Kā cauruļu vilkšanas samazinājuma procents uz 316 nerūsējošā tērauda sildītāju apvalkiem maina pretestības pret punktēšanu ekvivalento skaitli hlorīda šķīdumos

Mehāniskās deformācijas ietekme uz pasīvo plēvju ķīmiju un iekļaušanas sadalījumu

The manufacturing history of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes, particularly the percentage reduction due to cold drawing to which the tubing is subjected prior to the final annealing, has a measurable, but often ignored, effect on the intrinsic pitting resistance of the material in chloride containing media. The pitting resistance equivalent number (PREN = weight percent Cr + 3.3×Mo + 16×N) is computed from bulk chemistry and is generally a constant material attribute for a specific alloy grade . But cold drawing redistributes non-metallic inclusions, refines the grain structure and may change the effective concentration of chromium and molybdenum at the tube surface by strain-induced diffusion. High reduction percentages (>40-50%) var izraisīt masīvu mangāna sulfīda ieslēgumu plīsumu, radot mikroplaisas, kas ir labvēlīgas vietas bedrīšu izveidošanai neatkarīgi no PREN masas. Šajā rakstā ir kvantitatīvi noteikta cauruļu vilkšanas % ietekme uz 316 apvalku efektīvo punktu pretestību siltos hlorīda šķīdumos un aprakstīta specifikācijas sistēma stiepes samazinājuma izvēlei, pamatojoties uz korozijas smagumu.

Metalurģijas saistība starp aukstu darbu un jutīgumu pret bedrēm

Masveida ķīmiskais sastāvs paliek nemainīgs plastmasas deformācijas dēļ, kad 316 nerūsējošā tērauda caurule tiek auksti vilkta, lai samazinātu ārējo diametru un sienas biezumu. Tomēr tas maina trīs mikrostrukturālās īpašības, kas ietekmē lokalizētu koroziju. Pirmais deformācijas efekts ir nemetālisku ieslēgumu, galvenokārt MnS un oksīdu kopu, pagarināšanās zīmēšanas virzienā. Iegarenajiem ieslēgumiem ir lielāka nepārtraukta saskarne ar apkārtējo austenīta matricu, un tādējādi tie palielina iespēju, ka vienā ieslēgumā izveidojusies bedre var izplatīties gar ieslēguma un matricas robežu, nevis pārpasivēties. Otrkārt, lieli MnS ieslēgumi tiek saplaisāti ar smagu aukstuma darbu (samazinājumi > 40%), veidojot mikroplaisas, kuras netiek novērstas ar sekojošu atkvēlināšanu, ja vien temperatūra nav augstāka par 1050 grādiem. Šīs mikroplaisas darbojas kā plaisas, lai noturētu hlorīda jonus un uzturētu lokāli agresīvu ķīmiju, tādējādi sākot ar potenciālu, kas ir daudz zemāks nekā lielapjoma potenciāls . Treškārt, aukstā apstrāde palielina dislokācijas blīvumu par trīs līdz četrām kārtām no aptuveni 10{sup 8} cm{sup -2} atkvēlinātā materiālā līdz 10{sup 11} līdz 10{sup 12} cm{sup -2} 40% auksti stieptā materiālā. Dislokācijas ir augstas enerģijas zonas, kur pasīvā plēve ir plānāka un bojātāka, un tāpēc tā ir jutīgāka pret hlorīda izraisītu sabrukšanu. Tīrais efekts ir tāds, ka divām caurulēm ar vienādu PREN no lielapjoma ķīmijas var būt 10–15 oC temperatūras svārstības, kas saistītas tikai ar atšķirībām aukstās vilkšanas samazināšanas procentos, kas piemēroti pirms galīgās atkausēšanas.

Atkausēšana pēc zīmēšanas kā kritisks atjaunošanas solis

Aukstā darba izraisītais pretestības zudums nav pastāvīgs. Pilna šķīduma atkausēšana pie 1040{3}}1100 grādiem un ātra ūdens dzēšana noved pie graudu struktūras pārkristalizācijas, dislokāciju noņemšanas un iegarenu ieslēgumu sferoidizācijas. atkvēlināšana atjauno ļoti auksti-novilktas caurules pretestību pret caurumiem pret viegli vilktām caurulēm ar tādu pašu masveida ķīmisko sastāvu. Taču rūpnieciskā prakse sildītāja apvalku izgatavošanā ievērojami atšķiras. Daži ražotāji izvelk caurules līdz galīgajiem izmēriem, samazinot sākotnējo dobo sagatavi par 60-70%, pēc tam atkvēlinot pirms griešanas līdz garumam un liekot. Citi velk vairākas reizes ar starpatlaidināšanu, atstājot cauruli pus-cietā vai ceturtdaļ-cietā stāvoklī (10–25 % aukstuma darbs) bez galīgās pilnīgas atlaidināšanas, paļaujoties uz turpmākās metināšanas un lieces siltumu, lai daļēji atbrīvotu spriedzi. Pēdējam paņēmienam atlikušais aukstuma darbs (parasti 10–25 %) samazina efektīvās pretestības pretestības ekvivalento vērtību par 2–4 punktiem. Praksē caurule ar tilpuma PREN=25 (piem., . 17%Cr, 2,2%Mo, 0,06%N) auksti apstrādātā stāvoklī uzvedas kā PREN=22-23, kas izraisa kritiskās bedres temperatūras pazemināšanos par 8-12 grādiem. 80 grādu temperatūrā un tajā pašā hlorīda koncentrācijā auksti apstrādātajā caurulē notiks bedru veidošanās, savukārt pilnībā atkausētā caurule būs pasīva.

