Да ли хладно савијање омотача од нерђајућег челика 316 за грејаче за урањање у облику слова У-трансформише задржани аустенит у мартензит изазван деформацијом-индукованим напрезањем и убрзава питтинг у води на ниској-хлоридној-точној води?

Металуршки ризик од формирања У-облика или прилагођених савијених електричних грејних цеви од нерђајућег челика 316 се обично занемарује у стандардним захтевима за корозију. Процес савијања, посебно када се користе мали радијуси на хладно вученим цевима, резултира пластичном деформацијом, која трансформише метастабилни задржани аустенит у мартензит изазван деформацијом-. Овај прелаз смањује ефективни еквивалентни број отпорности на точење (ПРЕН) савијене површине, чак и када основни материјал технички задовољава 316 захтева за састав. Електрохемијско испитивање експерименталних података открива да критичне температуре удубљења (ЦПТ) у хладно савијеним деловима омотача од 316 нерђајућег челика могу бити 15-25 степени ниже од несавијених делова од исте топлоте. У апликацијама где вода има мало хлорида, али има високу температуру (нпр. 80 до 95 степени Ц, 50 до 100 делова на милион Цл⁻), ово смањење обично помера савијену зону из пасивног у активно стање удубљења у року од неколико месеци рада, што доводи до превременог квара грејача. Овај чланак процењује везу између радијуса савијања, фракције мартензита изазване деформацијом и осетљивости на удубљење и пружа оквир за избор за инжењере дизајна који специфицирају формиране 316 потопне грејаче од нерђајућег челика за умерено оштре водене средине.

Металуршки механизам напрезања-индукованог мартензита у хладно савијеном нерђајућем челику 316
Аустенитна структура нерђајућег челика 316 је термодинамички стабилна само при одређеној енергији грешке слагања. Испод почетне температуре мартензита (Мс), механичка деформација је процес хладног рада у коме је доведена енергија довољна да изазове смичући прелаз из -центрираног кубног аустенита ($\\гамма$) у -тетрагонални мартензит центриран на тело ($\\алпха'$). Мс температура нерђајућег челика 316 је око -40 степени. Међутим, мартензит изазван деформацијом се види на собној температури за истинско пластично напрезање преко критичне количине. Савијање доводи до притиска на спољна влакна омотача и компресију на унутрашња влакна. ε=т/2Р где је Р радијус савијања до средишње линије цеви, т је дебљина зида, а ε је максимално пластично напрезање на страни затезања. За 2Д савијање стандардне цеви ОД 12 мм са дебљином зида од 1,2 мм до полупречника средишње линије од 24 мм, спољна деформација влакна је 0,05 (5%). При радијусу од 15 мм (савијање од 1,25Д), деформација се повећава на 0,08 (8%). Мерења са Фисцхер феритоскопом показују да у нерђајућем челику 316 деформација затезања од 5% резултира око 8-12% а' мартензита, а 8% деформација резултира 15-25% мартензита.

Производња мартензита има двоструки утицај на отпорност на корозију. Прво, мартензит је мање растворљив у хрому и молибдену од аустенита и доводи до мрља осиромашених хромом на границама фаза. Друго, мартензит је катодна фаза у односу на аустенит, што резултира формирањем галванских микроћелија и анодним растварањем суседног аустенита. Потенциодинамичка поларизациона скенирања у раствору хлорида од 100 ппм на 80 степени показују да хладно савијени нерђајући челик 316 са 15% мартензита има потенцијал питинга од +150 мВ наспрам Аг/АгЦл, док исти материјал у потпуно рекристализованом стању има потенцијал питинга од +350 Промена од 200 мВ значи да је савијеном региону потребно много мање анодне поларизације да би се покренуле јаме.

Квантитативни однос између полупречника савијања и трајања удубљења
316 грејача од нерђајућег челика у облику слова У- (дебљине 1,5 мм, пречника 12 мм) су подвргнути контролисаним експериментима урањања у синтетичку воду за хлађење (80 ппм Цл−, 200 ппм СО42−, пХ 7,2, 85 степени) да би се демонстрирао обрасци квара радијуса флукса на површини као функција топлоте к 8 В/цм 2 . Квар је дефинисан као перфорација услед удубљења на врху спољне кривине.

