Proč vyžaduje tloušťka stěny pláště 316 z nerezové oceli menší než 1,1 milimetru dodatečné-žíhání zápustkou, aby se zabránilo praskání způsobené korozí napětím v aplikacích s horkou mořskou vodou?

Kombinace zbytkového tahového napětí z pěchování a vystavení působení chloridů představuje vysoké nebezpečí korozního praskání pod napětím pro výrobní inženýry a specialisty na korozi odpovědné za elektrické ponorné ohřívače v systémech chlazených mořskou vodou, odsolovacích zařízeních a pobřežních plošinách. Korozní praskání pod napětím je charakterizováno současnou přítomností tří podmínek (článek 10): citlivý materiál, tahové napětí a chloridové prostředí přesahující 60 stupňů. Metoda pěchování použitá ke kondenzaci izolace z oxidu hořečnatého vytváří velká zbytková tahová napětí na vnitřním povrchu pláště 316. Tato zbytková napětí jsou zvláště silná u tenkostěnných plášťů pod 1,1 mm a prodlužují větší procento tloušťky stěny a poskytují téměř souvislý kanál pro iniciaci a šíření lomu. Tato zbytková napětí mohou být uvolněna a náchylnost ke koroznímu praskání značně snížena dodatečným-žíháním, tj. zahřátím hotové sestavy ohřívače na 1050 stupňů a rychlým kalením. Studie kvantifikuje souvislost mezi tloušťkou stěny, množstvím zbytkového napětí a potřebou následného žíhání pro použití s ​​mořskou vodou.

Velikost zbytkového napětí vs. tloušťka stěny po pěchování
Během procesu pěchování je trubka 316 opracována za studena, protože průměr je zmenšen o 15-30 % kolem jádra naplněného MgO. Opracování za studena vytváří dislokace a deformaci zrna a ukládá elastickou energii jako zbytkové napětí. Rentgenová difrakční měření zbytkového napětí provedená na vnitřním povrchu 316 zhutněných plášťů odhalila značnou inverzní závislost na tloušťce stěny. Zbytkové tahové napětí na vnitřním povrchu pro tloušťku stěny 0,8 mm se pohybuje od +250 do +350 MPa. Pro tloušťku stěny 1,0 mm je rozsah +200 až +280 MPa. U stěny 1,2 mm je rozsah snížen na +150 až +220 MPa. Pro stěnu 1,6 mm je rozsah +100 až +160 MPa. Zbytková napětí jsou snížena na +50 až +100 MPa ve stěně o tloušťce 2,0 mm. Tyto hodnoty jsou blízko nebo za prahem pro korozní praskání pod napětím v teplém chloridovém prostředí, což je asi +150 MPa pro nerezovou ocel 316 ve slané vodě při 60 stupních . Plášte, jejichž vnitřní povrchové zbytkové napětí je vyšší než 150 MPa, pravděpodobně iniciují trhliny během několika měsíců po expozici. Pod 100 MPa je riziko podstatně menší. Tudíž pláště s tloušťkou stěny pod asi 1,2 mm mají vnitřní povrchová zbytková napětí překračující bezpečnou úroveň, zatímco pláště nad 1,6 mm jsou normálně pod prahovou hodnotou. Pro střední rozsah 1,2–1,6 mm se nebezpečí vztahuje ke specifickému snížení pěchování a teplotě mořské vody.

Proces žíhání a jeho vliv na korozní odolnost a zbytkové napětí .
Plášť 316 je žíhán po pěchování při 1 050 stupních po dobu 15 až 30 minut v ochranném prostředí, obvykle argon nebo disociovaný čpavek, aby došlo k rekrystalizaci za studena -zpracované struktury zrna. Metoda téměř úplně eliminuje zbytkové napětí, čímž se hodnoty vnitřního povrchu sníží na cca ±20 MPa bez ohledu na počáteční tloušťku stěny. Ale žíhání má 3 možné nevýhody. Za prvé, vysoká teplota může zoxidovat odporový drát uvnitř, pokud není prostředí správně spravováno. Slitiny niklu a chrómu vytvářejí ochranný oxid při 1 050 stupních, ale silná oxidace zmenšuje průřez drátu a snižuje životnost ohřívače. Za druhé, žíhání změkčí plášť 316, čímž se sníží jeho mechanická pevnost a tlak na přibližně 20–30 % jeho hodnoty tažené za studena-. Ohřívač dimenzovaný na 40 barů v napěchovaném stavu může být po žíhání snížen na 30 barů. Za třetí, pomalé rychlosti ochlazování během žíhání mohou způsobit senzibilizaci, tj. vysrážení karbidu chrómu na hranicích zrn. Rychlé chlazení, často vodní nebo nucené chlazení plynem, zabraňuje senzibilizaci a zachovává odolnost proti korozi. Dobře-provedené žíhání neovlivňuje odolnost vůči důlkové nebo štěrbinové korozi. Může dokonce zlepšit homogenitu pasivního povlaku. U tenkostěnných plášťů pod 1,1 mm výhody zmírnění zbytkového napětí výrazně převyšují nevýhody, protože jinak by byla životnost omezena na měsíce a nikoli roky kvůli praskání korozí pod napětím.

