Како проценат претходног рада на хладно од смањења пилотске цеви на омотачу грејача од 316Л контролише анизотропију стопе ширења питинга у уздужним у односу на попречне правце у 5000 ппм хлоридној води на 50 степени

Микроструктурно поравнање услед деформације и њеног утицаја на геометрију јаме

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, тј. удубљења се шире 5× брже дуж осе цеви него око обима. Ова анизотропија може довести до преурањене уздужне перфорације чак и са значајним просечним губитком зида у 5000 ппм хлоридне воде на 50 степени. У овом истраживању се квантификује веза између процента хладног рада, односа анизотропије питинга и ефективног века трајања.

Механизам анизотропног ширења јаме

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30% хладни рад). Друго, инклузије манган сулфида (МнС) које су кључне локације за иницијацију јаме израстају у струне оријентисане паралелно са осом цеви. Треће, деформационе траке и дислокацијске ћелије су поређане уздужно. Када се јама покрене, она се шири првенствено дуж ових усклађених карактеристика. Јама може да мигрира велике дужине дуж уздужне осе без граница зрна или зона без инклузије. У попречном правцу јама мора да пресече границе зрна и инклузије, успоравајући ширење.

Квантификација корелације између хладног рада и питинг анизотропије

Следећи односи анизотропије су одређени из контролисаног хладног извлачења цеви од 316Л (потпуно жарени почетак, 2,2% Мо, 0,02% Ц) до различитих процената редукције, праћено тестирањем урањања у 5.000 ппм Цл -воде (пХ 7,0,50 ае0 степени) дубине у уздужном (паралелно са осом) и попречном (ободно) правцу.

Хладни рад (%) Однос ширине зрна (дужина: ширина) МнС дужина стрингера (мм) брзина ширења уздужне јаме (мм/год) Стопа раста попречне јаме (мм/год) Однос анизотропије (дужи/транс) Време до уздужне перфорације (1,5 мм попречни зид за године) (1,5 мм попречни зид, године) 5,000 ппм Цл^-, 50 степени Услуга 0 (жарено) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 бр
Утицај концентрације хлорида на степен анизотропије

Повећање садржаја хлорида више повећава уздужно ширење него попречно, а самим тим и однос анизотропије.

Садржај хлорида (ппм) Однос анизотропије при 20% хладног рада уздужно (мм/ан) попречна брзина (мм/год) Ефективни фактор смањења века (лонгитудинално) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (основна линија) 3,000 3.5}:{5{6× 10,000 6:1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Практичне препоруке за услуге високог-хлорида

Следећа ограничења хладног рада и разматрања дизајна примењују се за грејаче у кућишту од 316Л у 5000 ппм Цл⁻ воде на 50 степени.

Жељени радни век, године. Максимални рад на хладном за контролу питинга, % максимални дозвољени однос анизотропије. Предложена производна спецификација Зажарено или извучено светлом 5-8 10-15 2.0: 1 Светло цртање, ослобађање напрезања 3-5 15-20 (не препоручује се) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Верификација ризика од питтинга

Постоје два начина верификације за купце са прецизним ограничењима анизотропије питинга. Први је металографска процена односа ширине и висине зрна на уздужном пресеку. Прихватање: Однос ширине и висине зрна<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Закључак: Спецификација ограничава рад на хладном за контролу анизотропије питинга

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15-20%, што доводи до анизотропног ширења питинга са уздужним брзинама 3-5× бржим од попречних брзина. Ова анизотропија утиче на ефективни радни век за 30–50% у поређењу са жареним материјалом. Инжењери који специфицирају омоте од 316Л за рад у окружењима са високим садржајем хлорида морају ограничити претходни рад на хладно на<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20% захтева накнадно-жарење за рекристализацију структуре зрна и елиминацију анизотропије. Овде описани модел корелира проценат хладног рада са односом анизотропије питинга и временом перфорације у 5.000 ппм Цл- на 50 степени, омогућавајући купцу да одабере редукције извлачења које неће узроковати рано уздужно оштећење удубљења.