Како након{0}}стопа хлађења термичке обраде заваривања од 400 степени до 200 степени утиче на релаксацију заосталог напрезања и отпорност на удубљење завршних капица грејача од нерђајућег челика 316

Прозор критичне температуре за ослобађање од стреса без сензибилизације

Техника заваривања крајњег поклопца ствара заостала затезна напрезања у електричним грејним цевима обмотаним нерђајућим челиком 316, што може проузроковати пуцање од корозије под напоном (СЦЦ) и умањити отпорност на точење у условима хлорида. Ова заостала напрезања се често елиминишу топлотном обрадом након-заваривања (ПВХТ) на 400-450 степени у трајању од 1-2 х. Међутим, брзина хлађења од ПВХТ температуре до 200 степени има значајан, али генерално занемарен ефекат како на степен релаксације напона тако и на отпорност материјала на корозију. Стандард 316 ће ​​исталожити карбиде богате хромом на границама зрна (сензибилизација) ако се полако хлади у опсегу 300-450 степени. Брзо хлађење (гашење ваздухом или водом) задржава структуру ублажену напрезање без преосетљивости. Веза између ПВХТ брзине хлађења, смањења заосталог напрезања и отпорности на удубљење је квантификована у овом чланку, нудећи оквир спецификације за оптимизовану обраду после заваривања.

Супротстављање ефектима ослобађања од стреса и сензибилизације

Две термички активиране реакције се дешавају истовремено током ПВХТ на 400-450 степени у 316 нерђајућем челику. Први је ослобађање од стреса. Преостала напрезања услед заваривања (обично 100–300 МПа) се релаксирају померањем и обнављањем дислокације. Процес је логаритамски и 70-80% заосталог напрезања се ослобађа након 1 сата на 450 степени. Друга фаза је таложење карбида: изнад температура од око 450 степени, хром карбиди могу да настану, иако је преципитација спора. Како се материјал хлади од ПВХТ температуре, он поново пролази кроз опсег сензибилизације (450-850 степени). Међутим, пошто је ПВХТ температура (400-450 степени) испод опсега сензибилизације, додатни карбиди се не таложе током задржавања. Ризик настаје када се пећ споро хлади и температура материјала порасте изнад 450 степени током хлађења? Није – ПВХТ се изводи на 400-450 степени, па ће хлађење почети испод опсега сензибилизације. Прави ризик је за ПВХТ на 500-600 степени (који се понекад користи за темељније ослобађање од стреса) када постепено хлађење на 450-850 степени производи сензибилизацију. Током ПВХТ од 400-450 степени, кључна брига није сензибилизација, већ поновно увођење заосталих напона услед диференцијалног хлађења. Свако неуједначено хлађење (једна страна шава се хлади брже од друге) може створити нова топлотна напрезања од 50-100 МПа која у великој мери негирају предност држања за смањење напона.

Квантификација утицаја брзине хлађења на отпорност на питинг и резидуални напон

Коначно заостало напрезање је процењено дифракцијом Кс- зрака, а отпорност на питтинг је процењена испитивањем критичне температуре удубљења (ЦПТ) у 1 М НаЦл, у опсегу брзина хлађења од 450 степени, 1 сат ПВХТ заварених 316 завршних капа (дебљина зида 1,5 мм) у контролисаним тестовима. Резултати откривају да темпо хлађења има мали утицај на сензибилизацију (сви узорци су остали неосетљиви јер максимална температура никада није прешла опсег сензибилизације), али снажан ефекат на коначни резидуални напон услед ефеката термичког градијента.

ПВХТ Метод хлађења од 450 степени Процењена брзина хлађења (450 степени до 200 степени) Коначни преостали напон при заваривању (МПа) Ефикасност отклањања напона (% од-напона завареног) Критична температура удубљења (степен) (1 М НаЦл) Препоручено за услуге хлорида
Хладна пећ (искључено) 5-10 степени/сат 60-80 60-70 % 52-56 Не (није ефикасно)
Мирни ваздух хладан (хоризонтално) 100-200 степени/сат 40-60 70-80 % 54-58 Погодно за умерене хлориде
Вентилатор принудног ваздуха 300-500 степени/сат 30-45 80-85 % 55-59 Да
Гашење водом (урањање) 1000-2000 степени/сат 20-30 85-90% 56-60Да, најбољи високи хлориди
Без ПВХТ (као-заварени) Н/А 150-250 0 % 50-54 Није за сервис хлорида
Посебан случај ПВХТ на 500-600 степени

