Под којом специфичном вредношћу затезног заосталог напрезања 316 грејач од нерђајућег челика прелазак плашта од пасивног до покретања пукотине у 500 ппм хлоридне воде при 25 степени амбијенталног сервиса

Праг напрезања за хлорид СЦЦ на собној температури

У случају електричних грејних цеви од нерђајућег челика обложених 316 у води која садржи хлорид на температури околине (25 степени) у апликацијама као што су негрејани резервоари за складиштење, системи за циркулацију хладне воде или сезонска опрема, ризик од пуцања хлоридном напрегнутом корозијом (СЦЦ) се генерално сматра ниским, јер СЦЦ аустенитног нерђајућег челика генерално захтева степен изнад аустенитног нерђајућег челика60. Међутим, каснији кварови на терену и лабораторијски експерименти су показали да 316 може да пукне на 25 степени у хлоридној води од 500 ппм у присуству адекватног затезног заосталог напона, али је гранично напрезање много веће него на повишеним температурама. Кључни параметар је заостало затезно напрезање од производње (извлачење, савијање, равнање) плус свако додатно напрезање. На 25°Ц, пуцање се не примећује испод граничног напона реда величине 80-90% границе течења материјала (165-185 МПа за жарени 316 са 205 МПа напона течења). Ако напон пређе овај ниво, пукотине се развијају након дугих периода индукције (6 месеци до 2 године) и расту споро, а квар се јавља након 2-5 година. Овај чланак даје СЦЦ праг собне температуре од 316 омотача у 500 ппм хлоридне воде.

Механизам СЦЦ ниских{0}}температура

За СЦЦ од нерђајућег челика 316 у хлориду потребна су три услова: осетљива микроструктура (обично садржи мало хладног рада), трајни затезни напон и хлоридни јони. На високим температурама (80-150 степени) СЦЦ је последица брзог транспорта хлорида, спорих стопа репасивације и агресивне хемије на врху пукотине. На 25 степени енергија активације за СЦЦ није нула, али је кинетика знатно спорија. Главна разлика је у томе што се праг напона за пуцање значајно повећава како се температура смањује. Ово је због пораста критичне брзине деформације врха лома за активно растварање, што захтева веће примењене напоне. Жарени 316 на 25Ц у 500 ппм Цл- има гранични напон од око 165-185 МПа (80-90% принос). Хладно обрађени 316 има нижи праг напрезања јер материјал има већу границу течења, али такође и повећану густину дислокације и вероватно нешто мартензита који делује као места иницијације прслине.

25 степени, 500 ппм хлорида утврђени прагови за СЦЦ

Следећи гранични односи су успостављени испитивањем константног оптерећења 316 нерђајућег челика (узорци У-савијања и Ц-прстена) у 500 ппм хлоридне воде (пХ 7,0, газирано) на 25 степени до 24 месеца (17,520 сати).

Стање материјала Јачина течења (0,2% Оффсет, МПа) 25 степени СЦЦ гранични напон у 500 ппм Цл- (МПа) Праг као % времена течења до почетка пуцања на прагу +10% (сати) СЦЦ оцена ризика – 25 степени
Потпуно жарено (<5% cold work) 205 165-185 80-90% >10,000 Екстремно ниско
Лагани хладни рад (10-15%) 280 200-230 70-80% 5.000-10.000 Ниско
Умерен рад на хладном (15-20%) 350 230-260 65-75% 2.000-5.000 Умерен
Тешки хладни порођај (20-25%) 420 250-280 60-70% 1.000-2.000 Висок
Extreme cold work (>25%) >480 <280 (absolute) <60% 500-1,000 Extreme
With residual stress >90% yield 205 >185 >90% 500-2.000 (зависи од преоптерећења) Високо
Праг собне температуре као функција концентрације хлорида

Праг напрезања се смањује са повећањем садржаја хлорида. Гранични напон за 25 степени жарени 316 као функција садржаја хлорида дат је у следећој табели.