Радијус савијања 36 мм (3Д, деформација≈3,3%): Просечан квар удубљења после 2100 х. Садржај мартензита на савијеном врху 6% Иницијација на више места, споро размножавање.

Полупречник савијања 24 мм (2Д, деформација 5,0%): Просечно оштећење удубљења после 1150 х Садржај мартензита: 11% Јамице које се првенствено нуклеишу на врховима затезне бочне деформације.

Радијус савијања 18 мм (1,5Д, деформација 6,7 %). Просечан квар при питингу 550 сати. садржај мартензита 18 %; Локализована корозија у прстену од 2 мм на спољној кривини.

Радијус савијања 12 мм (1Д, деформација 10%): просечно оштећење удубљења после 180 х. Садржај мартензита: 27 %. Брза перфорација са пуцањем у неким случајевима.

У апликацијама са већом концентрацијом хлорида (300-500 ппм) у процесној води, век трајања удубљења на сваком радијусу савијања се смањује за још један фактор од 2-3. Алтернативно, за температуру воде испод 50 степени, мартензит-индуковано убрзање таложења је безначајно, јер је критична температура питинга виша од радне температуре чак и за савијене делове.

Термички и механички ефекти локализованог питинга на кривинама.
Дизајн који фокусира напон на радијусу савијања чини неуспех удубљења посебно проблематичним. Када се јама пробије кроз зид омотача, унутрашњи грејни елемент (обично НиЦр или ФеЦрАл жица) је изложен процесној течности. У системима базираним на води ово ствара тренутни квар на земљи и искључивање грејача. Међутим, изоловане вруће тачке се развијају у јамама делимичне{3}}дебљине чак и пре пуне перфорације због веће топлотне отпорности и локализоване густине струје у преосталој дебљини зида на дну јаме. Инфрацрвена термографија грејача са 30% пенетрације у зид на кривини указује на повећање температуре површине од 35–50 степени у односу на температуру омотача око кривине. Ова врућа тачка повећава корозију и може да изазове опекотине-жице унутрашњег отпора услед локализованог прегревања. Чак иу системима под притиском, јама делимичне дубине може послужити као подизач напрезања и иницирати заморне пукотине када је грејач подвргнут термичком циклусу.

Заостала затезна напрезања изазвана савијањем такође узрокују пуцање од корозије под напоном (ССЦ) у одређеним условима. Комбинација заосталог затезног напона (обично 100-250 МПа на савијању спољашњег влакна), мартензита и повећане температуре изазива синергистички механизам квара у условима који садрже хлорид-за нерђајући челик 316. Доступне су историје случајева за хемијске серијске реакторе, где је 316 грејача у облику У-, савијених до 1,5Д радијуса у 200 ппм Цл-услуга на 95 степени, отказало под трансгрануларним СЦЦ после 300 сати, док су идентични грејачи савијени до 3Д радијуса0 радили скоро 30 сати.

Водич за избор радијуса савијања према нивоу хлорида и радној температури
Следећа матрица одлучивања помаже инжењерима да дефинишу минималне полупречнике савијања за електричне грејне цеви од У-облика и прилагођене-формиране од нерђајућег челика 316. За сваку комбинацију концентрације хлорида и максималне температуре омотача, дат је препоручени минимални однос Р/т (радијус савијања подељен са спољним пречником цеви) да би се ограничио развој мартензита на мање од 5%.

