Jaká maximální přípustná hloubka povrchového broušení zaznamenává stopy po bezhrotém dokončování 316 trubek ohřívače zabraňuje iniciaci korozního praskání napětím v 500 ppm chloridové vodě při 90 stupních

Povrchový vryp jako místo pro koncentraci napětí pro iniciaci SCC

Práh iniciace korozního praskání pod napětím (SCC) v chloridovém prostředí pro elektrické topné trubky 316 s pláštěm z nerezové oceli, které byly bezhrotově broušené nebo mechanicky leštěné jako finální dokončovací operace pro dosažení těsných tolerancí průměru nebo hladkých povrchů, je přímo řízen hloubkou zbytkových stop broušení, běžně 5-50 µm v závislosti na velikosti brusného zrna a rychlosti posuvu. Každá značka broušení je geometrický koncentrátor napětí s teoretickým faktorem koncentrace napětí (K_t) v rozmezí od 1,5 pro hladkou, mělkou značku (hloubku<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µm, kořenový poloměr<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

Mechanismus iniciace SCC na povrchových zářezech

316 korozní praskání pod napětím v horkých chloridech vyžaduje tři podmínky: citlivou mikrostrukturu (obvykle nějaká práce za studena), dlouhodobé namáhání v tahu a agresivní chloridové prostředí. Na základně značky pro broušení povrchu je místní tahové napětí dáno vztahem $σ_{lokální}=σ_{použito}×K_{t}$ kde $K_{t}$ je funkcí geometrie značky (poměr hloubky k poloměru). Typická značka broušení s hloubkou da poloměrem kořene ρ dává K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ). Mělký zaoblený důlek (d=5 µm, ρ=10 µm) poskytuje K_t≈1+2×sqrt(0,5)=2.4. Pro hlubokou ostrou značku (d=20 $\\mu$m, $\\rho$=2 odhadujeme $\\cca $_mu$m), 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . Pro aplikované zbytkové napětí 100 MPa je lokální napětí 240-730 MPa – nad mezí kluzu 205 MPa a daleko do oblasti, kde se rychle vyskytuje SCC. Trhlina začíná při koncentraci napětí a postupuje anodickým rozpouštěním na špičce trhliny, řízená aplikovaným napětím, dokud není stěna pláště proražena.

Kvantitativní vztah mezi hloubkou značky broušení a iniciací SCC

Kontrolované testování SCC (nepřetržité zatížení, vzorky U-ohybu nebo C{1}}kroužku) 316 trubek s řízenými značkami hloubkového broušení povrchu (dosažené změnou brusného zrna a rychlosti posuvu) v 500 ppm chloridové vody při 90 stupních stanovilo základní hloubky pro zahájení SCC v určitém časovém období.

Maximální hloubka broušení (µm) Typická drsnost povrchu (Ra, µm) Značka Poloměr kořene (µm, typický) Faktor koncentrace napětí (K_t) Doba do iniciace SCC (hodiny, 500 ppm Cl-, 90 stupňů, 100 MPa zbytkové napětí) Doba do děrování po stěně1 55 mmpp po stěně Cl-, 90stupňová služba<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30 000 Ano (ekvivalent elektroleštění)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 Ano 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15,000 Přijatelné 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8000 Mezní 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4,000 Nedoporučujeme
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1 000–2 000 Nepřijatelné
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
Vliv úrovně zbytkového napětí na přípustnou hloubku značky

Přípustná hloubka brusných stop se velmi liší podle zbytkového tahového napětí pláště. Vyšší zbytkové napětí vyžaduje mělčí značení, aby se zabránilo SCC. Maximální povolená hloubka značky pro mnoho úrovní zbytkového napětí, 500 ppm Cl⁻, 90 stupňů, je uvedena v tabulce níže.

Zbytkové napětí v tahu (MPa) Maximální povolená hloubka broušení po dobu 10 000-hodin Životnost bez SCC (µm) Požadovaná drsnost povrchu (Ra, µm) Doporučený způsob povrchové úpravy<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (nákres)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100–150 (střední kresba)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (jako-ohnuto, žádná úleva od stresu)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Praktický servis chloridových úprav

Následující kritéria povrchové úpravy jsou doporučena pro 316 opláštěné ohřívače pro provoz v chloridové vodě nad 200 ppm při teplotách nad 80 stupňů na základě odhadovaného stavu zbytkového napětí.

Konečný způsob zpracování Maximální hloubka značky broušení Maximální Ra Způsob kontroly Stav zbytkového napětí
Zmírněné pnutí (po tváření žíhané) Bezhrotové broušení, zrnitost 400-600 10 µm 0,5 µm Vizuální + profilometr 50×
Tažené nebo ohýbané (žádné zmírnění tahu) Jemně broušené + jemné leštění 5 µm 0,3 µm Profilometr
Vysoké chloridy Nakreslený Jako ohnutý Elektroleštění (odstranit 20-30 µm)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Jakékoli, pro kritický servisElektropolis + pasivace0 (značky zcela odstraněny)<0.1 µmComplete surface inspection
Polní identifikace SCC vyvolaná značkou broušení

U ohřívačů, u kterých došlo k poruše samozhutnitelného betonu v chloridovém provozu, by měla být lomová plocha prozkoumána z hlediska místa původu lomu. Při zvětšení (100-500×) se místo vzniku trhliny často shoduje se stopou po broušení nebo škrábanci. Značka bude viděna jako ostře ohraničená drážka, často s korozním produktem přednostně shromážděným v drážce. Trhliny SCC se šíří kolmo ke směru značky broušení (pokud jsou značky obvodové, jsou trhliny axiální, a pokud jsou značky axiální, jsou trhliny obvykle obvodové, ale mohou sledovat značku). Pokud jsou přítomny stopy po broušení a provozní prostředí obsahuje chloridy přesahující 200 ppm a teploty vyšší než 80 stupňů, mělo by být podezření na SCC v důsledku stop po broušení. Odpovědí je vyžadovat elektrolyticky leštěné nebo jemně leštěné povrchy pro budoucí nákupy a vyřadit stávající ohřívače nebo vyleštit povrch pláště na místě, pokud je přístupný (zřídka proveditelné).

Závěr: Limity hloubky broušení pro chloridovou službu

Grinding markings >10-12 µm poskytuje koncentrátory napětí a zkracuje dobu iniciace SCC u ohřívačů 316 zapouzdřených z nerezové oceli v 500 ppm chloridové vody při 90 stupních z 20000+ hodin na 2000-5000 hodin. SCC začíná za 500-1000 hodin za normálních úrovní zbytkového napětí v hloubkách hlubších než 20 µm. Pro použití s ​​chloridy by inženýři, kteří vybírají 316 pouzder, měli specifikovat maximální hloubku broušení (např. menší nebo rovnou 8 µm), nebo ekvivalentně maximální drsnost povrchu (např. Ra menší nebo rovnou 0,5 µm) a požádat o ověření profilometrií. V nejnepříznivějších chloridových podmínkách nebo tam, kde nelze zbytková napětí minimalizovat, elektrolytické leštění k odstranění za studena opracované, poškrábané povrchové vrstvy zcela odstraní koncentrátory napětí spojené se stopami po broušení. Zde navrhovaný přístup vztahuje hloubku broušení do souvislosti s měřitelným načasováním iniciace SCC, což umožňuje kupujícímu specifikovat techniky povrchové úpravy, které zabraňují předčasné iniciaci trhlin na povrchových defektech.