Како проценат преосталог издужења од испитивања затезања цеви плашта од нерђајућег челика 316 корелира са формабилности и отпорношћу на корозију на пуцање током савијања грејача

Параметар дуктилности: Контролисање производности и века трајања

Проценат преосталог издужења измерен у стандардном тесту затезања (процентуално издуживање након лома) цеви од нерђајућег челика 316 које се користе за прављење обложених електричних грејних елемената је кључни показатељ два наизглед неповезана својства перформанси. Веће вредности издужења (обично 40-50% за потпуно жарени 316) у -приманом стању указују на добру формабилност и способност савијања у уским полупречникима без ломљења или прекомерног повратног одступања. Међутим, исте микроструктурне карактеристике које покрећу брзо издуживање-великих зрна аустенита са равном осовином са малом густином дислокације-такође повећавају осетљивост на пуцање од корозије под напоном (СЦЦ) у условима врућег хлорида. С друге стране, цев са умереним издужењем (25 до 35 процената од делимичног хладног рада) има бољу отпорност на СЦЦ, али је склона пуцању током операција савијања. Овај рад пружа квантитативно разумевање односа између процента истезања при затезању, ограничења формације савијања и-отпорности СЦЦ у употреби и предлаже оквир спецификације за балансирање производног приноса са дуготрајном поузданошћу.

Металуршка основа инверзне везе између дуктилности и отпорности на СЦЦ

% издужења нерђајућег челика 316 контролише се углавном величином зрна и густином дислокације. Потпуно жарена цев (раствор жарен на 1040–1100 степени праћен брзим гашењем) има просечну величину зрна АСТМ 6–8 (30–50 µм), ниску густину дислокације (10⁸–10⁹ цм⁻²) и вредности елонгације од 45–5 десетина у типичном лонгитудина тесту. Ова висока дуктилност омогућава да се цев савије до уских полупречника (однос Р/Д од чак 1,5) без пуцања јер зрна могу клизити и ротирати како би испунила пластичну деформацију. Међутим, велика зрна и јасне границе зрна нуде континуиране путеве за ширење СЦЦ-а. У загрејаном хлоридном окружењу (60-100 степени, 500-2000 ппм Цл⁻) пукотине настају на степеницама клизања на површини и шире се трансгрануларно дуж кристалографских равни. У структурама са великим зрном пукотина може достићи 100–200 µм пре него што наиђе на зрнасту баријеру која може да је преусмери или заустави. Мала количина претходног хладног рада (смањење од 10-20%, што резултира вредностима издужења од 25-35%) резултира значајном густином дислокација и стварањем деформационих трака и мартензита изазваног деформацијом. Ове карактеристике делују као препреке за ширење лома тако што стварају кривудаве путеве и мењају стање напона на врху прслине. Отпорност СЦЦ је побољшана за 3-5 пута што је одређено временом до отказивања у испитивању кључања магнезијум хлорида. Међутим, исти рад на хладном такође смањује преосталу способност обликовања за савијање. Цеви са издужењем од 25% се обично могу савити до Р/Д односа од само 2,5-3,0 пре него што се појаве површинске пукотине, у поређењу са 1,5-2,0 за потпуно жарени материјал.

Квантификација граница формабилности савијањем у функцији издужења

Минимални радијус савијања за цеви од нерђајућег челика 316 без ломљења је уско повезан са уједначеним издужењем материјала. Уједначено издужење је напрезање при којем почиње грчење. За одређени проценат издужења (е) минимални полупречник савијања Р мин у односу на спољни пречник цеви Д је око Р мин /Д=(50/е) - 0.5 за уобичајене пречнике цеви. Овај емпиријски однос, заснован на подацима испитивања савијања за цеви од 10 до 20 мм ОД, је користан водич за одређивање стања цеви у односу на жељену савијену геометрију. За грејач коме је потребно савијање од 1,5Д (радијус 15 мм на цеви од 10 мм) потребно је издужење око 45-50 %, стога је потребна потпуно жарена цев. За 2.5Д савијање, потребно издужење је смањено на 28-33% омогућавајући употребу благо хладно-обрађених (четврт тврдих) цеви. За кривине од 4Д или веће, довољно је издужење од 20-25 % и може се користити полутврда цев. Следећа табела даје неке посебне информације у вези са захтеваним односом савијања, минималним затезним издужењем које је потребно за формирање без пукотина и последицама које произилазе по отпорности на СЦЦ у раду.

Неопходан однос радијуса савијања (Р/Д) Минимално потребно издужење да би се избегло пуцање (%) Препоручено стање цеви (тврдоћа/Хладан рад Врући хлорид СЦЦ отпорност (у односу на потпуно{0}}жарени) Максимални препоручени хлорид (ппм) на 91.0 степени и 5 степени затегнуто савијање. 48-55 Потпуно жарено (80-90 ХРБ, 150-180 ХВ) Основна линија (1×)<300
1,5-2,0 (стандардни У-завој) 40-48 Потпуно жарено или лагано жарење Основна линија до 1,2×<400 2.0-2.5 33-40 Quarter-hard (88-95 HRB, 180-220 HV) 1.5-2× <800 2.5-3.0 28-33 Quarter-hard to half-hard (95-100 HRB, 220-250 HV) 2-3× <1500
3.0-4.0 22-28 Полу- (100-105 ХРБ, 250-280 ХВ) 3-4×<25004.0 (sweep bend) 18-22 Half hard to full hard (105-110 HRB, 280-320 HV) 4-5× <4000
Практични компромис за произвођаче и спецификације грејача

