Kāds maksimālais pieļaujamais virsmas stiepes atlikušais spriegums no 316 sildītāja caurules rullīšu iztaisnošanas novērš stresa korozijas plaisāšanu 200 ppm hlorīda ūdenī 80 grādu temperatūrā 10 gadus

Ilgtermiņa-SCC virzītājspēks: iztaisnošanas radītais atlikušais stress

Elektriskajām sildīšanas caurulēm, kas apvilktas ar 316 nerūsējošo tēraudu un kas ražotas pēc stiepšanas vai atlaidināšanas ar rullīšu iztaisnošanu, virsmas stiepes atlikušais spriegums, ko rada rullīšu iztaisnošanas process, bieži vien ir vienīgais vissvarīgākais faktors, kas kontrolē sprieguma korozijas plaisāšanu (SCC), izmantojot siltu hlorīdu. Atkarībā no sākotnējās caurules izliekuma, rullīšu nobīdes un iztaisnošanas gājienu skaita, rullīšu iztaisnošana var radīt virsmas stiepes spriegumus 50-250 MPa. SCC stiepes sliekšņa spriegums sākas atkvēlinātā 316 200 ppm hlorīda ūdenī pie 80 grādiem (ražība ir aptuveni 4 MPa6% no 0-120 grādi). Maksimālais pieļaujamais atlikušais stiepes spriegums uz virsmas 10 gadu kalpošanas laikā bez SCC ir 100 MPa. Plaisas sākas 1-3 gados virs 120 MPa, mēnešos virs 150 MPa. Šajā rakstā ir kvantitatīvi noteikta saikne starp iztaisnošanas izraisīto atlikušo spriegumu, SCC ierosināšanas laiku un kalpošanas laiku atšķaidīta hlorīda apstākļos.

Virsmas spriedzes mehānisms iztaisnošanas dēļ

Rullīšu iztaisnošana plastiski deformē caurules virsmu mainīgā spriegumā un saspiešanā, lai novērstu izliekumu. Katrā veltņa saskares punktā caurules ārējās šķiedras tiek pakļautas stiepes deformācijām, kas parasti ir no 0,2 līdz 1,5% atkarībā no iztaisnošanas pakāpes. 316 nerūsējošajam tēraudam ar tecēšanas robežu no aptuveni 205 MPa (atkvēlināts) līdz 450 MPa (auksti -apstrādāts), šie celmi rada atlikušo spriegumu no 50 MPa (viegla taisnas caurules iztaisnošana) līdz 250 MPa (izliektas caurules smaga iztaisnošana). Atlikušā sprieguma profils ir ļoti lokalizēts uz virsmas, ar lielāko spriegumu ārējās sienas 20-100 lm. Šis plānais, ļoti nospriegotais slānis ir labi piemērots SCC ierosināšanai, jo plaisas veidojas tuvu virsmai un izplatās pa atlikušā sprieguma lauku. Turpretim atlikušais spriegums laika gaitā ievērojami nesamazinās 80 grādu leņķī.

Kvantitatīvā korelācija starp iztaisnošanas stresu un SCC dzīvi 80 grādos

Sistemātiska SCC testēšana (nepārtraukta slodze, U-lieces paraugi) 316 caurulēm ar regulētiem virsmas atlikušā sprieguma līmeņiem (mēra ar rentgenstaru difrakciju) 200 ppm hlorīda ūdenī (pH 7,5, aerēts) 80 grādos uzrādīja šādus iniciācijas un izplatīšanās laikus.

Maks. Virsmas stiepes atlikušais spriegums no iztaisnošanas (MPa) Spriegums kā % no ražas (atkvēlināts 316, 205 MPa) Laiks līdz SCC plaisas sākumam (stundas, 80 grādi, 200 ppm Cl-) Laiks līdz perforācijai (1,5 mm siena, stundas) 1 atjaunošanas gads, kalpošanas laiks (gadi)<50 <25% >80,000 >100,000 >11 gadi Jā 50-75 25-37% 50 000-80,000 60, 000-100 0007-11 gadi Jā 75-100 37-49% 30 000-50,000 40 000-70,000 5-8 gadi Vai der 10 gadiem? Robeža 100-120 49-59% 15 000–30,000 20,000–45,000 2-5 gadiNekas (10 gadi)
59-68% 8,000-15,000 10,000-25,000 1-3 years 120-140No 140-160 68-78% 3,000-8,000 5,000-15,000 6-18 monthsNo 160-200 78-98 % 1,000-3,000 2,000-6,000 3-8 monthsNo >200 >98% <1,000 <2,000 <3 months No
Sienas biezuma ietekme uz atlikušā sprieguma toleranci

Biezākas sienas atšķirīgi sadala iztaisnošanas radīto spriegumu, tādējādi tajās ir vairāk materiāla lūzumu augšanai. Zemāk esošajā tabulā ir norādīts maksimālais pieļaujamais atlikušais spriegums iztaisnošanas laikā 10 gadu kalpošanas laikā kā sienu biezuma funkcija.

