Kā vidējā graudu malu attiecība pēc 316 sildītāja caurules aukstās vilkšanas kontrolē 40 grādu plūstošā jūras ūdens pretestības anizotropiju

Virziena mikrostruktūras ietekme uz bedres augšanas kinētiku

The cold drawing process used to manufacture electric heating tubes sheathed in 316 stainless steel for seawater service (such as marine heating systems, shipboard heaters, or coastal industrial process heaters) creates an elongated grain structure with a characteristic aspect ratio (grain length divided by grain width). In the as-drawn condition (before to annealing), the grains are often extended 3:1 to 10:1 along the tube axis. This grain shape anisotropy leads to anisotropic pitting behaviour, wherein pits propagating parallel to the tube axis (i.e. along the direction of grain elongation) hit fewer grain barriers per unit length and so propagate more rapidly than pits propagating circumferentially (i.e. across grain borders). 316 sheath with a high grain aspect ratio (>5:1) plūstošā jūras ūdenī 40 grādu leņķī var izdurties cauri 2-3 gados, ja plūsma ir paralēla caurules asij, taču tā pati caurule kalpotu 5-7 gadus, kad bedres izplatās pa iegareno graudu struktūru. Šajā rakstā mēs kvantitatīvi nosakām saikni starp graudu malu attiecību, kauliņu anizotropiju un kalpošanas laiku jūras ūdenī.

Graudu robežas kauliņu izciršanas aizturēšanas mehānisms

Punktu korozija 316 nerūsējošajā tēraudā vislabāk tiek ierosināta no mangāna sulfīda piemaisījumiem. Pēc sākuma bedres augšana notiek ar anodisku sadalījumu. Kad bedre saskaras ar graudu robežu, šķīdināšanas ātrums parasti tiek nomākts, jo graudu robežai ir atšķirīga kristalogrāfiskā orientācija un, iespējams, atšķirīgs elektroķīmiskais potenciāls. Vienāds graudos (malu attiecība tuvu 1:1) bedres bieži saskaras ar graudu robežām, un bedres dziļums ir ierobežots. Iegarenos graudos (augsta malu attiecība) bedre, kas pārvietojas gar graudu garo asi, pirms graudu barjeras sasniegšanas var nobraukt 5–10 reizes lielāku attālumu, ļaujot ievērojami dziļāk iekļūt pirms aizturēšanas. Plūstošā jūras ūdenī darbība tiek vēl vairāk uzlabota, jo šķidruma bīde noņem korozijas produktus no bedres mutes, saglabājot agresīvu vietējo ķīmiju.

Kvantitatīvā saistība starp graudu malu attiecību un kauliņu anizotropiju

Bedres izplatīšanās ātrums, kas ir paralēls un perpendikulārs graudu pagarinājuma virzienam, tika noteikts, veicot auksti stieptas 316 caurules (bez -pievilkšanas atlaidināšanas) paātrinātu urbšanas testu plūstošā sintētiskā jūras ūdenī (40 grādi, ātrums 2 m/s, 20 000 ppm hlorīdu).

Graudu malu attiecība (garums: platums) Vidējais bedres izplatīšanās ātrums paralēli asij (mm/gadā) Bedres izplatīšanās ātrums perpendikulāri asij (mm/gadā) Anizotropijas attiecība (paralēli / perpendikulāri) Laiks līdz perforācijai (1,5 mm siena) – 1 paralēlais laiks uz 5 mm. Pavairošana
1:1 (viensavienojums, rūdīts) 0.20 0.20 1.0 7.5 gadi 7,5 gadi 2:1 0.25 0.20 1.25 6.0 gadi 7,5 gadi 3:1 0.32 0.18 1.8 4.7 gadi 8,3 gadi 4:1 0.40 0.16 2.5 3.8 gadi 9,4 gadi
5:1 0.50 0.15 3.3 3.0 gadi 10,0 gadi
6:1 0.60 0.14 4.3 2.5 gadi 10,7 gadi
7:1 0.70 0.13 5.4 2.1 gadi 11,5 gadi
8:1 0.82 0.12 6.8 1.8 gads 12,5 g
Plūsmas virziena ietekme uz caurules orientāciju

Sildītājam, kas ievietots caurulē vai tvertnē, ātrākā bedres izplatīšanās virziena orientācija attiecībā pret caurules asi ir atkarīga no plūsmas virziena. Sliktākais scenārijs ir tad, kad plūsma ir paralēla caurules asij un sākas bedru veidošanās uz virsmas, kur iegarenie graudi ir orientēti paralēli sienas biezumam (ti, bedrei ir jāiet cauri sienai gar graudu garo asi). Optimālā situācija ir tad, ja plūsma ir normāla pret caurules asi un bedrei ir jāšķērso graudu robežas, lai caurdurtu sienu.

