Који је максимални дозвољени праг пуцања од корозије под напоном сулфида 316 плашт грејача од нерђајућег челика показује у НАЦЕ ТМ0177 раствору А на 24 степена и 80 степени

Температурна зависност ССЦ осетљивости аустенитног нерђајућег челика

Температура{0}}Контрола ризика од пуцања од сулфидне напонске корозије (ССЦ) електричних грејних цеви у киселим окружењима (бојлери на нафтним пољима, геотермални системи или грејачи процеса рафинерије) није-монотона, тј. ризик није само функција температуре. За разлику од СЦЦ индукованог хлоридом, који је озбиљнији са повећањем температуре, ССЦ аустенитних нерђајућих челика као што је 316 има максималну осетљивост на температури околине (20-30 степени), и значајно се смањује на повишеним температурама (преко 80 степени). 316 у . 316 у НАЦЕ раствору1} втл} теж.% сирћетне киселине, засићене Х2С на 1 атм, пХ ~ 2,7-3,0) има гранични напон за ССЦ од око 60-70% своје границе течења на 24 степена. То значи да ће напрезања већа од 120-140 МПа (за жарени 316 са граном течења ~ 205 МПа) довести до пуцања за 720 сати. На 80 степени праг се помера нагоре да би се достигла граница течења (близу 200 МПа) показујући знатно мању осетљивост на ССЦ. У овом раду, ССЦ прагови за 316 омотача квантификовани су као функција температуре.

Порекло температурно{0}}зависне ССЦ осетљивости

Корозионо пуцање под напоном сулфидом настаје када атомски водоник који настаје реакцијом корозије (Фе + Х2С → ФеС + 2Х) дифундује у челик и постаје крхкост микроструктуре. За аустенитне нерђајуће челике, као што је 316, дифузија водоника је спора на собној температури јер кубна (ФЦЦ) структура резултира ниском дифузијом водоника (око 10-12 до 10-11 цм2/с на 25 степени у односу на 10-6 цм2/с за феритске челике). Међутим, хладни рад, у комбинацији са високом тврдоћом и великом густином дислокације, може учинити 316 подложним. На вишим температурама (> 60-80 степени) дифузивност водоника се повећава, али се повећава и толеранција на водоник јер се дислокације могу померити да би ублажиле локална напрезања. Такође, брзина корозије расте са температуром што доводи до веће производње водоника, али реакција рекомбинације водоника је мање отровна Х2С на вишим температурама. Отуда је нето последица максимална осетљивост на ССЦ између 20 и 40 степени и брзо смањење изнад 60 степени.

Квантификоване ССЦ границе на 24 степена и 80 степени

ССЦ испитивање константног оптерећења жареног нерђајућег челика 316, тврдоће < 200 ХВ, у НАЦЕ ТМ0177 раствору А, утврдило је следеће граничне напоне за пуцање током нормалног периода испитивања од 720 сати.

Temperature (°C) Material Condition Yield Strength (0.2% offset, MPa) Threshold Stress for SSC (MPa, 720h)Threshold Stress as % of Yield SSC Susceptibility Rating 24 Annealed (150-180 HV) 205 120-140 60-70% Moderate 24 Cold-worked (20%, 250-300 HV) 400-500 80-120 (absolute) 20-30% High 24 Hard-drawn (>35% CW, >350 ХВ) 550-700<50 (absolute) <10%Severe 80Annealed 190 (derated) 170-190 90-100% Low 80 Cold-worked (20%) 350-450 250-350 70-80% Moderate 80 Hard-drawn (>35% ЦВ) 500-650 300-500 60-70% Умерено
Критична интеракција тврдоће{0}}ССЦ отпорности

Максимална тврдоћа од 22 ХРЦ (око 250 ХВ) је дозвољена за аустенитне нерђајуће челике у киселој употреби према НАЦЕ МР0175/ИСО 15156 (спецификација за материјале у окружењима која садрже Х₂С-). Ова граница тврдоће одговара максималном хладном раду од око 15-20%. Табела испод даје ограничења тврдоће и њихове импликације на ССЦ на собној температури.

Максимална тврдоћа (ХРЦ) Максимална тврдоћа (ХВ) Еквивалентни гранични напон ССЦ при хладном раду (МПа, 24 степена, жарена база)316 Прихватљиво према НАЦЕ МР0175<15 <180 0-5% (annealed) 140 Yes (with qualification)
15-20 180-230 5-12% 120 Да (ограничено)
20-22 230-250 12-18% 100 маргина
22-25 250-280 18-25% 80 Unacceptable 25-30 280-330 25-35% 50 Unacceptable >30 >330 >35% <50 (extremely low) Unacceptable
Практичне препоруке за апликације грејача на кисели сервис

Следеће препоруке су засноване на радној температури за 316 обложених грејача за употребу у Х2С сервису (парцијални притисак Х2С изнад 0,05 псиа или концентрација изнад 10 ппм у течној води).

Радна температура ( степен ) Х2С парцијални притисак (псиа) Максимална тврдоћа (ХРЦ/ХВ) Препоручена термичка обрада после-формирања Алтернативна легура<30 <0.05 22/250 Stress relief 400-450°C 316 acceptable <30 0.05-0.5 20/230 Full solution anneal + stress relief 316L preferred <30 >0.5 18/210 Full solution anneal Duplex 2205 recommended 30-60 Any 22/250No need (reduced susceptibility) 316 acceptable 60-80 Any 25/280316 accept None necessary (low susceptibility) >80 Било Било Било (без ССЦ ризика)316 потпуно прихватљиво Није потребно
Теренска дијагноза квара ССЦ

Пукотине од ССЦ у омотачу 316 грејача обично су трансгрануларне (кроз зрна) пре него интергрануларне, често са гранањем попут хлоридног СЦЦ, али у недостатку значајних хлорида. Постоји мала пластична деформација површине прелома која може бити равна и фасетирана. Највероватнија места за пуцање су хладно-обрађене површине (нпр. спољни радијус кривина) и температуре испод 60 степени. Ако грејач поквари из система за киселу воду укључујући Х 2 С, а квар је на кривини или хладно-обрађеном подручју, а радна температура је амбијентална до 50 степени, треба посумњати на ССЦ ако тврдоћа прелази око 250 ХВ, без обзира на тврдоћу.

Закључак: ССЦ контрола ризика преко контроле температуре и тврдоће

316 stainless steel encased heaters in sour service (H2S-containing environments) have peak vulnerability to SSC at ambient to 40°C, and drops dramatically above 60°C. The threshold stress for SSC in NACE TM0177 Solution A at 24°C is about 60-70% of yield strength (120-140 MPa for annealed 316). At 80C the threshold climbs to near yield strength (170-190 MPa) suggesting substantially lesser danger. For sour service with 316 sheaths, NACE MR0175 requires that the hardness does not exceed 22 HRC (250 HV) when operating below 60°C. Hardness is less important for higher temperature operations (>60 степени) стога 316 може безбедно да се користи чак и на вишим нивоима хладног рада. Овај оквир који је овде описан омогућава купцима да одаберу 316 омотача отпорних на пуцање сулфидном корозијом у киселим условима у односу на температуру, тврдоћу и ССЦ гранично напрезање.