In some situations where more comprehensive stress relief is required (e.g. heaters for high pressure duty or severe thermal cycling), PWHT at 500-600 °C for 1-2 hours is occasionally specified. Stress reduction efficiency at these temperatures is 90-95 % however the material is passed through the sensitisation range during heating and cooling. Severe sensitisation is seen in standard 316 (max 0.08 % C) with CPT decreasing to 35-40 °C and slow cooling from 550 °C, inappropriate for any chloride service. For these PWHT temperatures, the cooling rate is crucial. Water quenching from 550 °C (cooling rate >1000 степени/сат до 850-450 степени) потискује сензибилизацију у цеви са танким зидовима, одржавајући ЦПТ око 55-60 степени. Међутим, топлотни удар од воде која гаси заварени део може да изазове изобличење или ломљење. Пожељно решење за било који грејач који захтева ПВХТ изнад 480 степени је да се користи 316Л (максимално 0,03% Ц). 316Л је знатно мање подложан сензибилизацији и има једва незнатне таложење карбида чак и када се полако хлади од 550 степени.

Практичне препоруке за ПВХТ хлађење

За већину од 316 обложених грејача у воденој употреби, предложени ПВХТ је 450 степени у трајању од 1 сата након чега следи принудно хлађење ваздухом (брзина хлађења од 300-500 степени/сат). Овај третман смањује заостала напрезања за 80-85 % и не производи сензибилизацију, јер је максимална достигнута температура испод опсега сензибилизације. Гашење водом нуди нешто веће смањење стреса, али је вероватније да ће се изобличити и ретко је неопходно. Табела у наставку служи као водич за доношење одлука за избор ПВХТ температуре, брзине хлађења и квалитета материјала у зависности од корозивности у раду.

Сервисно окружење Ниво хлорида (ппм) Максимална температура (степен) Препоручена ПВХТ брзина хлађења Категорија материјала
Суво (не-хлоридно) Било Било Било Нема (као-заварено) Н/А 316Л
Низак ниво хлорида<200 <80 450°C, 1 hour Forced air 316 
Умерени хлорид 200-500<80 450°C, 1 hour Forced air or water quench Preferred 316L
Висок ниво хлорида 500-1500<70 450°C, 1 hour Water quench 316L necessary
Very high chloride >1500 <60 500-550oC, 1 hour Water quench 316L (or upgrade to duplex)
Ефикасност ПВХТ-а на верификацији на терену

За{0}}услужне грејаче, где је историја ПВХТ непозната, могу се користити две методе да би се утврдило да ли су заостала напона довољно ослобођена. Први је АСТМ Г38 У-тест савијања, у коме се мали узорак из правог дела грејача савија за 180 степени и ставља у кључајући магнезијум хлорид. Ако се пуцање развије пре 100 сати, заостала напрезања прелазе 100 МПа. Други начин је да се квантификује заостали напон на завару дифракцијом Кс- зрака, али за то је потребна посебна опрема. Ово је реално решење за већину купаца. Ставите ПВХТ спецификације на наруџбеницу и тражите верификацију да ли је испоштована процедура (вријеме, температура, начин хлађења).

Закључак: Спецификација брзине хлађења као дела ПВХТ за сервис хлорида

За крајње поклопце грејача од нерђајућег челика 316, термичка обрада након-заваривања на 450 степени у трајању од 1 сата праћена принудним ваздушним хлађењем даје 80-85% ублажавање напрезања без преосетљивости, значајно повећавајући отпорност на СЦЦ и питтинг у хлоридним срединама. Не препоручује се споро хлађење (у пећи) јер би то умањило ефикасност ублажавања стреса. Гашење водом обезбеђује максимално смањење стреса, али такође повећава сложеност и ризик. 316Л треба навести и гашење водом је потребно за ПВХТ на вишим температурама (500-600 степени) да би се спречила сензибилизација. За сервис хлорида, инжењери који специфицирају ПВХТ такође морају дефинисати температуру задржавања и метод хлађења. Методологија која је овде дата омогућава купцима да изаберу ПВХТ параметре који максимизирају отпорност на корозију, док истовремено спречавају нежељену сензибилизацију која би се могла појавити при неодговарајућем хлађењу, повезујући брзину хлађења са заосталим напрезањем и отпорношћу на питтинг.