 12 mm (1D, strain 10%): falliment medju tal-pitting wara 180 siegħa. Kontenut martensitiku: 27 %. Perforazzjoni mgħaġġla bi qsim f'xi każijiet.

F'applikazzjonijiet b'konċentrazzjonijiet akbar ta' klorur (300-500 ppm) fl-ilma tal-proċess il-ħajja tal-pitting f'kull raġġ tal-liwja huma mnaqqsa b'fattur ieħor ta' 2-3. Alternattivament, għat-temperatura tal-ilma taħt il-50 grad, l-aċċelerazzjoni tal-pitting indotta mill-martensite hija insinifikanti peress li t-temperatura kritika tal-pitting hija ogħla mit-temperatura tax-xogħol anke għal sezzjonijiet milwija.

Effetti termali u mekkaniċi ta ' pitting lokalizzat fil - liwjiet .
Id-disinn li jiffoka l-istress fir-raġġ tal-liwja jagħmel il-falliment tal-pitting speċjalment idejqek. Meta fossa tkisser mill-ħajt tal-għant, l-element ta 'tisħin intern (ġeneralment wajer NiCr jew FeCrAl) huwa espost għall-fluwidu tal-proċess. F'sistemi bbażati fuq l-ilma dan jiġġenera ħsara fl-art immedjata u għeluq tal-heater. Madankollu, hot spots iżolati jiżviluppaw f'ħofor tal--ħxuna parzjali anki qabel it-tqattigħ sħiħ minħabba r-reżistenza termali ogħla u d-densità tal-kurrent lokalizzata fil-ħxuna tal-ħajt li jifdal fil-bażi tal-ħofra. Termografija infra-aħmar ta 'heater bi penetrazzjoni tal-ħajt ta' 30% fil-liwja tindika żieda fit-temperatura tal-wiċċ ta '35-50 grad fuq it-temperatura tal-għant madwar il-liwja. Dan il-punt sħun iżid il-korrużjoni u jista 'jikkawża l-ħruq-mill-wajer tar-reżistenza interna minħabba sħana żejda lokalizzata. Anke f'sistemi taħt pressjoni, ħofra ta 'fond parzjali tista' sservi bħala tensjoni u tibda xquq tal-għeja meta l-heater ikun soġġett għal ċikliżmu termali.

L-istress residwu tat-tensjoni indotti mill-liwi jikkawża wkoll qsim tal-korrużjoni tal-istress (SSC) f'ċerti kundizzjonijiet. Il-kombinazzjoni ta 'stress tensili residwu (tipikament 100-250 MPa fil-fibra ta' barra tal-liwja), martensite u temperatura miżjuda tikkawża mekkaniżmu ta 'falliment sinerġistiku f'kundizzjonijiet li fihom il-klorur- għall-istainless steel 316. L-istorja tal-każi huma disponibbli għal reatturi kimiċi tal-lott, fejn 316 heater b'forma ta' U-, mgħawweġ għal raġġi 1.5D f'200 ppm Cl-servizz f'95 grad, fallew taħt SCC transgranulari wara 300 siegħa, filwaqt li ħiters identiċi mgħawweġ għal raġġi 3D ħadmu għal kważi 3000 sigħat mingħajr qsim.

Gwida tal-Għażla tar-Raġġ tal-Liwja skont il-Livell tal-Klorur u t-Temperatura Operattiva
Il-matriċi tad-deċiżjoni li ġejja tassisti lill-inġiniera biex jiddefinixxu raġġi minimi tal-liwja għal tubi tat-tisħin elettriku ta' l-istainless steel 316 f'forma ta' U-u ffurmati apposta-. Għal kull kombinazzjoni ta’ konċentrazzjoni ta’ klorur u temperatura massima tal-għant, jingħata proporzjon R/t minimu rakkomandat (raġġ tal-liwja diviż bid-dijametru ta’ barra tat-tubu) biex jirrestrinġi l-iżvilupp tal-martensite għal inqas minn 5%.

