Vai 316 nerūsējošā tērauda apvalka cauruļu aukstā locīšana U-formas iegremdējamiem sildītājiem pārveido saglabāto austenītu deformācijā-izraisītā martensītā un paātrina urbumu veidošanos zemas-hlorīda{4}}temperatūras ūdenī?

Standarta korozijas prasībās parasti netiek ņemts vērā metalurģiskais risks, ka veidojas U{0}}formas vai pēc pasūtījuma saliektas 316 nerūsējošā tērauda elektriskās sildīšanas caurules. Liekšanas process, īpaši, ja auksti stieptām caurulēm izmanto mazus rādiusus, izraisa plastisku deformāciju, kas pārvērš metastabilo saglabāto austenītu deformācijas izraisītā martensītā. Šī pāreja samazina liekuma laukuma efektīvo pretestības pretestības pretestības ekvivalentu skaitu (PREN) pat tad, ja pamatmateriāls tehniski atbilst 316 sastāva prasībām. Eksperimentālo datu elektroķīmiskā pārbaude atklāj, ka 316 nerūsējošā tērauda apvalku auksti saliektajās daļās kritiskās punktu temperatūras (CPT) var būt par 15-25 grādiem zemākas nekā nesaliektām sekcijām no tāda paša karstuma. Lietojumos, kur ūdenī ir zems hlorīda saturs, bet augsta temperatūra (piemēram, 80 līdz 95 grādi C, 50 līdz 100 daļas uz miljonu Cl⁻), šis samazinājums parasti pārvieto izliekto zonu no pasīvas uz aktīvo punktu stāvokli dažu mēnešu laikā pēc ekspluatācijas, izraisot priekšlaicīgu sildītāja atteici. Šajā rakstā ir novērtēta saistība starp lieces rādiusu, deformācijas izraisītu martensīta frakciju un jutīgumu pret bedrēm, kā arī sniegts atlases ietvars projektēšanas inženieriem, norādot veidotus 316 nerūsējošā tērauda iegremdējamos sildītājus vidēji skarbām ūdens vidēm.

Auksti liektā 316 nerūsējošā tērauda deformācijas{0}}inducētā martensīta metalurģiskais mehānisms
316 nerūsējošā tērauda austenīta struktūra ir termodinamiski stabila tikai pie noteiktas kraušanas defekta enerģijas. Zem martensīta sākuma temperatūras (Ms) mehāniskā deformācija ir aukstas apstrādes process, kurā piegādātā enerģija ir pietiekama, lai izraisītu bīdes pāreju no -centrēta kubiskā austenīta ($\\gamma$) uz ķermeņa-centrētu tetragonālu martensītu ($\\alpha'$). 316 nerūsējošā tērauda Ms temperatūra ir aptuveni -40 grādi. Tomēr spriedzes izraisīts martensīts tiek novērots istabas temperatūrā, lai konstatētu īstu plastmasas deformāciju, kas pārsniedz kritisko daudzumu. Liekšana rada slodzi uz apvalka ārējām šķiedrām un saspiež iekšējās šķiedras. ε=t/2R Kur R ir lieces rādiuss līdz caurules viduslīnijai, t ir sienas biezums un ε ir maksimālā plastmasas deformācija stiepes pusē. Standarta 12 mm OD caurules ar 1,2 mm sieniņu biezumu 2D izliekumam līdz centra līnijas rādiusam 24 mm ārējās šķiedras deformācija ir 0,05 (5%). Pie 15 mm rādiusa (1,25 D līkums) deformācija palielinās līdz 0,08 (8%). Mērījumi ar Fischer Feritscope liecina, ka 316 nerūsējošā tērauda stiepes deformācija 5% rada aptuveni 8-12% a' martensīta un 8% deformācija rada 15-25% martensīta.

Martensīta ražošanai ir divējāda ietekme uz izturību pret koroziju. Pirmkārt, martensīts ir mazāk šķīstošs hromā un molibdēnā nekā austenīts, un tas rada hroma noplicinātus plankumus pie fāzes robežām. Otrkārt, martensīts ir katoda fāze attiecībā pret austenītu, kā rezultātā veidojas galvaniskās mikrošūnas un blakus esošā austenīta anodiska izšķīšana. Potenciodinamiskās polarizācijas skenēšana 100 ppm hlorīda šķīdumā 80 grādos liecina, ka auksti liekta 316 nerūsējošā tērauda ar 15% martensīta punktveida potenciāls ir +150 mV pret Ag/AgCl, savukārt tam pašam materiālam pilnībā pārkristalizētā stāvoklī ir +350 mV potenciāls. 200 mV izmaiņas nozīmē, ka izliektajam apgabalam ir nepieciešama daudz mazāka anodiskā polarizācija, lai sāktu bedres.

