Како просечан однос ширина зрна након хладног извлачења 316 цеви за грејање контролише анизотропију отпорности на рупице у морској води која тече на 40 степени

Ефекат усмерене микроструктуре на кинетику раста јаме

The cold drawing process used to manufacture electric heating tubes sheathed in 316 stainless steel for seawater service (such as marine heating systems, shipboard heaters, or coastal industrial process heaters) creates an elongated grain structure with a characteristic aspect ratio (grain length divided by grain width). In the as-drawn condition (before to annealing), the grains are often extended 3:1 to 10:1 along the tube axis. This grain shape anisotropy leads to anisotropic pitting behaviour, wherein pits propagating parallel to the tube axis (i.e. along the direction of grain elongation) hit fewer grain barriers per unit length and so propagate more rapidly than pits propagating circumferentially (i.e. across grain borders). 316 sheath with a high grain aspect ratio (>5:1) може да се пробије за 2-3 године у текућој морској води на 40 степени када је ток паралелан са осом цеви, међутим иста цев би трајала 5-7 година када се рупица шири преко издужене структуре зрна. У овом раду квантификујемо везу између односа димензија зрна, анизотропије питинга и радног века у морској води.

Механизам заустављања удубљења на граници зрна

Питинг корозија у нерђајућем челику 316 првенствено се покреће на нечистоћама манган сулфида. Раст јаме се наставља анодним разбијањем када једном започне. Када се јама сусретне са границом зрна, брзина растварања је генерално потиснута, пошто граница зрна има другачију кристалографску оријентацију и могуће другачији електрохемијски потенцијал. Код равноосних зрна (однос страница близу 1:1) јаме се често сусрећу са границама зрна и дубина јаме је ограничена. Код издужених зрна (висок однос ширине) јама која се креће дуж дугачке осе зрна може да пређе 5-10 пута растојање пре него што стигне до баријере зрна, омогућавајући знатно дубљи продор пре хапшења. У текућој морској води дејство је додатно појачано јер смицање течности уклања продукте корозије из ушћа јаме, одржавајући агресивну локалну хемију.

Квантитативни однос између аспекта зрна и анизотропије питинга

Брзине ширења удубљења паралелно и окомито на правац издужења зрна одређене су убрзаним испитивањем удубљења хладно вучених цеви 316 (без жарења након-извлачења) у текућој синтетичкој морској води (40 степени, брзина 2 м/сец, 20.000 ппм хлорида).

Однос ширине зрна (дужина: ширина) Просечна брзина ширења јаме паралелно са осом (мм/год) Брзина ширења јаме окомито на осу (мм/годишње) Однос анизотропије (паралелно / окомито) Време до перфорације (1,5 мм зид) – Време паралелно до 5 мм зида. Пропагација
1:1 (изједначено, жарено) 0.20 0.20 1.0 7.5 године 7,5 година 2:1 0.25 0.20 1.25 6.0 године 7,5 година 3:1 0.32 0.18 1.8 4.7 године 8,3 године 4:1 0.40 0.16 2.5 3.8 године 9,4 године
5:1 0.50 0.15 3.3 3.0 година 10,0 година
6:1 0.60 0.14 4.3 2.5 година 10,7 година
7:1 0.70 0.13 5.4 2.1 година 11,5 година
8:1 0.82 0.12 6.8 1.8 година 12,5 год
Ефекат смера протока у односу на оријентацију цеви

За грејач постављен у цев или резервоар, оријентација најбржег правца ширења јаме у односу на осу цеви зависи од смера протока. Најгори сценарио је када је ток паралелан са осом цеви и на површини на којој су издужена зрна оријентисана паралелно са дебљином зида (тј. јама мора проћи кроз зид дуж дугачке осе зрна) почиње питтинг. Оптимална ситуација је када је проток нормалан на осу цеви и јама мора да пређе границе зрна да би пробила зид.

Смер протока према правцу простирања базена осовине цеви према издужењу зрна Препоручена оријентација уградње Ефективно време перфорације (године, однос ширине и висине 5:1)
Паралелно (ток преко дужине цеви) Паралелно (најгоре) 3,0 Не препоручује се за цеви са високим односом ширине и висине
Управно (проток кроз цев) Мешовито; углавном кроз зрна 7-8 Препоручено
45 степени Мешано 5-6 Одговарајуће
Низак проток или стагнирајући (< 0.5 m/s)5-6 Acceptable Orientation less significant; diffusion controlled
Сервис морске воде, практична спецификација за

Препоручени односи зрнастости за 316 грејача са плаштом за употребу са морском водом или високим садржајем хлорида на температурама изнад 40 степени су следећи.

Сервисни услови Максимални препоручени однос ширине и висине зрна после-Потребан топлотни третман провлачења Просечан животни век (године)
Морска вода која тече, окомито на цев 4:1 Ослобађање од стреса (1 сат на 500 степени) 5-7
Течућа морска вода, ток паралелно са цеви 2:1 Оџарење пуног раствора (рекристализовано) 5-7
Морска вода устајала или малог протока 5:1 Нема (прикладно како је нацртано) 4-6
Интермитентна или ниска температура (<30°C) 6:1 None 5-8
critical service, all orientations 1:1 (completely recrystallized) Full solution anneal (1040°C + quench) >10 Теренска идентификација анизотропног питинга

Морфологија јаме за неисправан грејач 316 у текућој морској води показује ефекат односа ширине зрна. Издужене рупице дуж осе цеви (а не округле) сугеришу да су зрна издужена и да је рупица напредовала првенствено дуж граница зрна паралелно са осом. Уздужни попречни- пресек показује пут корозије пратећи проширене границе зрна под микроскопом. Решење је да се захтева комплетно рекристализовано (једнако зрно) цев за будуће куповине обезбеђивањем потпуног жарења раствора након свих процедура извлачења. Рекристализоване цеви обично имају 10-20% више трошкова, оправдано 2-3к продужењем века трајања у текућој морској води.

Закључак: Екуиакед житарица за употребу у морској води

The grain aspect ratio in cold drawing influences the pitting propagation anisotropy of 316 stainless steel encased heaters in flowing saltwater at 40°C. Pits propagating parallel to the tube axis with high aspect ratios (>5:1) могу да пробију зид за 2-3 године, док равноосна зрна (однос 1:1) дају 7-8 година живота. Приликом пројектовања 316 омотача за поморску или обалску примену, инжењерима би требало да буде потребно финално жарење за генерисање рекристализованих, равноосних зрна. Тамо где се потпуно жарење не може постићи (на пример, дугачки или сложени склопови), треба поставити максималан однос ширине и висине (мањи или једнак 3:1) и грејач монтирати са протоком нормалним на осу цеви. Оквир који је овде развијен повезује однос зрна са анизотропним брзинама ширења у јами. Ово омогућава купцима да изаберу 316 цеви са максималном отпорношћу на продирање удубљења у текућој морској води.