Při jaké konkrétní kombinaci koncentrace kyseliny sírové a teploty vyžaduje 1,2milimetrový plášť z nerezové oceli 316 po-svaření žíhání, aby se zabránilo mezikrystalové korozi v elektrických ponorných ohřívačích?

Svařování uchycení montážních přírub a fitinků k plášti z nerezové oceli 316 musí být provedeno pro výrobní techniky a pracovníky zabezpečující kvalitu, kteří mají na starosti elektrické ponorné ohřívače pro použití při provozu s kyselinou sírovou. Svařování generuje teplo, které může způsobit senzibilizaci, tvorba karbidů chrómu na hranicích zrn v tepelně-postižené zóně. 316 senzibilizovaná ztrácí odolnost proti korozi a stává se náchylnou k mezikrystalové korozi, která přednostně napadá hranice zrn, což vede k rychlé ztrátě materiálu a možnému selhání ohřívače. Tloušťka stěny pláště řídí rychlost ochlazování po svařování a nutnost žíhání po-svaření. V této práci jsme určili práh koncentrace kyseliny sírové vyžadující po-svařovací žíhání, aby se zabránilo intergranulárnímu koroznímu napadení v 1,2 mm 316 plášti.

Senzibilizace a mechanismus mezikrystalové koroze v 316
Když se nerezová ocel 316 zahřeje na teploty mezi 450 °C a 850 °C, v rozmezí senzibilizace, karbidy chrómu se vysrážejí na hranicích zrn. Takové vysrážení rosného bodu -vyluhuje chrom z oblastí vedle hranic zrn, takže je ochuzuje na méně než 12 % chrómu potřebného k vytvoření pasivního filmu. V korozním prostředí jsou tyto zóny ochuzování přednostně korodovány, což vede k napadení hranic zrn a nakonec k úběru materiálu. 1,2 mm tenkostěnný- plášť má nízkou tepelnou hmotnost a teplo se po svařování může rychle rozptýlit. To vede k rychlé rychlosti chlazení. Tenká stěna se rychle ochlazuje z teploty svařování pod 450 °C a tráví málo času v oblasti senzibilizace. Silnostěnný plášť > 3 mm má pomalejší rychlost ochlazování, což zvyšuje riziko senzibilizace. U stěny o tloušťce 1,2 mm je však rychlost ochlazování obecně dostatečně rychlá, aby se zabránilo senzibilizaci za podmínek konvenčního obloukového svařování plynovým wolframem. Klíčem není pouze tloušťka stěny, ale také obsah uhlíku v materiálu 316. Low carbon 316L (max 0,03 % C) je zvláště odolný vůči senzibilizaci nezávisle na tloušťce stěny. Standardní 316 (max. 0,08 % uhlíku) může být zcitlivělý, pokud se ochladí příliš pomalu.

Kritická koncentrace kyseliny sírové pro detekci senzibilizace
Mezikrystalová koroze senzibilizovaného 316 je zvláště závažná při určitých koncentracích kyseliny sírové. Straussův test (ASTM A262 Practice E) kombinuje vroucí 16% kyselinu sírovou se síranem měďnatým k testování senzibilizace. Mezikrystalové napadení se s největší pravděpodobností vyskytuje v provozu v 10 až 40% kyselině sírové při teplotách nad 50 °C. Při méně než 10 % není kyselina dostatečně silná, aby se přednostně zaměřila na hranice zrn. Při asi 40 % kyselina začne oxidovat a repasivuje povrch, čímž maskuje senzibilizaci. Prahová koncentrace pro riziko mezikrystalové koroze pro 1,2 mm pouzdro 316 v kyselině sírové je asi 15–25 % při teplotách 60–80 °C. Pod 15 % může senzibilizovaný plášť žít roky bez zjevného napadení. Při koncentracích nad 25 % může kyselina dostatečně oxidovat, aby zastavila intergranulární napadení, ale důlková tvorba se pak stává problémem. V kritickém rozmezí 15–25 % může senzibilizovaný plášť ztratit 0,5–2,0 mm materiálu každý rok podél hranic zrn, přičemž během měsíců prorazí 1,2 mm stěnu. Proto se pro aplikace s koncentracemi kyseliny sírové mezi 15 % a 25 % a teplotami nad 50 °C důrazně doporučuje žíhání po svařování, pokud není použito 316L.

