Како профил преосталог напрезања од исправљања цеви плашта грејача од нерђајућег челика од 316 мења праг за пуцање корозије под напоном хлоридом

Непредвиђени извор: Затезни површински напон од процеса исправљања.

Исправљање ваљком је често последњи корак у производном процесу за електричне грејне цеви од нерђајућег челика обложене 316 пре него што се исеку на дужину и савијају. Ова процедура уклања закривљеност са-извучене (или-жаљене) цеви провођењем кроз офсет ваљке и уводи компликован профил заосталог напрезања на површину цеви. Заостали напони затезања од 50-200 МПа се уводе у спољних 50-150 µм зида омотача на страни затезања сваке контактне тачке ваљка за исправљање. Ова заостала затезна напрезања повећавају примењени обручни напон термичким ширењем и унутрашњим притиском у срединама које садрже хлорид на повишеној температури (изнад 60 степени) да би изазвале пуцање од корозије под напоном (СЦЦ) при напонима који би били безбедни за материјал ослобођен напрезања. Овај рад процењује корелацију између преосталог напрезања услед исправљања, нивоа хлорида и времена иницирања СЦЦ-а, и даје ограничења спецификације за ублажавање напрезања након исправљања у корозивној употреби.

Механизам површинског напрезања који изазива исправљање

Цев од нерђајућег челика се исправља на ваљцима проласком између серије офсетних ваљака који пластично деформишу цев у алтернативним правцима. Затезна напрезања у спољним влакнима цеви се углавном крећу од 0,5 % до 2,0 % у зависности од почетне кривине и померања ваљка за исправљање. Наметнута затезна пластична деформација од 0,5 % у жареном нерђајућем челику 316, који има границу течења од отприлике 205 МПа, одговара заосталом напрезању од 150–200 МПа (75–100 % границе течења). Расподела заосталих напона је прилично локализована: највећи напони се виде у танком површинском слоју (дубине 20-100 µм) јер је деформација при исправљању углавном еластична на језгру цеви и пластична само на површини. Пукотине настају на површини и прерастају у поље заосталих напрезања. Овај танак високо напрегнут слој је савршен за иницирање СЦЦ. Обично је правац заосталих напона аксијалан (по дужини цеви) на површинама цеви у контакту са ваљцима, при чему су обимни напони на ивицама контакта ваљка. Аксијална заостала напрезања су посебно проблематична за плашт грејача јер су у истом смеру као и обручни напон изазван унутрашњим притиском, а два напона износе укупно до нето затезног напона који убрзава развој лома.

Квантификовано смањење СЦЦ прага услед напона при исправљању

Систематски тестови 316 цеви у кључалом магнезијум хлориду (154 степена, стандардизовани СЦЦ тест) показују да исправљена цев без пост-ублажавања напона након равнања не успе за 20-50 сати под примењеним напоном од 200 МПа. Иста цев у стању ослобођеног напрезања (преостало напрезање испод 30 МПа) преживљава преко 500 сати. У условима рада који се примењују на потопне грејаче - 90 степен воде са 1000 ппм хлорида - резултат је исто толико значајних. 316 омотача са смањеним напрезањем отпорним на 1000 ппм хлорида током 5-8 година без СЦЦ. Исправљени омотачи са заосталим површинским деформацијама већим од 150 МПа ће генерисати СЦЦ фрактуре у року од 12-24 месеца на истом нивоу хлорида. Навлаке под стресом ће трајати заувек на 500 ппм хлорида. Исправљени омотачи ће се разбити за 3-5 година. Кључна комбинација прага за иницирање СЦЦ без примене сила за исправљање је 60 степени и 300 ппм хлорида. Изнад 80 степени, комбинација било које концентрације хлорида изнад 200 ппм са заосталим напоном за исправљање који прелази 100 МПа ће на крају довести до СЦЦ. Табела испод показује време до иницирања СЦЦ као функцију заосталог површинског напона, концентрације хлорида и температуре.

