Kā atlikušā sprieguma profils no 316 nerūsējošā tērauda sildītāju apvalku caurules iztaisnošanas maina hlorīda sprieguma korozijas plaisāšanas slieksni

Neparedzēts avots: stiepes virsmas spriegums no iztaisnošanas procesa.

Iztaisnošana ar rullīti bieži ir pēdējais posms 316 nerūsējošā tērauda elektriskās apkures cauruļu ražošanas procesā, pirms tās tiek sagrieztas vajadzīgajā garumā un saliektas. Šī procedūra noņem izliekumu no kā-novilktās (vai kā-atlaidinātās) caurules, izlaižot to cauri nobīdes veltņiem, un caurules virsmā tiek izveidots sarežģīts atlikušā sprieguma profils. Stiepes atlikušie spriegumi 50-200 MPa tiek ieviesti apvalka ārējās 50-150 µm no katra iztaisnošanas veltņa saskares punkta spriegojuma pusē. Šie atlikušie stiepes spriegumi palielina pielietoto loka spriegumu termiskās izplešanās un iekšējā spiediena rezultātā hlorīdu saturošā vidē paaugstinātā temperatūrā (virs 60 grādiem), lai izraisītu sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC) pie spriegumiem, kas būtu droši nospriegotam materiālam. Šajā rakstā ir novērtēta korelācija starp iztaisnošanas radīto atlikušo spriegumu, hlorīda līmeni un SCC ierosināšanas laiku, kā arī sniegtas specifikācijas robežas sprieguma mazināšanai pēc iztaisnošanas korozīvā darbā.

Virsmas spriegumu iztaisnošanas mehānisms

Nerūsējošā tērauda caurules tiek iztaisnotas ar veltni, laižot starp virkni nobīdītu veltņu, kas plastiski deformē cauruli dažādos virzienos. Stiepes deformācijas caurules ārējās šķiedrās parasti svārstās no 0,5 % līdz 2,0 % atkarībā no sākuma izliekuma un iztaisnošanas veltņa nobīdes. Uzliktā stiepes plastmasas deformācija 0,5 % atkvēlinātā nerūsējošā tērauda 316, kura tecēšanas robeža ir aptuveni 205 MPa, atbilst atlikušajam spriegumam 150–200 MPa (75–100 % no tecēšanas robežas). Atlikušo spriegumu sadalījums ir diezgan lokalizēts: lielākie spriegumi ir redzami plānā virsmas slānī (20-100 µm dziļumā), jo iztaisnošanas deformācija pārsvarā ir elastīga pie caurules serdes un plastiska tikai virspusē. Plaisas veido kodolu virsmā un pāraug lielapjoma atlikušā sprieguma laukā. Šis plāns ļoti nospriegotais slānis ir lieliski piemērots SCC ierosināšanai. Parasti atlikušo spriegumu virziens ir aksiāls (gar caurules garumu) uz caurules virsmām, kas saskaras ar rullīšiem, un apļveida spriegumi atrodas veltņa kontakta malās. Aksiālie atlikušie spriegumi ir īpaši problemātiski sildītāja apvalkam, jo ​​tie ir vienā virzienā ar stīpas spriegumu, ko izraisa iekšējais spiediens, un abi spriegumi kopā veido neto stiepes spriegumu, kas paātrina lūzumu attīstību.

SCC sliekšņa kvantitatīvs samazinājums iztaisnošanas spriegumu dēļ

Sistemātiski 316 cauruļu testi verdošā magnija hlorīda (154 grādu, standartizēts SCC tests) rāda, ka iztaisnotas caurules bez pēc-iztaisnošanas spriedzes samazināšanas neizdodas 20-50 stundu laikā, ja tiek izmantots 200 MPa spriegums. Tā pati caurule slodzes atvieglotā stāvoklī (atlikušais spriegums zem 30 MPa) izdzīvo vairāk nekā 500 stundas. Ekspluatācijas apstākļos, kas piemērojami iegremdējamiem sildītājiem - 90 grādu ūdens ar 1000 ppm hlorīda – rezultāts ir tikpat nozīmīgs. 316 apvalki ar spriedzi mazinātu 1000 ppm hlorīda izturību 5–8 gadus bez SCC. Iztaisnoti apvalki ar atlikušo virsmas deformāciju vairāk nekā 150 MPa radīs SCC lūzumus 12–24 mēnešu laikā tādā pašā hlorīda līmenī. Apvalki, kas ir pakļauti stresa mazināšanai, ilgs mūžīgi ar hlorīda saturu 500 ppm. Iztaisnoti apvalki saplīst 3-5 gadu laikā. Izšķirošā sliekšņa kombinācija SCC ierosināšanai bez iztaisnošanas spēku pielietošanas ir 60 grādi un 300 ppm hlorīds. Virs 80 grādiem jebkuras hlorīda koncentrācijas, kas pārsniedz 200 ppm, kombinācija ar iztaisnošanas atlikušajiem spriegumiem, kas pārsniedz 100 MPa, galu galā novedīs pie SCC. Tālāk esošajā tabulā parādīts laiks līdz SCC ierosināšanai kā atlikušā virsmas spraiguma, hlorīda koncentrācijas un temperatūras funkcija.