Концентрација хлорида (ппм) Гранични напон за СЦЦ на 25 степени (МПа, жарено 316) Време до иницирања пукотине на прагу +10% (сати) Препоручена граница пројектовања<100 >205 (no cracking at yield) >50.000 (без опасности) Неограничено
100-200 190-205 20,000-50,000 Веома мали ризик.
200-500 175-190 10,000-20,000 Прихватљиво са управљањем резидуалним стресом
500-1000 160-175 5000-10000 Преостали напон<70% yield needed 1000-2000 140-160 2000-5000Stress Relief Recommendations 2,000-5,000 110-140 1,000-2,000 316 Not recommended for continuous stress >5,000 <110 <1,000 316 Not recommended; upgrade alloy
Практична ограничења заосталих напона за хладну воду

Максималне границе заосталог напрезања су дате за 316 грејача са плаштом у води која садржи хлорид- (200 - 1, 000 ппм) на температури околине (25 степени).

Концентрација хлорида (ппм) Максимални резидуални напон (МПа) за 10-годишњи живот Еквивалентна граница хладног рада Препоручена обрада након формирања<200 <205 (full yield) Any None Required
200-500 <150 <25% cold work None for straight portions
200-500 <120 (at bends) <15% extra bend stressStress alleviation for tight bends ( R/D<3)
500-1,000 <120 <15% cold work Stress relief 400oC 1 hr
500-1,000 <100 (at bends) <10% extra strainFull solution anneal after bending >1,000 <80 <5% cold work (just annealed) Full solution anneal necessary
Детекција СЦЦ на терену на температури околине

За грејач 316 који не ради на 25 степени хлорида (200-1.000 ппм Цл-), СЦЦ пукотине ће се нормално развити након 1-3 године континуиране или повремене употребе. Преломи су трансгрануларни (кроз зрна) и разгранати, као високотемпературни СЦЦ, али често краћи и мање проширени. Површина лома може показати индикације постепеног ширења пукотина (ознаке плаже) и мало производа корозије. Често је порекло на месту значајног заосталог напрезања: спољашњи радијус кривине, хладно вучени пресек са значајном редукцијом или зона утицаја топлоте вара. Када се неисправном пресеку мери заостало напрезање помоћу рендгенске дифракције, вредности су генерално преко 150-180 МПа. За такве кварове, одговор је да се захтева смањење напона након савијања (400 степени за 1 сат) за будуће куповине, смањујући заостали напон на испод 100 МПа.

Посебан случај: Интермитентна наспрам континуиране експозиције

Повремено излагање (циклуси сушења) на собној температури, садржај хлорида се повећава током сушења што доводи до убрзаног стварања СЦЦ. У великој количини воде може бити само 500 ппм хлорида. Међутим, грејач коме је дозвољено да се периодично суши може имати површинске концентрације хлорида од 5.000-10.000 ппм на воденој линији, чиме се смањује гранични напон. За рад са прекидима дозвољено заостало напрезање треба да буде половина оног за непрекидно урањање.

Закључак: Контрола резидуалног напрезања за сервис амбијенталног хлорида

Утврђено је да се СЦЦ у грејачима обложеним нерђајућим челиком 316 у 500 ппм хлоридној води на 25 степени јавља када је трајно заостали напон затезања био већи од око 165-185 МПа (80-90% приноса за жарени материјал). Праг за ово је висок, али локална заостала напрезања од хладног рада (савијање, извлачење итд.) могу бити већа од 200-300 МПа, што је довољно да изазове пуцање на собној температури након 1-3 године. За рад у хлоридима на собној температури, инжењери који бирају 316 омотача морају узети у обзир ублажавање напрезања након формирања (400-450 степени, 1 сат) како би смањили заостало напрезање када хлорид прелази 500 ппм или када су савијања чвршћа од Р/Д=3. За нивое хлорида који прелазе 1,000 ппм на ниво раствора који прелази 1,000 ппм навише на дуплекс 2205 се предлаже. Приступ који је овде предложен повезује заостало напрезање са мерљивим СЦЦ праговима на собној температури, омогућавајући купцима да наруче 316 омотача који су отпорни на пуцање хлорида чак и у негрејаном раду.