За произвођаче грејача, потпуно жарене цеви су најбољи избор за максимизирање производног приноса, јер се уска кривина могу направити без ломљења, а мање опруге значи мање причвршћивања. Међутим, грејач направљен од потпуно жарених 316 цеви, чак и са одговарајућом хемијом, може рано да поквари у води која садржи хлорид- због СЦЦ-не зато што је материјал лош, већ зато што је микроструктура високе дуктилности природно рањивија. За крајњег корисника који одређује грејач за познато окружење са хлоридом, оптимално решење је да се специфицирају цеви које су благо хладно-обрађене (15-смањење од 20%, издужење 25-35%) пре савијања и избор радијуса савијања који овај материјал може да прихвати. Ако је примена 1.5Д кривина (нпр. компактна У-цев за мали резервоар), потпуно жарене цеви могу бити једина практична опција. Корисник мора да живи са смањеним животним веком СЦЦ или надогради легуру на 316Л или 316Ти са сличном дуктилношћу, али бољом отпорношћу на СЦЦ због нижег угљеника или додавања стабилизатора. За нове дизајне, одређивање већег радијуса савијања (Р/Д веће од или једнако 2,5) кад год је то практично, омогућило би употребу четвртине тврде цеви које имају знатно бољу отпорност на СЦЦ са само малим компромисом у погледу формабилности.

Методе валидације довољног издужења и квалитета савијања

Buyers who specify 316 sheathed heaters have three verification techniques to assure the tubing utilised has the specified elongation for both the required bend geometry and the predicted service environment. The first is the tensile test report from the tubing supplier, showing % elongation (usually measured over 50 mm, or 2 inches) and yield strength. Elongation must be >40 % за савијање Р/Д < 2.0 грејача. За Р/Д између 2,0-3,0 издужење треба да буде веће или једнако 30% Друга верификација је тест савијања са упутствима на узорку праве цеви након савијања, али пре монтаже у грејач. Тест је савијање од 180 степени око трна одговарајућег радијуса уз визуелно посматрање при увећању од 10к. Издужење је недовољно за радијус савијања ако има пукотина дужих од 0,5 мм. Трећа верификација је испитивање тврдоће готовог грејача на спољашњем радијусу савијања. Ако је тврдоћа мања од 250 ХВ, цев је претходно жарена на одговарајући начин пре савијања; ако је већи од 320 ХВ, цев је преоптерећена у савијању из делимично жареног стања и то ће смањити дуктилност уз повећање отпорности СЦЦ, али прво може изазвати брзо пуцање. За употребу у окружењима где је СЦЦ забрињавајући, ЕПР (електрохемијска потенциокинетичка реактивација) тест на узорку из правог дела готовог грејача потврђује да материјал није у потпуности жарен, ЕПР вредност већа од 1,5 Ц/цм2 указује на преостале хладне радове, што је корисно за отпорност на СЦЦ.

Термичка обрада након{0}}савијања: посебна разматрања и ефекти на издужење

If a heater needs both tight radius bends (R/D < 2.0) and excellent SCC resistance for chloride service, then post-bend solution annealing offers a way to satisfy both criteria. The tube can be fully annealed for bending (elongation >45%), formed to the tight radius and then given a full solution anneal (1040-1100°C, water quench) which relieves bending stresses, recrystallises the grain structure and removes cold work. This treatment restores the elongation to >45%, али отпорност на СЦЦ је отпорност потпуно жареног материјала-ништа боља. Чврста савијања и висока СЦЦ отпорност се не могу постићи релаксацијом делимичног напрезања после савијања на 400-500 степени пошто не рекристализује зрнасту структуру. Једини начин да се очува рад на хладном (а самим тим и отпор СЦЦ) након савијања је да се савијање изведе са цевима које су већ у хладно обрађеном стању (нпр. четвртина-тврда са 30% издужења). Дуктилност четвртине{16}}тврде цеви мора бити таква да, ако је неопходно савијање од 2.0Д, може преживети савијање од 2.0Д без пуцања. Ако је Р/Д мањи од 2,0, четврт-тврда цев ће се нормално поломити, тако да дизајнер мора да прихвати већи Р/Д, или да користи потпуно жарену цев са мањом отпорношћу на СЦЦ, или надоградити на бољу легуру отпорну на СЦЦ (дуплек 2205) која комбинује високу чврстоћу са добром формацијом.

Закључак: Дефиниција издужења као параметра квалитета за две сврхе

Проценат истезања од испитивања затезања цеви од нерђајућег челика 316 није само критеријум прихватања квалитета, већ и директан предиктор минималног радијуса савијања без пуцања током производње грејача и последичне отпорности на пуцање на корозију под напоном у раду са врућим хлоридом. Потпуно жарена цев (45-55% елонгације) нуди најбољу формабилност до савијања уског радијуса Р/Д=1.5, али најмању отпорност на СЦЦ. Хладно обрађене цеви (25-35 % елонгације) пружају побољшану отпорност на СЦЦ, али захтевају веће радијусе савијања (Р/Д > 2,5) да би се избегло пуцање током формирања. Избор издужења цеви је одређен специфицираном геометријом савијања и процењеном концентрацијом хлорида. Инжењери који специфицирају обложене грејаче за хлоридна окружења морају узети у обзир оба. Ако примена захтева и чврста савијања и јаку СЦЦ отпорност, онда се радијус савијања мора повећати, легура ажурирати на 316Л или дуплекс, или се процењени радни век мора смањити. Купци могу да наведу 316 цеви са омотачем који проналазе равнотежу између производности и дугорочне поузданости у корозивним срединама. Овај оквир повезује истезање при затезању са дуалношћу формабилности и отпорности на СЦЦ.