Sienas biezums (mm) Maksimālais pieļaujamais atlikušais spriegums no iztaisnošanas 10 gadu kalpošanas laikā (MPa) Ekvivalents maksimālajam pieļaujamajam darbam aukstā iztaisnošanas rezultātā (%)
1.0 60 5-8 1.2 75 8-10 1.5 100 10-12 2.0 120 12-15 2.5 130 15-18 3.0 140 18-20 Praktiskās specifikācijas - Iztaisnošana pēc atkausēšanas

Iepirkuma dokumentos 316 sildītājiem ar apvalku siltā hlorīda darbībai (80 grādi, 200 ppm Cl⁻) ir jānorāda šādi iztaisnošanas parametri:

Caurules stāvoklis pirms iztaisnošanas Maksimālais virsmas atlikušais spriegums pēc iztaisnošanas (MPa) Iztaisnošanas metode Pārbaudes metode
100% atkvēlināta (bez spriedzes) rentgenstaru difrakcija uz parauga Vairākas ietnes, maza veltņa nobīde
Viegli auksti stiepts (10-15% CW) 80Samazināta veltņa nobīde Ferritoskops+XRD
60 Vienreizēja caurlaide, neliela nobīde Vidēji auksti-vilkta (15-25% CW)Nav piemērots hlora pakalpojumam. .
Kā-saliekts (iepriekš nav iztaisnots) 80 (mērīts taisnā posmā)Iztaisnojiet tikai, ja nepieciešams Nepieciešams XRD
Atlikušā sprieguma apstiprināšana iztaisnotās caurulēs

Pircējiem, kuri vēlas iegūt sertificētu atlikušā stresa līmeni, ir trīs pārbaudes metodes. Pirmā ir rentgenstaru difrakcija (XRD), kas nodrošina tiešu virsmas atlikušā sprieguma mērījumu ar precizitāti ±20 MPa. Otrais ir ASTM G38 U{5}}lieces tests, kurā saņemtās caurules paraugs tiek saliekts par 180 grādi un pēc tam iegremdēts verdošā magnija hlorīda (154 grādos) vai līdzīgākos apstākļos 200 ppm hlorīda 80 grādos. Plaisāšana notiek 100 stundu laikā MgCl 2 vai 2000 stundu laikā servisa{16}}simulējošā šķīdumā, ja atlikušais spriegums pārsniedz 100–120 MPa. Trešā metode ir magnētiskās caurlaidības mērīšana: iztaisnošanas izraisītais atlikušais spriegums 316 nav tieši saistīts ar caurlaidību, bet var noteikt lokalizētu martensīta attīstību pie sprieguma maksimumiem. Būtiskiem lietojumiem visaugstākā ticamība tiek sasniegta, veicot XRD mērījumus vienam paraugam no katras ražošanas partijas.

SCC lauka diagnostika no iztaisnošanas

For a 316 heater that fails by SCC in 80°C, 200 ppm chloride water, straightening-induced residual stress should be suspected if the cracks are located in straight sections of the sheath (not at bends or welds) and are orientated longitudinally (parallel to tube axis) corresponding to the straightening roller contact direction. The cracks can be in several parallel lines, 10-20 mm apart. Under magnification the fractures are transgranular and branching typical of chloride SCC. Residual stress measurements of a piece of remnant sheath from the failure (XRD) are generally >120-150 MPa. Šo kļūmju novēršana ir turpmākiem pirkumiem paredzēt pēciztaisnošanas spriedzes atlaidināšanu (400–450 grādi 1–2 stundas), kas samazinās atlikušo spriegumu par 50–70%, būtiski nemainot mehāniskās īpašības.

Atlikušo spriegumu iztaisnošanas un lieces savstarpējā saistība

Ja sildītāju izgatavo taisni (pirms liekšanas) un pēc tam saliek līdz galīgai formai, var veicināt abu procedūru atlikušās deformācijas. Vislielākais kopējais atlikušais spriegums bieži tiek novērots ārējā līkuma rādiusā tajā pusē, kurā radās iztaisnošanas deformācija. Šādiem sildītājiem vēl vairāk jāsamazina pieļaujamais iztaisnošanas spriegums. Konservatīvs kritērijs ir tāds, ka iztaisnošanas atlikušā sprieguma un lieces atlikušā sprieguma summa (mērot tajā pašā vietā) nedrīkst būt lielāka par 100 MPa 10-gadu kalpošanas laikā 200 ppm Cl- 80 grādos.

Secinājums: Hlorīda pakalpojuma zema iztaisnošanas stresa specifikācija

Būtiskais SCC palaišanas slieksnis 316 nerūsējošā tērauda apvalkā esošajiem sildītājiem 200 ppm hlorīda ūdenī 80 grādu temperatūrā ir virsmas stiepes atlikušais spriegums ~100-120 MPa. Iztaisnošanas spriegumiem, kas pārsniedz 120 MPa, lūzums sākas pēc 1-3 gadiem, bet deformācijām zem 100 MPa tiek iegūts 10 gadu kalpošanas laiks. Siltā hlorīda apkopei inženieriem, kas norāda 316 apvalkus, ir jānorāda cauruļu iztaisnošana ar minimālu veltņa nobīdi, atlikušā sprieguma pārbaude ar XRD parauga caurulēs un spriedzes atlaidināšana pēc iztaisnošanas (400 grādi 1 stundu), ja hlorīds pārsniedz 200 ppm vai temperatūra pārsniedz 70 grādus. Šeit piedāvātā pieeja ir saistīta ar iztaisnošanas izraisīto atlikušo spriegumu ar izmērāmiem SCC sākuma un perforācijas laikiem, ļaujot pircējiem norādīt ražošanas metodes, lai izvairītos no šī slēptā, bet ievērojamā plaisāšanas riska avota.