Максимална концентрација хлорида (ппм) Максимална температура омотача (степен ) Препоручени минимални радијус савијања (више ОД цеви) Предвиђени питтинг-Слободан век (сати) Да ли вам је потребна накнадна-термичка обрада савијања?
< 50 < 60 2.0 D > 5000 No 50 – 100 < 60 2.0 D > 4000 No 50 – 100 60 – 90 2.5 D > 3000 No 50 – 100 90 – 110 3.0 D > 2000 Recommended (solution anneal if possible)
600 > 90 4.0 Д > 600 је потребно + размотрити надоградњу легуре (Инцолои 825) > 600 > 100 4.5 Д > 500 потребно + размотрити надоградњу легуре (Инцолои 825) > 600 > 100 5.0 Д > 400 потребно надоградњу легуре (8 Инцолои 825) 100 6.0 Д > 300 Потребно + размотрити надоградњу легуре (Инцолои 825) > 600 > 100 7.0 Д > 200 Потребно + размотрити надоградњу легуре (Инцолои 825) > 600 > 100 8.0 Д > 100 Потребно је + Узмите у обзир било коју легуру 0 0 хладну легуру 0 савијте се, користите праве грејаче или вруће{31}}обликоване кривине Није прикладно Користите 316 право или пређите на отпорнију легуру
За апликације које захтевају компактне У-савијање мање од 2,5Д у условима умереног хлорида, произвођачи могу да изаберу да користе процедуру жарења после-савијања раствором, загревање на 1050 степени праћено брзим гашењем водом, да би рекристалисали напету структуру и уклонили мартензит. Међутим,-жарење завршених склопова грејача обично није могуће јер унутрашњи грејни елемент и завршни заптивачи не могу да толеришу ове температуре. У овим околностима, практичан одговор би био да се наведе већи радијус савијања или боље обликована, али и даље{7}}отпорна на корозију, легура као што је 316Ти (која има додат титан за стабилизацију карбида и мању склоност формирању мартензита).

Додатни кораци за смањење корозије{0}}повезане са савијањем
Када ограничења дизајна захтевају уски радијус савијања на омотачу од нерђајућег челика 316, три техничке методе могу делимично повратити отпорност на корозију. Напрезање спољашњег влакна је пропорционално т/Р. Дакле, што је дебљи зид цеви пре савијања, то је мање напрезање спољашњег влакна за дати полупречник савијања. Зидна цев од 1,8 мм савијена до радијуса 1,5Д има ниже напрезање од зидне цеви од 1,2 мм савијене у истом радијусу. Ово резултира смањењем производње мартензита за око 30%. Друго, навођење ниског угљеника 316Л (максимално 0,03% Ц) за разлику од 316 (0,08% Ц) ће повећати отпорност на сензибилизацију током савијања и било каквог накнадног заваривања, али неће директно спречити стварање мартензита. Треће, операција електрополирања после савијања елиминише танак површински слој (20–50 µм) са максималном густином мартензита и деформацијама{18}}индукованим недостацима. Електрохемијска испитивања показују да електрополирање 1,5Д кривине доводи потенцијал питинга до 50 мВ од несавијеног стања и повећава век трајања за фактор три у односу на неполиране кривине.

Радијуси савијања за урањајуће грејаче од нерђајућег челика 316 за тешке услове рада
Инжењери пројектаната који траже понуде за електричне грејне цеви од нерђајућег челика 316 у облику слова У- или по мери савијених 316 треба да наведу минимални радијус савијања умножак спољашњег пречника цеви, очекивану концентрацију хлорида и максималну радну температуру процесне течности. Немојте веровати да је стандардни радијус савијања произвођача у реду за вашу хемију воде (обично 2Д или 1,5Д). За нове инсталације са тврдоћом воде и нивоима хлорида који су типични за општинско снабдевање (50-150 ппм Цл-, 60-80 степени радне температуре) обезбедите минимални 3Д радијус савијања да бисте обезбедили концентрацију мартензита испод 5% и предвиђени животни век-без питинга-више од 10 сати,0 сати. Ако ограничења простора диктирају савијање јаче од 2,5Д, затражите од добављача мерења мартензита изазвана деформацијом-(феритскопом или дифракцијом рендгенских зрака) на кривинама узорка и размотрите електрополирање или процедуру ослобађања напрезања након савијања. Третирајући радијус савијања као променљиву дизајна на једнаким основама са дебљином зида и полирањем површине, процесни инжењери могу спречити превремене кварове који не проистичу из правих делова, већ из осетљивог спољашњег влакна сваке кривине.