Како еквивалентна дубина исцрпљивања садржаја хрома у завареним спојевима цеви омотача грејача 316 контролише осетљивост на интергрануларну корозију у кључању азотне киселине

Микроструктурни градијент у зони -захваћеној топлотом шава (ХАЗ) као параметар корозије

У оксидирајућим киселим срединама, зона{0}}захваћена топлотом (ХАЗ) у близини линије за спајање шава је најосетљивија област за међугрануларну корозију (ИГЦ) у случају електричних грејних цеви од 316 обложених нерђајућим челиком којима су потребни заварени завршни поклопци или прирубнице, као што су грејачи под притиском или грејачи са високотемпературним грејачима. Током заваривања, ХАЗ доживљава топлотни циклус који може делимично да раствори постојеће карбиде и поново исталожи карбиде хрома на границама зрна након хлађења. Смањење хрома које је уследило протеже се до неке дубине од границе зрна и квантификује се као еквивалентна дубина смањења садржаја хрома (обично 50-500 нм). Дубина осиромашења хрома у кључалој 65% азотној киселини (АСТМ А262 пракса Ц) је већа од 200 нм, а концентрација хрома на граници зрна је мања од 12%. Интергрануларни напад се одвија брзо, стварајући губитак тежине од 0,5-2 мм/годишње. Овај рад мери везу између дубине исцрпљивања хрома, концентрације хрома на граници зрна и брзине ИГЦ у завареним омотачима од 316.

Механизам трошења хрома заваривањем

Током заваривања нерђајућег челика 316 зона утицаја топлоте (ХАЗ) се загрева на температуре између 600 степени и 1.300 степени. У загрејаном подручју изнад око 1050 степени постојећи карбиди се потпуно растварају и хром и угљеник су у чврстом раствору. Са опадањем температуре, ХАЗ пролази кроз опсег сензибилизације (450-850 степени) темпом који је функција дебљине зида, предгревања и услова околине. Танки{14}}плашци грејача (1,5-2,0 мм) се охладе прилично брзо (10-30 секунди кроз опсег сензибилизације) често спречавајући било какво значајно поновно таложење карбида. Међутим, када се направи више пролаза завара или када је омотач заварен на дебелу прирубницу (која делује као хладњак), брзина хлађења је спорија и карбиди хрома могу да се таложе на границама зрна, стварајући зону осиромашену хромом ширине 50-500 нм са локалним садржајем хрома од свега 5-10% (в9% бу-17%). Одговарајућа дубина смањења садржаја хрома је ширина области у којој је хром мањи од критичне вредности од 12%.

Квантификовани однос између дубине исцрпљивања и брзине корозије у интергрануларној корозији.

Однос је успостављен контролисаним заваривањем цеви од 316 (зид 1,5 мм) са различитим уносима топлоте (0,5-3,0 кЈ/мм) и брзинама хлађења праћено мерењем дубине исцрпљивања хрома Аугеровом електронском спектроскопијом (АЕС) и ИГЦ тестирањем у кључању од 65% циклуса, сваки од 45% ХНО₃.

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (много пролаза)<5 >500 <6 >3.50 Неуспех (распад) Неприхватљиво
Утицај садржаја угљеника на дубину исцрпљивања

За исту брзину хлађења, Стандард 316 (0,08% Ц) даје дубље зоне исцрпљивања од 316Л (0,03% Ц) јер има више угљеника за формирање карбида.

Брзина хлађења (степен/с) (450-850 степени) Дубина исцрпљивања у 316 (0,08% Ц) (нм) Дубина исцрпљивања у 316Л (0,03% Ц) (нм)316 ИГЦ брзина (мм/годишње) 316Л ИГЦ стопа (мм/година) Препоручена 10 услуга за АЦ 10<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1.50 > .60 Потребно је жарење након-заваривања за оба
Практичне спецификације за заваривање услуге азотне киселине

За грејаче са плаштом 316 за употребу у кључалој азотној киселини или другим оксидирајућим киселинама, следећи захтеви за заваривање ће минимизирати дубину исцрпљивања хрома и обезбедити отпорност на ИГЦ.

Сервисни услови Максимална дозвољена ИГЦ брзина (мм/година) Предложени процес заваривањаМаксимални унос топлоте (кј/мм) Тест прихватања након третмана заваривања
Интермитентно, разблажено (20% ХНО3) 0,3 ГТАВ, један пролаз 1,5 Нема (ако је 316Л) АСТМ А262 Пракса А