Jak předchozí procento působení za studena z pilotní trubice Snížení ohřívacího pláště o objemu 316 l řídí anizotropii rychlosti šíření důlků v podélném vs. příčném směru v 5 000 ppm chloridové vody při 50 stupních

Mikrostrukturní vyrovnání v důsledku deformace a její vliv na geometrii jámy

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, tj. důlky se šíří 5× rychleji podél osy trubky než po obvodu. Tato anizotropie může vést k předčasné podélné perforaci i při značné průměrné ztrátě stěny v 5000 ppm chloridové vody při 50 stupních. V tomto výzkumu je kvantifikována souvislost mezi procentem práce za studena, poměrem pitting anizotropie a efektivní životností.

Mechanismus šíření anizotropní jámy

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30 % práce za studena). Za druhé, inkluze sulfidu manganu (MnS), které jsou klíčovými místy pro iniciaci důlku, vyrůstají do podélníků orientovaných rovnoběžně s osou trubky. Za třetí, deformační pásy a dislokační buňky jsou podélně zarovnány. Když je důlek iniciován, šíří se přednostně podél těchto zarovnaných prvků. Jáma může migrovat velké délky podél podélné osy bez hranic zrn nebo zón bez inkluzí. V příčném směru musí jáma protínat hranice zrn a vměstky, čímž se zpomaluje šíření.

Kvantifikace korelace mezi prací za studena a důlkovou anizotropií

Následující poměry anizotropie byly stanoveny z řízeného tažení za studena 316L trubek (plně žíhaný začátek, 2,2 % Mo, 0,02 % C) k různým procentům redukce, po nichž následovalo testování ponořením do 5 000 ppm Cl -vody (pH 7,0, provzdušněno) při hloubce 5 rovnoběžek, 100 stupňů v podélné jámě osa) a příčné (obvodové) směry.

Práce za studena (%) Poměr stran zrna (délka:šířka) MnS Délka struny (mm) Rychlost šíření podélné jamky (mm/rok) Rychlost růstu příčné jamky (mm/rok) Poměr anizotropie (Dlouhá/přechodná) Doba do podélné perforace (1,5 mm stěna, roky) Doporučená doba do 5 ppm příčná perforace Cl^-, 50 stupňů provozu 0 (žíhané) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 č
Vliv koncentrace chloridů na stupeň anizotropie

Zvýšení obsahu chloridů zvyšuje více podélné šíření než příčné šíření a tedy poměr anizotropie.

Obsah chloridu (ppm) Poměr anizotropie při 20% pracovní rychlosti za studena Podélná (mm/an) Příčná rychlost (mm/rok) Faktor snížení efektivní životnosti (podélně) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (základní hodnota) 3,000 3.5:1 0.30-0.45 0.09-0.13 1.5× 5,{×{8}}:{{9} 10,000 6:1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Praktická doporučení pro služby s vysokým-chloridem

Následující omezení pro práci za studena a konstrukční omezení platí pro 316L zapouzdřené ohřívače v 5000 ppm Cl⁻ vody o teplotě 50 stupňů.

Požadovaná životnost, roky Maximální práce za studena pro kontrolu důlkové koroze, %maximální přípustný poměr anizotropieProdukční specifikace Navrhovaná Žíhaná nebo světlem tažená 5-8 10-15 2.0:1 Tažení světlem, uvolnění napětí 3-5 15-20 (nedoporučuje se) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Ověření rizika pittingu

Pro kupující existují dva způsoby ověření s přesným omezením pitting anizotropie. První je metalografické vyhodnocení poměru stran zrna na podélném řezu. Přijetí: Poměr stran zrn<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Závěr: Specifikace omezuje práci za studena pro kontrolu pitting anizotropie

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15-20 %, což vede k šíření anizotropních důlků s podélnými rychlostmi 3-5× rychlejšími než příčné rychlosti. Tato anizotropie ovlivňuje efektivní životnost o 30–50 % oproti žíhanému materiálu. Inženýři specifikující 316L pláště pro provoz v prostředí s vysokým obsahem chloridů jsou povinni omezit předchozí práci za studena na<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20 % vyžaduje žíhání po-tažení pro rekrystalizaci struktury zrna a odstranění anizotropie. Zde popsaný model koreluje procento práce za studena s poměrem důlkové anizotropie a dobou perforace v 5 000 ppm Cl- při 50 stupních, což umožňuje zákazníkovi vybrat si zmenšení výkresu, které nezpůsobí brzké podélné selhání důlků.