Kvantitatīvā saistība starp lieces rādiusu un bedres kalpošanas laiku
U-formas 316 nerūsējošā tērauda sildītāji (biezums 1,5 mm, diametrs 12 mm) tika pakļauti kontrolētiem iegremdēšanas eksperimentiem sintētiskā dzesēšanas ūdenī (80 ppm Cl−, 200 ppm SO42−, pH 7,2, 85 grādi), lai parādītu, ka katras virsmas siltuma rādiusa darbības traucējumi ir f funkcija: 8 W/cm 2 . Kļūme tika definēta kā perforācija, kas radusies ārējā līkuma virsotnē.

Liekuma rādiuss 36 mm (3D, deformācija≈3,3%): vidējais punktveida defekts pēc 2100 h. Martensīta saturs saliektā virsotnē 6% Vairākas vietas iniciācija, gausa izplatīšanās.

Liekuma rādiuss 24 mm (2D, deformācija 5,0 %): vidējais bedrīšu veidošanās defekts pēc 1150 h Martensīta saturs: 11% Bedrītes ar kodoliem, galvenokārt stiepes sānu deformācijas virsotnēs.

Liekšanas rādiuss 18 mm (1,5D, deformācija 6,7 ​​%). Vidējais bedrēs bojājums 550 st. martensīta saturs 18 %; Lokalizēta korozija 2 mm gredzenā ārējā līkumā.

Liekšanas rādiuss 12 mm (1D, deformācija 10%): vidējais punktveida defekts pēc 180 h. Martensīta saturs: 27 %. Ātra perforācija ar plaisāšanu dažos gadījumos.

Lietojumprogrammās ar lielāku hlorīda koncentrāciju (300{3}}500 ppm) tehnoloģiskajā ūdenī, urbšanas kalpošanas laiks katrā līkuma rādiusā tiek samazināts vēl par 2-3. Alternatīvi, ja ūdens temperatūra ir zemāka par 50 grādiem, martensīta izraisītais punktu veidošanās paātrinājums ir nenozīmīgs, jo kritiskā punktu veidošanās temperatūra ir augstāka par darba temperatūru pat izliektām sekcijām.

Lokalizēto bedrīšu līkumos termiskā un mehāniskā ietekme.
Konstrukcija, kas fokusē spriegumu uz lieces rādiusu, padara bedru neveiksmi īpaši apgrūtinošu. Kad cauri apvalka sienai izlaužas bedre, iekšējais sildelements (parasti NiCr vai FeCrAl stieple) tiek pakļauts procesa šķidrumam. Ūdens sistēmās tas rada tūlītēju zemes bojājumu un sildītāja izslēgšanu. Tomēr izolēti karstie punkti veidojas daļēja-biezuma bedrēs pat pirms pilnīgas perforācijas, jo ir augstāka termiskā pretestība un lokalizēts strāvas blīvums atlikušajā sienas biezumā bedres pamatnē. Sildītāja infrasarkanā termogrāfija ar 30% sienas caurlaidību līkumā norāda uz virsmas temperatūras paaugstināšanos par 35–50 grādiem virs apvalka temperatūras ap līkumu. Šis karstais punkts palielina koroziju un var izraisīt iekšējās pretestības vada izdegšanu-vietējas pārkaršanas dēļ. Pat zem spiediena sistēmās daļēja dziļuma bedre var kalpot kā sprieguma pacēlājs un izraisīt noguruma plaisas, kad sildītājs tiek pakļauts termiskai ciklam.

Stiepes atlikušie spriegumi, ko izraisa liece, noteiktos apstākļos izraisa arī sprieguma korozijas plaisāšanu (SSC). Atlikušā stiepes sprieguma (parasti 100{2}}250 MPa ārējās šķiedras līkumā), martensīta un paaugstinātas temperatūras kombinācija izraisa sinerģisku atteices mehānismu hlorīdu{5}}saturošajos apstākļos 316 nerūsējošajam tēraudam. Gadījumu vēsture ir pieejama ķīmisko sērijveida reaktoriem, kur U-formas 316 sildītāji, kas saliekti līdz 1,5 D rādiusiem 200 ppm Cl-servisā 95 grādos, pēc 300 stundām sabojājās transgranulārā SCC gadījumā, savukārt identiski sildītāji, kas saliekti līdz 3D rādiusiem, darbojās gandrīz 300 stundu plaisāšanas.

Liekuma rādiusa izvēles ceļvedis pēc hlorīda līmeņa un darba temperatūras
Tālāk sniegtā lēmumu matrica palīdz inženieriem noteikt minimālo liekuma rādiusu U{0}}formas un pielāgotas-316 nerūsējošā tērauda elektriskās apkures caurulēm. Katrai hlorīda koncentrācijas un apvalka maksimālās temperatūras kombinācijai ir dota ieteicamā minimālā R/t attiecība (lieces rādiuss dalīts ar caurules ārējo diametru), lai martensīta attīstība būtu mazāka par 5%.

