Kā 316 nerūsējošā tērauda apvalka cauruļu stiepes testa atlikušā pagarinājuma procentuālā daļa korelē ar formējamību un izturību pret spriedzes koroziju plaisāšanas laikā sildītāja liekšanas laikā

Elastības parametrs: izgatavojamības un kalpošanas laika kontrole

Procentuālais atlikušais pagarinājums, ko mēra standarta stiepes testā (procentuālais pagarinājums pēc lūzuma) 316 nerūsējošā tērauda caurulēm, ko izmanto, lai izgatavotu apvalkotus elektriskos sildelementus, ir galvenais rādītājs diviem šķietami nesaistītiem veiktspējas atribūtiem. Augstākas pagarinājuma vērtības (parasti 40-50 % pilnībā atkvēlinātam 316) tādā -saņemtajā stāvoklī norāda uz labu formējamību un spēju saliekties šauros rādiusos bez lūzuma vai pārmērīgas atsperes. Tomēr tās pašas mikrostrukturālās īpašības, kas veicina ātru pagarinājumu -lieliem, vienādiem austenīta graudiem ar zemu dislokācijas blīvumu{12}}, arī palielina neaizsargātību pret sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC) karstā hlorīda apstākļos. No otras puses, caurulēm ar mērenu pagarinājumu (no 25 līdz 35 procentiem no daļēja aukstā darba) ir labāka SCC pretestība, taču tā ir pakļauta plaisāšanai lieces darbību laikā. Šis raksts sniedz kvantitatīvu izpratni par saistību starp stiepes pagarinājuma procentuālo daļu, lieces formējamības ierobežojumiem un ekspluatācijas SCC pretestību, kā arī piedāvā specifikāciju sistēmu, lai līdzsvarotu ražošanas ražu ar ilgtermiņa uzticamību.

Apgrieztās attiecības starp elastību un izturību pret SCC metalurģiskais pamats

316 nerūsējošā tērauda procentuālo pagarinājumu galvenokārt kontrolē graudu izmērs un dislokācijas blīvums. Pilnībā atkausētai caurulei (šķīdums, kas atkvēlināts 1040–1100 grādos, kam seko ātra rūdīšana) ir vidējais graudu izmērs ASTM 6–8 (30–50 µm), zems dislokācijas blīvums (10–10⁹ cm⁻²) un pagarinājuma vērtības 45–55 % stiepes garumā. Šī augstā lokanība ļauj cauruli saliekt līdz saspringtiem rādiusiem (R/D attiecība līdz 1,5), neplaisājot, jo graudi var slīdēt un griezties, lai apmierinātu plastisko deformāciju. Tomēr lielie graudi un skaidras graudu robežas piedāvā nepārtrauktus ceļus SCC izplatīšanai. Karsētā hlorīda iestatījumos (60-100 grādi, 500-2000 ppm Cl⁻) plaisas veido kodolu, slīdot uz virsmas un izplatās transgranulāri pa kristalogrāfiskajām plaknēm. Lielgraudainās konstrukcijās plaisa var sasniegt 100–200 µm, pirms saskaras ar graudu barjeru, kas var to novirzīt vai aizturēt. Neliels iepriekšēja aukstā darba apjoms (samazinājums par 10-20%, kā rezultātā pagarinājuma vērtības ir 25-35%) rada ievērojamu dislokācijas blīvumu un deformācijas joslu un deformācijas izraisīta martensīta veidošanos. Šie raksturlielumi kavē lūzumu izplatīšanos, veidojot līkumotus ceļus un mainot sprieguma stāvokli plaisas galā. SCC pretestība ir uzlabota 3-5 reizes, ko nosaka laiks līdz neveiksmei viršanas magnija hlorīda testēšanā. Tomēr tas pats aukstais darbs samazina arī atlikušo formējamību liecei. Caurules ar 25 % pagarinājumu parasti var saliekt līdz R/D attiecībai tikai 2,5–3,0, pirms veidojas virsmas plaisas, salīdzinot ar 1,5–2,0 pilnībā atlaidinātam materiālam.