Slīpēšanas samazināšanas ietekmes uz punktu veidošanās temperatūru un indukcijas laiku kvantitatīva noteikšana

Kvantitatīvie savienojumi ir izveidoti no 316 nerūsējošā tērauda cauruļu laboratorijas testēšanas ar kontrolētu stiepes samazināšanu un sekojošiem potenciāla mērījumiem 1 M NaCl pie 80 grādiem. Pilnībā atkausētam materiālam (0-5% aukstuma apstrāde) kritiskais punktu veidošanās potenciāls parasti ir 300-350 mV salīdzinājumā ar SCE, un kritiskā punktu veidošanās temperatūra (CPT) 1 M NaCl ir 55-65 grādi. Materiāliem ar 15% aukstuma (ceturkšņa -cietuma) CPT samazinās līdz 48–55 grādiem. Pie 25% aukstuma (puscieta) tā nokrītas vēl zemāk līdz 40-48 grādiem. 40% aukstam darbam (pilnīgi ciets) CPT tiek samazināts līdz 30-38 grādiem. Apkalpošanai pareizi atkvēlinātam 316 apvalkam 90 grādu hlorīda ūdenī, kurā ir 2000 ppm, 5–8 gadus nebūs bedru. Ar tādu pašu tilpuma ķīmisko sastāvu un 25 % atlikušo aukstuma darbu bedru izciršana sāksies 12–24 mēnešu laikā tādos pašos šķidruma apstākļos. Indukcijas laiks līdz bedru veidošanās sākumam ir eksponenciāls ar aukstā darba procentuālo daudzumu. Katrs aukstā darba palielinājums par 5 % aptuveni uz pusi samazina laiku, kas nepieciešams pirmajai bedrei noteiktā hlorīda temperatūras vidē. Tālāk esošajā tabulā ir parādītas šīs attiecības tipiskai 316 ķīmijai (PREN=25) dažādām hlorīda koncentrācijām un darba temperatūrām.

Residual Cold Work after Drawing (%) Heat Treatment after Drawing Effective PREN (calculated) Critical Pitting Temperature in 2000 ppm Cl⁻ (°C) Time to Pit Initiation at 90 °C, 500 ppm Cl⁻ Recommended Service Environment 0-5 (completely annealed) Full solution anneal 1040 °C + quench 25 58 >8 gadi Visa hlorīda apkalpošana līdz 3000 ppm, 90 grādi 5-10 Tikai daļēja spriedzes mazināšana 24-25 53-58 5-8 gadi Pieņemams mēreniem hlorīdiem (<1500 ppm) 
10-15 Bez atlaidināšanas; kā zīmēts ceturkšņa grūti 23-24 48-533-5 gadi Hlorīda serviss (<800ppm)
15-20 Bez atlaidināšanas, vilkts pusciets 22-23 44-48 2-3 gadi, robežlielums, tikai zems hlorīdu līmenis (<400 ppm)
25
25-35 Bez atlaidināšanas; pilna cieta 19-21 34-40 6-12 mēneši Nepieņemami jebkurai mitrai hlorīda videi
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 gadi (atkarīgs no PREN lielapjoma) Vēlamais standarts visiem kodīgajiem pakalpojumiem
Aukstā darba stāvokļa un atlaidināšanas atbilstības praktiskā pārbaude