Преостали површински напон од исправљања (МПа) Концентрација хлорида (ппм) Температура омотача (степен) Време до иницирања СЦЦ пукотине (часови рада) Време до перфорације (1,5 мм зид) Препоручена радња<30 (stress relieved) 1000 90 >70,000 (>8 years) >80.000 Прихватљиво<30 (stress relieved) 2000 80 >50,000 >60.000 Прихватљиво уз праћење 50-100 (благо исправљање) 500 90 20, 000-30.000 (2,5-3,5 године) 25.000-40.000 Маргинално; препоручује се ослобађање од стреса
50-100 (благо исправљање) 1000 80 15,000-20,000 (1,7-2,3 године) 18,000-25,000 Не препоручује се за континуирану употребу 100-150 (умерено исправљање) 300 90 10,000-15,000,00,01-01-1,02 Неприхватљиво изнад 80 степени 100-150 (умерено исправљање) 500 80 8,000-12,000 (0,9-1,4 година) 10,000-15,000 Није прихватљиво
150-200 (тешко исправљање) 200 90 3,000-6,000 (4-8 месеци) 4,000-8,000 Неприхватљиво за било који хлорид
150-200 (Тешко исправљање) 500 70 5,000-10,000 (7-14 месеци) 6,000-12,000 Замените са цевчицом за ублажавање стреса
Детекција и отклањање преосталог напрезања при равнању

Купци који наводе 316 грејача у кућишту за употребу хлорида имају три начина да провере статус преосталог напрезања од исправљања. Прва је стандардна пракса АСТМ Г38 за производњу узорака У-савијања. Део -преузете цеви је савијен за 180о преко трна и уроњен у кључајући магнезијум хлорид. Ако је дошло до пуцања у року од 100 сати, преостала напетост од исправљања била је довољна да изазове СЦЦ без примењеног напрезања. Друга техника је детекција преосталог напрезања на површини цеви дифракцијом Кс{10} зрака (КСРД). Вредности преко 100 МПа сугеришу да се саветује смањење напрезања након исправљања. Трећи и најлакши метод је такозвани „фероксил тест“ (бакар сулфат-јеткање сумпорном киселином) који показује области значајног заосталог напрезања као тамније шаре нагризања. Преостала напрезања испод 30 МПа за грејаче намењене за рад изнад 70 степени са хлоридима изнад 200 ппм добијају се пост-жарењем за ублажавање напона на 400-500 степени у трајању од 1-2 сата. Жарење пуним раствором (1040 степени) у потпуности уклања преостале напетости, али може изазвати изобличење цеви и обично је одређено само за критичне примене. Купцима може бити потребна верификација ослобађања од напрезања од стране добављача цеви након исправљања (или да се исправљање не врши на жареним цевима) што обезбеђује применљиву гаранцију квалитета.

Идентификација у домену СЦЦ од остатака исправљања

Узрок остатака исправљања разликује се по облику пукотина када грејач поквари СЦЦ. Пукотине обично настају у равним деловима омотача, а не у кривинама или завареним деловима, од напона насталих исправљањем. Обично су уздужне (тј. паралелне са осом цеви) и могу се појавити у низу паралелних линија раздвојених за 5-15 мм, што одговара обрасцу контакта ваљка. Преломи су трансгрануларни (прелазе границе зрна) за 316 у хлоридним срединама изнад 80 Ц под увећањем са типичним СЦЦ гранањем. Површина лома није веома дуктилна. Ако је неисправан грејач из серије која није смањена након исправљања, а околности рада укључују хлориде изнад 300 ппм на температурама изнад 70 степени, основни узрок је вероватно сигурно заостало напрезање изазвано исправљањем. Све преостале грејаче треба уклонити из употребе или модификовати третманом за ублажавање напрезања где је то могуће за такве инсталације.

Закључци: Дефиниција контроле резидуалног напрезања за хлоридну службу

Профил заосталог напрезања који се уводи у цеви од нерђајућег челика 316 након исправљања ваљком је скривена варијабла која може смањити праг хлорида СЦЦ за фактор од 3 до 5. Окружење са врућим хлоридом ће напући цев са површинским заосталим напрезањима изнад 100 МПа за 1-1 године када напон трају све године када напон трају 5 година. За било коју услугу која укључује хлориде изнад 200 ппм и температуре изнад 70 степени, инжењери који специфицирају 316 грејача са плаштом морају захтевати једно од следећег: ублажавање напрезања након равнања (400-500 степени у трајању од 1-2 сата) или сертификат да је цев исправљена у потпуно подешеном стању на поништено напрезање роллером. Предложени оквир се може користити за спречавање раних кварова на пуцању, који се обично приписују „квалитету материјала“, али су, у ствари, последица неконтролисаног заосталог напрезања повезаног са исправљањем цеви, повезујући процес исправљања са мерљивим временима иницирања СЦЦ.