Liekšanas formējamības robežu kvantitatīva noteikšana atkarībā no pagarinājuma

Minimālais lieces rādiuss 316 nerūsējošā tērauda caurulēm bez pārrāvumiem ir cieši saistīts ar vienmērīgu materiāla pagarinājumu. Vienmērīgs pagarinājums ir deformācija, pie kuras sākas kakla veidošanās. Noteiktam pagarinājuma procentam (e) minimālais lieces rādiuss R min attiecībā pret caurules ārējo diametru D ir aptuveni R min/D=(50/e) - 0.5 parastajiem caurules diametriem. Šī empīriskā sakarība, kas balstīta uz lieces testa datiem 10 līdz 20 mm OD caurulēm, ir noderīgs ceļvedis, lai noteiktu cauruļu stāvokli attiecībā pret vēlamo liekto ģeometriju. Sildītājam, kuram nepieciešams 1,5 D līkums (15 mm rādiuss uz 10 mm caurules), nepieciešamais pagarinājums ir aptuveni 45-50%, tāpēc ir nepieciešama pilnībā atkausēta caurule. 2,5 D izliekumam nepieciešamais pagarinājums tiek samazināts līdz 28-33%, ļaujot izmantot viegli auksti-apstrādātas (ceturtdaļcietas) caurules. 4D vai lielākiem izliekumiem pietiek ar 20-25% pagarinājumu un var izmantot puscietas caurules. Nākamajā tabulā ir sniegta konkrēta informācija par nepieciešamo lieces attiecību, minimālo stiepes pagarinājumu, kas nepieciešams, lai veidotos bez plaisām, un no tā izrietošajām sekām SCC pretestībai ekspluatācijā.

Nepieciešamā lieces rādiusa attiecība (R/D) Minimālais nepieciešamais pagarinājums, lai izvairītos no plaisāšanas (%) Ieteicamais caurules stāvoklis (cietība/aukstā darba karstā hlorīda SCC izturība (attiecībā uz pilnībā -atkvēlināto) Maksimālais ieteicamais hlorīds (ppm) pie 90 grādi (ārkārtīgi blīvums) 0,1 temp. 48-55 Pilnībā atkausēta (80-90 HRB, 150-180 HV) Bāzes līnija (1×)<300
1,5-2,0 (standarta U veida izliekums) 40-48 Pilnībā atkausēta vai viegla atlaidināšana Bāzes līnija līdz 1,2 ×<400 2.0-2.5 33-40 Quarter-hard (88-95 HRB, 180-220 HV) 1.5-2× <800 2.5-3.0 28-33 Quarter-hard to half-hard (95-100 HRB, 220-250 HV) 2-3× <1500
3.0-4.0 22-28 Puscieta- (100-105 HRB, 250-280 HV) 3-4 ×<25004.0 (sweep bend) 18-22 Half hard to full hard (105-110 HRB, 280-320 HV) 4-5× <4000
Praktisks kompromiss sildītāju ražotājiem un izstrādātājiem

Sildītāja izgatavotājiem pilnībā atlaidinātas caurules ir labākā izvēle, lai palielinātu ražošanas ražu, jo ciešus līkumus var veikt bez lūzuma, un mazāks atsperojums nozīmē mazāku stiprinājumu. Tomēr sildītājs, kas izgatavots no pilnībā atkausētām 316 caurulēm, pat ar pareizu tilpuma ķīmisko sastāvu, var agri sabojāt hlorīdu{2}}saturošu ūdeni SCC-ne jau tāpēc, ka materiāls ir slikts, bet gan tāpēc, ka mikrostruktūra ar augstu elastību ir dabiski neaizsargātāka. Galalietotājam, kurš norāda sildītāju zināmai hlorīda videi, optimālais risinājums ir norādīt cauruli, kas ir nedaudz auksti-apstrādāta (15-20% samazinājums, pagarinājums 25-35%) pirms liekšanas, un izvēlēties lieces rādiusu, ko šis materiāls var pielāgot. Ja lietojums ir 1,5 D izliekums (piemēram, kompakta U veida caurule mazai tvertnei), pilnībā atkausētas caurules var būt vienīgā praktiskā iespēja. Lietotājam ir jāsadzīvo ar samazinātu SCC kalpošanas laiku vai jāuzlabo sakausējums uz 316L vai 316Ti ar līdzīgu elastību, bet labāku SCC pretestību, jo ir mazāks oglekļa daudzums vai stabilizējoši papildinājumi. Jaunām konstrukcijām, ja iespējams, lielāka lieces rādiusa norādīšana (R/D, kas ir lielāks vai vienāds ar 2,5), ļautu izmantot ceturtdaļcietas caurules, kurām ir ievērojami labāka SCC pretestība ar tikai nelielu formējamības kompromisu.