316 apvalkotu sildītāju pircējiem hlorīda izmantošanai ir trīs praktiski veidi, lai nodrošinātu, ka caurule ir pilnībā atkausēta un tai ir minimāls atlikušais aukstuma darbs. Pirmais ir magnētiskās caurlaidības mērīšana, izmantojot feritoskopu. Pilnībā atkvēlināts 316 austenīta nerūsējošais tērauds ir nemagnētisks ar relatīvo caurlaidību (μr) mazāku par 1,02. Deformācijas-izraisīts martensīts, kas ir feromagnētisks, veidojas auksti kaltā 316. Rādījums virs 1,05 liecina par vismaz 10-15% aukstu darbu, savukārt 1,10 iesaka 20-25% aukstu darbu. Otrā metode ir mikrocietības pārbaude caurules sienas daļai. Rūdītajam 316 ir Vickers cietība 150-180 HV. Ceturtdaļcietuma materiāls ir 200-240 HV. Pusciets ir 250-300 HV. Full-hard ir 320 HV un vairāk. Trešais tests ir elektroķīmiskās potenciokinētiskās reaktivācijas (EPR) tests, kas mēra sensibilizācijas pakāpi un aukstā darba bojājumu pakāpi. EPR vērtības, kas mazākas par 0,5 C/cm2, norāda uz rūpīgi atlaidinātu materiālu, savukārt vērtības, kas lielākas par 2,0 C/cm2, liecina par būtisku atlikušo deformāciju. Pilnas šķīduma atkausēšanas sertifikāta specifikācija (temperatūra, laiks un dzesēšanas metode) kopā ar maksimālo magnētisko caurlaidību 1,05 pirkuma specifikācijās piedāvā izpildāmu kvalitātes nodrošināšanu.

Aukstā darba, metināšanas un galīgās atlaidināšanas iespēju attiecības

Tipisks ražošanas ierobežojums ir fakts, ka pilnīga šķīduma atkausēšana ne vienmēr ir iespējama pēc liekšanas un metināšanas. Garus U-caurules sildītājus, jo īpaši tos, kuriem ir pievienoti atloki un termoloki, praktiski nevar atkausēt, jo augstā temperatūra deformētu mezglu, oksidētu iekšējo MgO vai nodarītu kaitējumu nemetāliskām sastāvdaļām. Šādos gadījumos vissvarīgākais galīgās izturības pret koroziju faktors ir neapstrādātas caurules aukstā darba stāvoklis pirms formēšanas. Ja caurule ir jāpiegādā pilnībā atlaidinātā stāvoklī (no 0 līdz 5 procentiem aukstā darba) pirms liekšanas, tad pat pievienojot 10–15 procentus aukstā darba no liekšanas, galīgā atlikušā deformācija būs mazāka par 20 procentiem. Sildītājiem, kas jāizmanto saliektā stāvoklī bez galīgās atlaidināšanas, izvēloties caurules ar lielāku molibdēna saturu (piem., . 316L ar 2,5–2,7 % Mo, nevis minimālo 2,0 %), nodrošina kompensējošu PREN pieaugumu. Caurulei ar lielapjoma PREN=27 un 15% atlikušo aukstumu ir efektīvais PREN ≈ 25, kas ir tāds pats kā pilnībā atkausētam standartam 316. Šī pieeja augstākās kvalitātes ķīmijas izmantošanai, lai kompensētu ražošanas ierobežojumus, ir raksturīga lieliem, sarežģītiem sildītāju komplektiem, kur atkausēšana pēc izgatavošanas nav iespējama.

Secinājums – atlaidināšanas stāvokļa definēšana ar ķīmiju korozijai

316 nerūsējošā tērauda apvalkoto sildītāju pretestība hlorīda šķīdumos nav atkarīga no tilpuma PREN, kā norādīts tikai dzirnavu sertifikātā. Aukstās vilkšanas samazināšana, ko izmanto cauruļu izgatavošanas laikā, un tas, vai caurulei tiek veikta pilnīga šķīduma atkvēlināšana pēc visām formēšanas darbībām, var mainīt efektīvo punktveida temperatūru par 10-20 grādiem un mainīt laiku līdz bedres sākumam par 5–10. Nepārtrauktas ekspluatācijas sildītājiem hlorīdos virs 500 ppm vai temperatūrā virs 80 grādiem pircējam ir jāsaņem sertifikāts, ka pabeigtais apvalks (ieskaitot līkumus un metinājumus) ir pilnībā atkausēts ar šķīdumu. Ja pēcapstrādes atkausēšana nav iespējama, saprātīga izvēle ir augstākās kvalitātes ķīmijas izmantošana (316 L ar PREN, kas ir lielāka vai vienāda ar 26) un jāievada caurules atkvēlināšana (cietība < 180 HV, caurlaidība mazāka vai vienāda ar 1,02). Šajā rakstā izstrādātā paradigma korelē cauruļu vilkšanas samazinājuma % un atkvēlināšanas vēsturi ar novērojamo pretestību pret caurumiem. Tas ļauj inženieriem izvēlēties 316 apvalkotus sildītājus, kas nodrošinās paredzamu veiktspēju pret koroziju, nevis atkarīgi tikai no lielapjoma ķīmijas.