Која максимална дозвољена дубина трагова за брушење површине након завршне обраде без центра 316 цеви за грејање спречава настанак пуцања корозије под напоном у 500 ппм хлоридне воде на 90 степени

Површинска огреботина као место концентрације напона за иницијацију СЦЦ

Праг за иницирање пуцања корозије под напоном (СЦЦ) у хлоридним срединама за електричне грејне цеви од 316 обложених нерђајућим челиком које су брушене без центра или механички полиране као финална завршна операција за постизање чврстих толеранција пречника или глатких површина директно се контролише дубином заосталих трагова млевења, обично од 5µм грита у зависности од величине гранулације. Свака ознака за брушење је геометријски концентратор напрезања, са теоретским фактором концентрације напона (К_т) у распону од 1,5 за глатку, плитку ознаку (дубина<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µм, полупречник корена<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

Механизам иницијације СЦЦ на површинским зарезима

316 корозионо пуцање под напоном у врућим хлоридима захтева три услова: осетљиву микроструктуру (обично неки рад на хладно), продужено затезно напрезање и агресивно хлоридно окружење. У основи ознаке за површинско брушење локални затезни напон је дат са $σ_{лоцал}=σ_{примењено}×К_{т}$ где је $К_{т}$ функција геометрије ознаке (однос дубине према радијусу). Типична ознака за млевење са дубином д и полупречником корена ρ даје К_т=1 + 2 * скрт(д/ρ). Плитка, заобљена удубљења (д=5 µм, ρ=10 µм) даје К_т≈1+2×скрт(0,5)=2.4. За дубоку оштру ознаку (д=20 $\\му$м, $\\рхо$\\{18}} µм), процењујемо $\\рхо$\\{18}} 1+2\\тимес\\скрт(10)=7.3$ . За примењено заостало напрезање од 100 МПа, локални напон је 240-730 МПа-изнад границе течења од 205 МПа и далеко у области где се СЦЦ брзо јавља. Пукотина почиње при концентрацији напона и напредује путем анодног растварања на врху пукотине, вођена примењеним напрезањем, све док се зид омотача не пробије.

Квантитативни однос између дубине марке брушења и иницирања СЦЦ

Контролисано СЦЦ тестирање (континуирано оптерећење, узорци У-савијања или Ц-прстена) цеви од 316 са контролисаном дубином површинског брушења (постигнуто променом абразивног зрна и брзине увлачења) у 500 ппм хлоридне воде на 90 степени утврдило је суштинске дубине за СЦЦ цом.

Максимална дубина ознаке за брушење (µм) Типична храпавост површине (Ра, µм) Радијус корена ознаке (µм, типично) Фактор концентрације напона (К_т) Време до почетка СЦЦ-а (сати, 500 ппм Цл-, 90 степени, 100 мм за МПа) Време иницијације напрезања по зиду 5 (5 мм). Препоручено за 500 ппм Цл-, сервис од 90 степени<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30.000 Да (електрополирани еквивалент)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 Да 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15,000 Прихватљиво 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8,000 Маргинално 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4,000 Не препоручује се
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1,000-2,000 Није прихватљиво
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
Утицај нивоа преосталог напрезања на дозвољену дубину ознаке

Дозвољена дубина трагова брушења веома варира у зависности од заосталог затезног напрезања омотача. Већи резидуални напон захтева плиће ознаке да би се спречио СЦЦ. Максимална дозвољена дубина ознаке за многе нивое заосталих напрезања, 500 ппм Цл⁻, 90 степени је представљена у табели испод.

Заостали затезни напон (МПа) Максимална дозвољена дубина ознаке за брушење за 10.000-сати животног века без СЦЦ (µм) Потребна храпавост површине (Ра, µм) Препоручена метода завршне обраде<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (цртеж)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100-150 (умерен цртеж)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (као-савијен, без ослобађања од стреса)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Практична услуга завршне обраде хлорида

Следећи критеријуми завршне обраде се препоручују за 316 грејача са плаштом за рад у хлоридној води изнад 200 ппм на температурама изнад 80 степени на основу процењеног стања заосталог напрезања.

Коначна метода обраде Максимална дубина ознаке за брушење Максимални Ра Метод провере Стање преосталог напрезања
Ублажено напрезање (жарено након формирања) Безцентрично тло, 400-600 грит10 µм 0,5 µмВизуелно + профилометар 50×
Као нацртан или савијен (без ублажавања напетости) Фино брушено + благо полирање 5 µм 0,3 µм Профилометар
Високи хлориди Као нацртано Као савијени електрополир (уклонити 20-30 µм)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Било који, за критичну услугуЕлектрополирање + пасивизација0 (ознаке су потпуно уклоњене)<0.1 µmComplete surface inspection
Идентификација СЦЦ-а изазваног брушењем на терену

За грејаче које је СЦЦ покварио у хлоридном сервису, површину лома треба испитати за место настанка лома. Под увећањем (100-500×), место настанка пукотине ће се често поклапати са трагом брушења или огреботином. Ознака ће се видети као оштро дефинисан жлеб, често са производом корозије који се првенствено сакупља у жлебу. СЦЦ пукотине се шире нормално на правац ознаке за брушење (ако су ознаке ободне, пукотине су аксијалне, а ако су ознаке аксијалне, пукотине су обично ободне, али могу пратити ознаку). Ако су присутне ознаке за млевење и радно окружење има хлориде веће од 200 ппм и температуре веће од 80 степени, треба посумњати на СЦЦ због трагова млевења. Одговор је да се за будуће куповине захтевају електрополиране или фино полиране површине и да се постојећи грејачи повуку из употребе или да се површина омота исполира на месту ако је доступна (ретко изводљиво).

Закључак: Границе дубине ознаке за брушење за хлоридну употребу

Grinding markings >10-12 µм обезбеђују концентраторе напрезања и смањују време покретања СЦЦ-а за 316 грејача обложених нерђајућим челиком у 500 ппм хлоридне воде на 90 степени са 20,000+ сати на 2,000-5,000 сати. СЦЦ почиње за 500-1000 сати под нормалним нивоима преосталог напрезања на дубинама већим од 20 µм. За сервис са хлоридима, инжењери који бирају 316 омотача треба да наведу максималну дубину ознака за брушење (нпр. Мању од или једнаку 8 µм), или еквивалентно максималну храпавост површине (нпр. Ра мањи од или једнак 0,5 µм) и затраже верификацију профилометријом. За најнепријатније услове хлорида или где се заостала напрезања не могу минимизирати, електрополирање за уклањање хладно обрађеног, изгребаног површинског слоја у потпуности уклања концентраторе напрезања повезане са траговима брушења. Приступ који је овде предложен повезује дубину ознаке брушења са мерљивим временима покретања СЦЦ-а, омогућавајући купцу да специфицира технике завршне обраде површине које избегавају прерано покретање пукотина на површинским дефектима.