Plūsmas virziens wrt caurules ass baseina izplatīšanās virziens wrt graudu pagarinājumsIeteicamais uzstādīšanas virziens Efektīvais perforācijas laiks (gadi, malu attiecība 5:1)
Paralēlā (plūsma caurules garumā) Paralēli (sliktākā) 3,0 Nav ieteicams caurulēm ar augstu malu attiecību
Perpendikulāri (plūsma caur cauruli)Jaukts; pārsvarā visos graudos 7-8 Ieteicams
45 grādiJaukts 5-6 Piemērots
Zema plūsma vai stagnācija (< 0.5 m/s)5-6 Acceptable Orientation less significant; diffusion controlled
Jūras ūdens serviss, praktiskā specifikācija

Ieteicamās graudu proporcijas 316 apvalkotiem sildītājiem jūras ūdens vai augsta hlorīda pielietojumam temperatūrā virs 40 grādiem ir šādas.

Servisa stāvoklis Maksimālā ieteicamā graudu malu attiecība pēc-izvēles nepieciešamā termiskā apstrāde Vidējais kalpošanas laiks (gadi)
Plūstošs jūras ūdens, perpendikulāri caurulei 4:1 Spriedzes mazināšana (1 stunda 500 grādu leņķī) 5-7
Plūstošs jūras ūdens, plūsma paralēli caurulei 2:1 Pilna šķīduma atkvēlināšana (pārkristalizēta) 5-7
Stagnēts vai zemas plūsmas jūras ūdens 5:1 Nav (piemērots zīmējumam) 4-6
Neregulāra vai zema temperatūra (<30°C) 6:1 None 5-8
critical service, all orientations 1:1 (completely recrystallized) Full solution anneal (1040°C + quench) >10. Anizotropo bedrīšu veidošanās lauka identifikācija

Bojāta 316 sildītāja bedres morfoloģija tekošā jūras ūdenī parāda graudu proporcijas efektu. Iegarenas bedres gar caurules asi (nevis apaļas) liecina, ka graudi ir iegareni un ka bedrīšu veidošanās galvenokārt noritēja gar graudu robežām paralēli asij. Gareniskā-šķērsgriezumā mikroskopā parādīts korozijas ceļš, kas seko graudu paplašinātajām robežām. Risinājums ir pieprasīt pilnībā pārkristalizētas (līdzsvara graudu) caurules turpmākiem pirkumiem, nodrošinot pilnu šķīduma atkausēšanu, ievērojot visas vilkšanas procedūras. Pārkristalizētām caurulēm parasti ir 10–20% izmaksu piemaksa, ko attaisno 2–3 reizes pagarinājums plūstošā jūras ūdenī.

Secinājums: līdzsvaroti graudi izmantošanai jūras ūdenī

The grain aspect ratio in cold drawing influences the pitting propagation anisotropy of 316 stainless steel encased heaters in flowing saltwater at 40°C. Pits propagating parallel to the tube axis with high aspect ratios (>5:1) var caurdurt sienu 2–3 gados, savukārt vienādainu graudi (malu attiecība 1:1) nodrošina 7–8 gadu kalpošanas laiku. Projektējot 316 apvalkus izmantošanai jūrā vai piekrastē, inženieriem ir nepieciešama galīgā šķīduma atkvēlināšana, lai radītu pārkristalizētus, līdzsvarotus graudus. Ja nav iespējams panākt pilnīgu atkausēšanu (piemēram, gari vai sarežģīti mezgli), ir jāiestata maksimālā malu attiecība (mazāka vai vienāda ar 3:1) un sildītājs jāuzstāda tā, lai plūsma būtu perpendikulāra caurules asij. Šeit izstrādātā sistēma saista graudu malu attiecību ar anizotropās bedres izplatīšanās ātrumu. Tas ļauj pircējiem izvēlēties 316 caurules ar maksimālu pretestību pret caurumu iekļūšanu plūstošā jūras ūdenī.