Konċentrazzjoni Massima tal-Klorur (ppm) Temperatura Massima tal-Għat (grad ) Raġġ Minimu Rakkomandat tal-Liwja (multipli ta' tubu OD) Pitting Mbassar-Ħajja Ħielsa (sigħat) Għandek Bżonn Trattament tas-Sħana Post-Bend?
< 50 < 60 2.0 D > 5000 No 50 – 100 < 60 2.0 D > 4000 No 50 – 100 60 – 90 2.5 D > 3000 No 50 – 100 90 – 110 3.0 D > 2000 Recommended (solution anneal if possible)
600 > 90 4.0 D > 600 Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825) > 600 > 100 4.5 D > 500 Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825) > 600 > 100 5.0 D > 400 Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825) 90 4.0 > > D > 300 Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825) > 600 > 100 7.0 D > 200 Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825) > 600 > 100 8.0 D > 100 Meħtieġa + ikkunsidra l-aġġornament tal-liga (Incoloy 825), tutilizza l-ebda temperatura dritta jew 6000 bend. liwjiet iffurmati sħan-Mhux adattat Uża 316 dritta jew ċċaqlaq għal liga aktar reżistenti
Għal applikazzjonijiet li jeħtieġu liwjiet U-kompatti iżgħar minn 2.5D f'kundizzjonijiet moderati tal-klorur, il-manifatturi jistgħu jagħżlu li jużaw proċedura ta 'ttemprar ta' soluzzjoni ta 'wara-liwja, li jsaħħnu sa 1050 grad segwit minn tkessiħ ta' malajr tal-ilma, biex jirrikristallizzaw l-istruttura tensjoni u jneħħu l-martensite. Madankollu, is-soluzzjoni-ittemprar ta' assemblaġġi ta' heater kompluti tipikament mhux possibbli peress li l-element ta' tisħin ta' ġewwa u s-siġilli tat-terminazzjoni ma jistgħux jittolleraw dawn it-temperaturi. F'dawn iċ-ċirkostanzi, tweġiba prattika tkun li tispeċifika raġġ ta 'liwja akbar jew liga aktar formabbli, iżda xorta reżistenti għall-korrużjoni-bħat-316Ti (li għandha titanju miżjud għall-istabbilizzazzjoni tal-karburi u inqas tendenza li tifforma martensite).

Passi Addizzjonali biex Tnaqqas il-Liwi-Korrużjoni Relatata
Meta l-limitazzjonijiet tad-disinn jeħtieġu raġġ dejjaq tal-liwja fuq għant ta 'l-istainless steel 316, tliet metodi tekniċi jistgħu jirrestawraw parzjalment ir-reżistenza għall-korrużjoni. Ir-razza fil-fibra ta 'barra hija proporzjonali għal t/R . Għalhekk, iktar ma jkun ħoxnin il-ħajt tat-tubu qabel il-liwja, inqas tkun ir-razza fil-fibra ta 'barra għal raġġ ta' liwja partikolari. Tubu tal-ħajt ta '1.8 mm mgħawweġ għal raġġ ta' 1.5D għandu strain aktar baxx minn tubu tal-ħajt ta '1.2 mm mgħawweġ għall-istess raġġ. Dan jirriżulta fi tnaqqis fil-produzzjoni tal-martensite ta’ madwar 30%. It-tieni nett, l-ispeċifikazzjoni ta 'karbonju baxx 316L (massimu 0.03% C) għall-kuntrarju 316 (0.08% C) se żżid ir-reżistenza għas-sensitizzazzjoni waqt liwi u kwalunkwe iwweldjar sussegwenti, iżda mhux se tipprevjeni direttament il-formazzjoni ta' martensite. It-tielet, l-operazzjoni ta' electropolishing post-liwja telimina saff tal-wiċċ irqiq (20–50 µm) bid-densità massima ta' martensite u difetti indotti mid-deformazzjoni-. L-ittestjar elettrokimiku jindika li l-electropolishing a liwja 1.5D iġib il-potenzjal ta 'pitting sa 50 mV tal-istat mhux milwi, u jżid il-ħajja tas-servizz b'fattur ta' tlieta fuq il-liwjiet mhux illustrati.

Raġġi tal-liwja għal Heaters tal-Immersjoni Heavy Duty 316 Stainless Steel
L-inġiniera tad-disinn li jitolbu kwotazzjonijiet fuq tubi tat-tisħin elettriku tal-istainless steel 316 b'forma ta' U-mgħawġa apposta għandhom jispeċifikaw ir-raġġ tal-liwja minimu f'multipli ta 'dijametru ta' barra tat-tubu, il-konċentrazzjoni mistennija tal-klorur u t-temperatura operattiva massima tal-fluwidu tal-proċess. Ma nemminx li r-raġġ tal-liwja standard tal-manifattur huwa OK għall-kimika tal-ilma tiegħek (ġeneralment 2D jew 1.5D). 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) ipprovdi raġġ minimu ta' liwja 3D biex tiżgura konċentrazzjoni ta' martensite taħt il-5% u ħajja prevista ta' pitting-ħielsa, ta' aktar minn 1000 sigħat. Jekk ir-restrizzjonijiet tal-ispazju jiddettaw liwjiet aktar stretti minn 2.5D, staqsi lill-fornitur għal kejl tal-martensite kkaġunat mill-istrain-(ferritescope jew diffrazzjoni tar-raġġi X) fuq il-liwjiet tal-kampjun, u ikkunsidra l-elettropolixxjar jew proċedura ta 'rilaxx tal-istress wara l-liwja. Billi jittrattaw ir-raġġ tal-liwja bħala varjabbli tad-disinn fuq bażi ugwali mal-ħxuna tal-ħajt u l-lustrar tal-wiċċ, l-inġiniera tal-proċess jistgħu jipprevjenu fallimenti prematuri li ma joħorġux mis-sezzjonijiet dritti, iżda mill-fibra ta 'barra suxxettibbli ta' kull liwja.