Jak objemový zlomek Stringerova-typu inkluzí sulfidu manganu (MnS) v 316L potrubí ohřívače řídí poměr hloubky prohlubně-k-šířce v chlorované mořské vodě při 35 stupních

Vliv tvaru inkluze na tvar důlku a rychlost růstu

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, délka 20-100 µm, vyrobené jednosměrným tuhnutím a těžkým tažením za studena) mají za následek dlouhé úzké jámy s poměrem hloubky k šířce 5:1 až 20:1, které rychle pronikají tloušťkou stěny (0,5-1,5 mm/rok). Kulové inkluze MnS (poměr stran<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Morfologie inkluze a řízení mechanismu geometrie jámy

Když je inkluze iniciována při inkluzi MnS v 316L v chlorované mořské vodě, inkluze se přednostně rozpustí (elektrochemicky nebo chemicky) a zanechá prázdnotu. Prázdnota je přibližně kulovitá, pokud je inkluze globulární. Jak se díra šíří do okolní austenitové matrice, přední část šíření zůstává přibližně hemisférická. Pokud je inkluze struník (protáhlý podél osy trubky), původní prázdnota je dlouhý, úzký kanál. V tomto kanálu je zachována lokalizovaná chemie (vysoký obsah chloridů, nízké pH) a důlek se rychle šíří v podélném směru, dlouho předtím, než dojde ke značnému laterálnímu rozpouštění. Výsledný důlek „červí díry“ může mít velký poměr hloubky k šířce a může proniknout tloušťkou stěny za zlomek času potřebného pro důlek iniciovaný globulární inkluzí.

Stringer Length, Pit Aspect Ratio a perforation time: kvantifikovaný vztah

Kontrolované expoziční testování 316 l trubek obsahujících morfologie inkluze MnS různých morfologií (vyplývající z různých postupů výroby oceli a snížení tažení) v chlorované syntetické mořské vodě (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 350 stupňů a následujících 0 hodin) bylo stanoveno rychlost šíření geo.5

Max. Délka MnS Stringer (µm) Průměrný poměr stran zahrnutí (délka:Šířka) Hloubka důlku-k{2}}Poměr šířky po 1 000 h Rychlost šíření důlku (mm/rok)Doba do perforace (1,5 mm stěna, hodiny) Doporučeno pro 35stupňový provoz s chlorovanou mořskou vodou<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
Morfologie MnS Vliv ocelářské praxe

Tvar vměstků MnS je ovlivněn především postupem výroby oceli a následnou prací za studena.

Obsah síry (hmot. %) Postup při výrobě oceli Typická délka struny MnS (µm) Obsah kyslíku (ppm) Kontrola tvaru inkluze Doporučeno pro chlorovanou mořskou vodu
EAF (elektrická oblouková pec) 0.010-0.025 30-80 50-150 Stringer, neřízená č
EAF + AOD (argon-kyslíková dekarbonizace) 0.005-0.015 10-40 30-80 Smíšené (globulární + stringer) Marginální
Ca-Si (AOD s úpravou vápníkem) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globularizováno Přijatelné
AOD + Ca + nízké S 0.001-0.005 2-8 10-20 Kulovitá, jemná Ano VAR (přetavená vakuovým obloukem) 0.003 5 10 Velmi jemná kulovitá Nejlepší ESR (přetavená elektrostruska) 0.005 8 15 Jemná kulovitá Vynikající praktická doporučení pro ohřívače chlorované mořské vody

Následující morfologické parametry zařazení jsou navrženy pro 316L opláštěné ohřívače v provozu s chlorovanou mořskou vodou (1-2 ppm Cl 2, 35 stupňů).

$ast$ Požadovaná životnost (roky) Maximální délka struny MnS ($mu$m) Maximální obsah síry (hmot. %) Požadovaná metoda ověření ocelářské praxe 3 Nelze použít (slitina nevhodná) Jakýkoli Jakýkoli Upgrade na duplexní 2205 3-5 15 0.008 AOD + úprava vápníkem ASTM E45, typ A, závažnost 1.5 5-8 10 0.005 ASRTM, typ E45, AS{101} ASR} Ca + nízká, E45 závažnost ASTM E45, typ A, závažnost 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Potvrzení morfologie MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 znamená, že iniciace je řízena strunami.

Dlouhá životnost v chlorované mořské vodě; Závěr: Stanovení globulárních inkluzí

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1), které pronikají stěnou rychlostí 0,6-1,2 mm/rok a způsobí perforaci během 1-3 let. Rovnoosé jamky rostou rychlostí 0,1-0,3 mm/rok a dávají životnost 5-15 let. Takové jámy jsou produkovány kulovitými inkluzemi (délka<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.