Virsmas atlikušais spriegums no iztaisnošanas (MPa) Hlorīda koncentrācija (ppm) Apvalka temperatūra ( grāds ) Laiks līdz SCC plaisas sākumam (darba stundas) Laiks līdz perforācijai (1,5 mm siena) Ieteicamā darbība<30 (stress relieved) 1000 90 >70,000 (>8 years) >80 000 pieņemams<30 (stress relieved) 2000 80 >50,000 >60 000Pieņemams ar uzraudzību 50-100 (viegla iztaisnošana) 500 90 20, 000-30 000 (2,5-3,5 gadi) 25 000-40 000 Margināls; ieteicama stresa mazināšana
50-100 (viegla iztaisnošana) 1000 80 15,000-20 000 (1,7-2,3 gadi) 18 000-25 000 Nerekomendē nepārtrauktai lietošanai 100-150 (mērena iztaisnošana) 300 90 10,000-15,000, (1,0-1,0) (1,0-1,0 gadi) Nepieņemami virs 80 grādiem 100–150 (mērena iztaisnošana) 500 80 8, 000–12 000 (0,9–1,4 gadi) 10 000–15 000 Nav pieņemams
150-200 (smaga iztaisnošana) 200 90 3,000-6000 (4-8 mēneši) 4000-8000 Nepieņemami jebkuram hlorīdam
150-200 (smaga iztaisnošana) 500 70 5 000-10 000 (7-14 mēneši) 6 000-12 000 Aizstāt ar cauruli, kas mazina stresu
Iztaisnošanas atlikušā stresa noteikšana un mazināšana

Pircējiem, kas norāda 316 apvalkotus sildītājus hlorīda lietošanai, ir trīs veidi, kā pārbaudīt iztaisnošanas radīto atlikušo spriegumu. Pirmā ir ASTM G38 standarta prakse U-liektu paraugu ražošanai. Daļa no -saņemtās caurules tiek saliekta par 180o virs serdeņa un iegremdēta verdošā magnija hlorīdā. Ja plaisāšana notika 100 stundu laikā, atlikušais spriegums no iztaisnošanas bija pietiekams, lai izraisītu SCC bez pieliktā sprieguma. Otrs paņēmiens ir rentgenstaru difrakcijas (XRD) noteikšana caurules virsmas atlikušajam spriegumam. Vērtības virs 100 MPa liecina, ka pēc iztaisnošanas ir ieteicams samazināt stresu. Trešā un vienkāršākā metode ir tā sauktais "feroksila tests" (kodiens ar vara sulfātu{15}), kas parāda apgabalus ar ievērojamu atlikušo spriegumu kā tumšākus kodināšanas modeļus. Atlikušo deformāciju zem 30 MPa sildītājiem, kas paredzēti lietošanai temperatūrā virs 70 grādiem ar hlorīdiem virs 200 ppm, iegūst, pēc-iztaisnojot spriedzes atlaidināšanu 400–500 grādu temperatūrā 1–2 stundas. Pilna šķīduma atkausēšana (1040 grādi) pilnībā novērš atlikušo spriegumu, bet var izraisīt cauruļu kropļojumus, un parasti tā ir paredzēta tikai kritiskiem lietojumiem. Pircējiem var būt nepieciešama cauruļu piegādātāja veiktā spriedzes samazināšanas pārbaude pēc iztaisnošanas (vai iztaisnošana netiek veikta atkvēlinātām caurulēm), kas nodrošina izpildāmu kvalitātes nodrošināšanu.

Identifikācija SCC jomā pēc iztaisnošanas atliekām

Iztaisnošanas atlikumu cēlonis ir izceļas ar plaisu formu, kad sildītājs sabojājas ar SCC. Plaisas parasti rodas taisnās apvalka daļās, nevis līkumos vai metinātās šuvēs, no spriegumiem, ko rada iztaisnošana. Tie parasti ir gareniski (ti, paralēli caurules asij) un var parādīties vairākās paralēlās līnijās, kas atdalītas ar 5–15 mm, kas atbilst veltņa kontakta rakstam. Lūzumi ir transgranulāri (šķērso graudu robežas) 316 hlorīdu vidē virs 80 C palielinājumā ar SCC tipisku sazarojumu. Lūzuma virsma nav īpaši elastīga. Ja bojātais sildītājs ir no partijas, kas pēc iztaisnošanas nav atvieglota spriedze, un ekspluatācijas apstākļos ir hlorīdi virs 300 ppm temperatūrā virs 70 grādiem, galvenais iemesls, iespējams, noteikti ir iztaisnošanas radītais atlikušais spriegums. Visi atlikušie sildītāji ir jāizņem no ekspluatācijas vai jāpārveido ar spriedzes samazināšanas apstrādi, ja iespējams, šādām iekārtām.

Secinājumi: atlikušā sprieguma kontroles definīcija hlorīda pakalpojumam

Atlikušā sprieguma profils, kas ieviests 316 nerūsējošā tērauda caurulēs pēc rullīšu iztaisnošanas, ir slēpts mainīgais, kas var samazināt hlorīda SCC slieksni par koeficientu 3 līdz 5. Karstā hlorīda vidē caurule saplaisās ar virsmas atlikušo deformāciju virs 100 MPa 1-2 gadu laikā, kad spriedze ilgst 5 gadus, ja iestatījums ilgst 1 gadu. Lai veiktu jebkuru pakalpojumu, kas saistīts ar hlorīdu saturu virs 200 ppm un temperatūru virs 70 grādiem, inženieriem, kas norāda 316 apvalkotus sildītājus, ir jāpieprasa viena no šīm prasībām: pēciztaisnošanas spriedzes samazināšana (400–500 grādi 1–2 stundas) vai sertifikāts, ka caurule ir iztaisnota pilnībā atlaidinātā stāvoklī, lai samazinātu rullīšu nobīdi. Ierosināto sistēmu var izmantot, lai novērstu agrīnas plaisāšanas kļūmes, kuras parasti tiek attiecinātas uz "materiāla kvalitāti", bet patiesībā tās ir saistītas ar nepārvaldītu atlikušo spriegumu, kas saistīts ar cauruļu iztaisnošanu, saistot iztaisnošanas procesu ar izmērāmiem SCC ierosināšanas laikiem.