Validācijas metodes pietiekamai pagarinājuma un lieces kvalitātei

Buyers who specify 316 sheathed heaters have three verification techniques to assure the tubing utilised has the specified elongation for both the required bend geometry and the predicted service environment. The first is the tensile test report from the tubing supplier, showing % elongation (usually measured over 50 mm, or 2 inches) and yield strength. Elongation must be >40 % R/D < 2.0 sildītāju liekšanai. R/D robežās no 2,0 līdz 3,0 pagarinājumam jābūt lielākam par vai vienādam ar 30 %. Otrā pārbaude ir lieces tests ar norādījumiem par reālās caurules paraugu pēc liekšanas, bet pirms montāžas sildītājā. Pārbaude ir 180 grādu izliekums ap atbilstoša rādiusa serdi ar vizuālu novērošanu 10x palielinājumā. Ja ir plaisas, kas garākas par 0,5 mm, pagarinājums ir nepietiekams lieces rādiusam. Trešā pārbaude ir gatavā sildītāja cietības pārbaude lieces ārējā rādiusā. Ja cietība ir mazāka par 250 HV, caurule pirms lieces ir atbilstoši atkvēlināta; ja tas ir lielāks par 320 HV, caurule ir pārslogota līkumā no daļēji atlaidināta stāvokļa, un tas samazinās elastību, vienlaikus palielinot SCC pretestību, bet pirmā var izraisīt ātru plaisāšanu. Apkalpošanai vidēs, kur SCC rada bažas, EPR (elektroķīmiskās potenciokinētiskās reaktivācijas) tests paraugam no gatavā sildītāja taisnās daļas apstiprina, ka materiāls nav pilnībā atkausēts; EPR vērtība, kas lielāka par 1,5 C/cm2, norāda, ka ir palikuši daži auksti darbi, kas ir labvēlīgi SCC pretestībai.

Pēc-locīšanas termiskā apstrāde: īpaši apsvērumi un ietekme uz pagarinājumu

If a heater needs both tight radius bends (R/D < 2.0) and excellent SCC resistance for chloride service, then post-bend solution annealing offers a way to satisfy both criteria. The tube can be fully annealed for bending (elongation >45%), formed to the tight radius and then given a full solution anneal (1040-1100°C, water quench) which relieves bending stresses, recrystallises the grain structure and removes cold work. This treatment restores the elongation to >45%, bet SCC pretestība ir pilnībā atkausēta materiāla pretestība{1}}ne labāka. Stingrus līkumus un augstu SCC pretestību nevar panākt ar pēc-lieces daļēju sprieguma relaksāciju 400-500 grādu leņķī, jo tas nepārkristalizē graudu struktūru. Vienīgais veids, kā saglabāt auksto darbu (un līdz ar to arī SCC pretestību) pēc locīšanas, ir veikt izliekumu ar caurulēm, kas jau ir auksti apstrādātas (piemēram, ceturtdaļ{11}}cietas ar 30 % pagarinājumu). Ceturtdaļas{16}}cietās caurules elastībai ir jābūt tādai, lai, ja nepieciešams 2,0 D līkums, tā izturētu 2,0 D līkumu bez plaisāšanas. Ja R/D ir mazāks par 2,0, ceturtdaļcietas caurules parasti saplīst, tāpēc projektētājam ir jāpieņem lielāka R/D vai jāizmanto pilnībā atkausētas caurules ar mazāku SCC pretestību, vai arī jājaunina uz labāku SCC izturīgu sakausējumu (duplekss 2205), kas apvieno augstu izturību ar labu formējamību.

Secinājums: pagarinājuma kā kvalitātes parametra definīcija diviem mērķiem

Procentuālais pagarinājums no 316 nerūsējošā tērauda apvalka cauruļu stiepes pārbaudes ir ne tikai kvalitātes pieņemšanas kritērijs, bet arī tiešs minimālā lieces rādiusa, bez plaisāšanas sildītāja ražošanas laikā, un sekojošās sprieguma korozijas plaisāšanas pretestības prognozētājs karstā hlorīda ekspluatācijā. Pilnībā atlaidināta caurule (45{5}}55% pagarinājums) nodrošina vislabāko formējamību līdz stingrai rādiusa līkumiem R/D=1.5, bet vismazāko izturību pret SCC. Auksti apstrādātas caurules (25–35 % pagarinājums) nodrošina uzlabotu SCC pretestību, taču tām ir nepieciešams garāks lieces rādiuss (R/D > 2,5), lai izvairītos no plaisāšanas formēšanas laikā. Caurules pagarinājuma izvēli nosaka norādītā līkuma ģeometrija un aptuvenā hlorīda koncentrācija. Inženieriem, kas nosaka apvalkotus sildītājus hlorīdu vidēm, jāņem vērā abi. Ja lietojumam ir nepieciešami gan stingri līkumi, gan spēcīga SCC pretestība, tad ir jāpalielina lieces rādiuss, jāatjaunina sakausējums uz 316L vai duplekss, vai arī jāsamazina paredzamais kalpošanas laiks. Pircēji var norādīt 316 apvalka caurules, kas atrod līdzsvaru starp izgatavojamību un ilgtermiņa uzticamību korozīvā vidē. Šis ietvars saista stiepes pagarinājumu ar formējamības un SCC pretestības dualitāti.