Matice požadavků na žíhání pro svařované 316 pláště
Níže uvedená tabulka uvádí doporučení pro po{0}}svařovací žíhání 1,2 mm 316 plášťů pro různé koncentrace kyseliny sírové, provozní teploty a konkrétní použité 316 jakosti. Žíhání je zahřátí svařované sestavy na 1050°C po dobu 15 minut, poté rychlé ochlazení (ochlazení vodou nebo nucený plyn).

Koncentrace kyseliny sírové Stupeň provozní teploty 316 po-požadovaném žíhání po svařování? Alternativní doporučení
Méně než 10 procent libovolné teploty 316 nebo 316 l Ne Standardní svařování OK
10 – 15 % Pod 60 °C 316L Ne Preferováno 316L
10 – 15 % Pod 60 °C 316 Ne, ale doporučeno 316 l Přijatelné bez žíhání
10 – 15 % 60 – 90 °C 316L Ne Monitor pro napadení 10 – 15 % 60 – 90 °C 316 Ano Žíhání nebo použití 316L 15 – 25 % Pod 50 °C 316L Ne 316L Požadováno 15 – 25 % 15 % Ano Požadováno pod 315 % 50 – 80 °C 316 nebo 316L Ano Žíhání povinné pro oba stupně 15 – 25 % Nad 80 °C Libovolné 316 Ano, plus zvážit vylepšení slitiny Vysoké riziko napadení; použijte slitinu 20 25 – 40 % Libovolná teplota Libovolná 316 Nelze použít Senzibilizace není primární režim selhání; dominuje pitting
více než 40 procentJakákoli teplota Jakákoli 316 Nepoužije se Oxidující kyselina; intergranulární útok nepravděpodobný
Pokud je použit standard 316, je pro plášť 316 o tloušťce 1,2 mm v kritickém rozsahu koncentrací 15–25 % při teplotách nad 50 °C vyžadováno žíhání po svaru. U 316L je žíhání další bezpečnostní rezervou. Mezikrystalová koroze může proniknout tenkou stěnou za 3–12 měsíců, což vede k oddělení příruby nebo prosakování pláště, aniž by došlo k žíhání oblasti připevnění svařované příruby.

Praktické úvahy o žíhání pro tenkostěnné-trubky
Problémy v praxi nastávají u post-svařovacího žíhání 1,2 mm 316 pláště. Vysoká teplota 1 050 °C může vést k oxidaci vnitřního odporového drátu, pokud sestava není dobře stíněná. Žíhání se musí provádět v peci s řízeným prostředím s argonem nebo disociovaným čpavkem, aby se zabránilo oxidaci. Alternativně může být svarová zóna lokálně žíhána indukčním ohřevem bez ohřevu celého ohřívače. Izolace MgO v zápustkách ohřívače se rozpíná jinak než ocel a může rozbít plášť, proto není možné plné žíhání ohřívačů, které byly dříve zhutněny izolací MgO. Žíhání musí být provedeno po svařování, ale před pěchováním nebo lokalizováno pouze do oblasti svaru. Inženýři by měli stanovit, že po jakýchkoli svarech na 316 pláštích pro provoz s 15–25% kyselinou sírovou by mělo následovat lokalizované indukční žíhání tepelně{14}}ovlivněné zóny. Žíhaná zóna musí být minimálně 10 mm na každé straně svaru. Správné žíhání lze zkontrolovat pomocí feritového metru nebo předložením vzorku svaru pro testování ASTM A262 Practice E. Dodavatel, který nemůže provádět post{20}}žíhání po svařování nebo nabízet ověřovací zkoušky, nesmí být zaměstnán pro provoz s kyselinou sírovou v kritickém rozsahu koncentrací. Náklady na jednu poruchu mezikrystalové koroze, která je obvykle neočekávaná a bez varování, jsou výrazně vyšší než náklady na dobré procesy žíhání. Pro nové instalace volba 316L namísto standardního 316 eliminuje potenciál senzibilizace pro stěny o tloušťce 1,2 mm za všech podmínek kromě těch nejextrémnějších a důrazně se doporučuje pro jakékoli použití kyseliny sírové s koncentrací nad 10 %.