Požadavky na žíhání a matice tloušťky stěny pro servis mořské vody
Následující tabulka shrnuje pokyny pro následné-žíhání 316 plášťů pro použití s ​​horkou mořskou vodou při teplotách přesahujících 60 stupňů. Hodnoty pro nepřetržité nebo přerušované vystavení chloridům a projektovaná životnost delší než dva roky.

Tloušťka stěny pláště Zbytkové napětí na vnitřním povrchu Riziko namáhání Koroze praskání Kování bez sloupku-Žíhání žíhání žíhání Doporučené alternativní doporučení
Pod 0,8 mm Nad 350 MPaVelmi vysoká; týdny neúspěchu Povinné Upgrade ze silnější stěny nebo slitiny?
250 – 350 MPa 0,8 – 1,0 mm Výška; porucha za 1 – 6 měsíců Povinné žíhání požadované pro všechny služby s mořskou vodou
1,0 – 1,2 mm 200 – 280 Mpa Střední až vysoká; selhání po 6–18 měsících Vysoce doporučeno Přijatelné bez žíhání Pouze pro přerušovaný provoz
1,2 – 1,4 mm 150 – 220 MPa Střední; Selhání po 1–3 letechPro trvalý provoz Doporučená kontrola každý rok bez žíhání 1,4 – 1,6 mm 100 – 160 MpaNízká až střední; selhání za 3 až 5 let Volitelná 5letá životnost může být adekvátní bez žíhání
1,6 – 2,0 mm 50 – 100 MPaLow – není pravděpodobné, že by se v příštích 5 letech zhroutila Nepřínosné Žíhání není příliš výhodné
Přes 2,0 mm< 50 MPaVery low Not necessaryNo annealing needed, might weaken strength
Pro pochvy ve slané vodě nad 60 stupňů a pod 1,2 mm je specifikování žíhání po zápustce rozdílem mezi ohřívačem, který selže za jeden rok, a ohřívačem, který vydrží pět nebo více let. Dodatečné náklady na žíhání, obvykle 15-25 % nákladů na ohřívač, jsou kompenzovány zvýšenou životností a odstraněným rizikem neočekávaného prasknutí.

Praktické aspekty specifikace žíhaných tenkých-stěnových plášťů
Tenkostěnné 316 pláště by měly být dodatečně- žíhány inženýry a do specifikace nákupu by měly být zahrnuty tři další požadavky. První požadavek na certifikaci prostředí žíhání a rychlosti chlazení. Osvědčení o shodě, že žíhání bylo provedeno v -neoxidačním prostředí při 1,050 15 stupni po dobu minimálně 15 minut a vodou kalené nebo nuceně chlazené plynem zajišťuje správné zpracování. Zadruhé požadujte test senzibilizace v souladu s ASTM A262 Practice E. Test se skládá z ponoření vzorku žíhaného materiálu pláště do vroucího roztoku síranu měďnatého a vyšetření na intergranulární napadení. Hodnocení vyhovění znamená, že žíhání nevedlo ke senzibilizaci. Třetím je vyžadovat ověření, že vnitřní odporový drát nebyl zoxidován a poškozen. Jednoduchý test izolačního odporu při pokojové teplotě-minimálně 100 megaohmů{18}}potvrzuje, že MgO a vodič jsou stále na svém místě. Ohřívače, které byly nesprávně žíhány na vzduchu, mohou mít odporový drát zcela zoxidovaný a ohřívač bude vykazovat zkrat nebo velmi nízký odpor. Pro velkoobjemovou výrobu by měli inženýři hledat destruktivní vzorky průřezu z počátečního výrobního cyklu, aby potvrdili strukturu zrna a nedostatek mezikrystalových karbidů. Tato kvalifikace je relativně levná ve srovnání s náklady na provozní poruchy v aplikacích s mořskou vodou, kde selhání ohřívače obvykle vede k odstavení nádoby, vypouštění a čištění. Správně žíhaná tenká-stěna 316 kombinuje výhody tepelné odezvy tenkých stěn a odolnost silných stěn proti praskání korozí - to nejlepší z obou světů, když je vyžadováno rychlé zahřátí a odolnost vůči mořské vodě.