Maksimālā hlorīda koncentrācija (ppm) Maksimālā apvalka temperatūra ( grāds ) Ieteicamais minimālais lieces rādiuss (vairākas caurules OD) Paredzētais urbums-Brīvs kalpošanas laiks (stundas) Vai jums ir nepieciešama pēc-izliekuma termiskā apstrāde?
< 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 obligāti + jāapsver sakausējuma jauninājums (Incoloy 825) > 600 > 100 4.5 D > 500 obligāts + jāapsver sakausējuma jauninājums (Incoloy 825) > 600 > 100 5.0 D > 400 obligāts >25) 600 > 100 6.0 D > 300 obligāts + jāapsver sakausējuma jauninājums (Incoloy 825) > 600 > 100 7.0 D > 200 Obligāts + jāapsver sakausējuma jauninājums (Incoloy 825) > 600 > 100 8.0 D > 100 pieprasāmais (Incoloy 825) 600 jebkura temperatūra Nelokiet auksti, neizmantojiet taisnus sildītājus vai karsti veidotus -locījumusNav piemērots Izmantojiet 316 taisni vai pārejiet uz izturīgāku sakausējumu
Lietojumprogrammām, kurās ir nepieciešami kompakti U-līkumi, kas ir mazāki par 2,5 D mērenos hlorīda apstākļos, ražotāji var izvēlēties izmantot pēc-lieces šķīduma atlaidināšanas procedūru, karsējot līdz 1050 grādiem, kam seko ātra ūdens dzēšana, lai pārkristalizētu sasprindzināto struktūru un noņemtu martensītu. Tomēr pabeigto sildītāju komplektu atkausēšana parasti nav iespējama, jo iekšējais sildelements un gala blīves nevar izturēt šīs temperatūras. Šādos apstākļos praktiska atbilde būtu norādīt lielāku lieces rādiusu vai vairāk formējamu, bet tomēr pret koroziju izturīgu sakausējumu, piemēram, 316Ti (kuram ir pievienots titāns, lai stabilizētu karbīdus un mazāku tendenci veidot martensītu).

Papildu darbības, lai samazinātu lieces{0}}koroziju
Ja konstrukcijas ierobežojumi prasa šauru lieces rādiusu uz 316 nerūsējošā tērauda apvalka, trīs tehniskās metodes var daļēji atjaunot izturību pret koroziju. Ārējās šķiedras deformācija ir proporcionāla t/R . Tādējādi, jo biezāka ir caurules siena pirms lieces, jo mazāka ir ārējās šķiedras deformācija noteiktam lieces rādiusam. 1,8 mm sienas caurulei, kas saliekta līdz 1,5 D rādiusam, ir mazāka deformācija nekā 1,2 mm sienas caurulei, kas saliekta tādā pašā rādiusā. Tā rezultātā martensīta ražošana samazinās par aptuveni 30%. Otrkārt, zema oglekļa satura 316L (maksimums 0,03% C) norādīšana pretstatā 316 (0,08% C) palielinās izturību pret sensibilizāciju lieces un jebkuras turpmākas metināšanas laikā, bet tieši nenovērsīs martensīta veidošanos. Treškārt, pēc-liekuma elektropulēšanas operācija novērš plānu virsmas slāni (20–50 µm) ar maksimālo martensīta blīvumu un deformācijas{18}}izraisītajiem defektiem. Elektroķīmiskā pārbaude liecina, ka 1,5 D līkuma elektropulēšana palielina punktveida potenciālu līdz 50 mV robežās no nesaliektā stāvokļa un palielina kalpošanas laiku trīs reizes salīdzinājumā ar nepulētajiem līkumiem.

Bend Radii lieljaudas 316 nerūsējošā tērauda iegremdējamiem sildītājiem
Projektētājiem, kas pieprasa piedāvājumus par U-formas vai pēc pasūtījuma liektām 316 nerūsējošā tērauda elektriskās sildīšanas caurulēm, jānorāda minimālais lieces rādiuss caurules ārējā diametra daudzkārtnēs, paredzamā hlorīda koncentrācija un procesa šķidruma maksimālā darba temperatūra. Neticiet, ka ražotāja standarta līkuma rādiuss ir piemērots jūsu ūdens ķīmijai (parasti 2D vai 1,5D). Jaunām iekārtām ar ūdens cietības un hlorīda līmeņiem, kas ir raksturīgi komunālajiem piegādēm (50-150 ppm Cl-, 60-80 grādu darba temperatūra), nodrošiniet minimālo 3D līkuma rādiusu, lai nodrošinātu martensīta koncentrāciju zem 5% un paredzamo bezpunktu{17}10 stundu, 0 vairāk nekā 0 stundu. Ja vietas ierobežojumi nosaka līkumus, kas ir stingrāki par 2,5 D, lūdziet piegādātājam veikt deformācijas-izraisītas martensīta mērījumus (feritoskops vai rentgenstaru difrakcija) parauga līkumiem un apsveriet elektropulēšanu vai pēclieces spriedzes atbrīvošanas procedūru. Uzskatot lieces rādiusu kā konstrukcijas mainīgo, kas ir vienāds ar sienas biezumu un virsmas pulēšanu, procesa inženieri var novērst priekšlaicīgas kļūmes, kas neizriet no taisnām sekcijām, bet gan no katra līkuma jutīgās ārējās šķiedras.