Који максимални дозвољени површински затезни заостали напон од равнања ваљком цеви грејача 316 спречава пуцање корозије под напоном у 200 ппм хлоридној води на 80 степени током 10 година

Дуготрајни{0}}покретач СЦЦ-а: преостали стрес изазван исправљањем

За електричне грејне цеви обложене нерђајућим челиком 316 које се производе након извлачења или жарења равнањем ваљком, заостали напон површинског затезања који се уводи процесом равнања ваљком је често најважнији фактор који контролише подложност пуцању од корозије под напоном (СЦЦ) у топлом хлоридном сервису. У зависности од почетне кривине цеви, померања ваљка и броја пролаза за исправљање, равнање ваљком може да доведе до површинских затезних напона од 50-250 МПа. Праг затезног напона за СЦЦ почиње у жареном 316 у 200 ппм хлоридној води на 820-60% око 820-100 МПа принос). Максимално дозвољено заостало затезно напрезање на површини за 10 година радног века без СЦЦ је 100 МПа. Пукотине почињу за 1-3 године изнад 120 МПа, месеци изнад 150 МПа. Веза између преосталог напрезања изазваног исправљањем, времена иницирања СЦЦ и радног века у условима разблаженог хлорида је квантификована у овом чланку.

Механизам површинског напрезања услед исправљања

Исправљање ваљка пластично деформише површину цеви наизменичним затезањем и компресијом како би се елиминисала закривљеност. На свакој контактној тачки ваљка, спољна влакна цеви су подвргнута затезним напрезањима од 0,2 до 1,5% у зависности од степена исправљања. За нерђајући челик 316 са граном течења од око 205 МПа (жарени) до 450 МПа (хладно-обрађен), ове деформације производе заостала напрезања од 50 МПа (благо исправљање праве цеви) до 250 МПа (тешко исправљање закривљене цеви). Профил заосталог напрезања је високо локализован на површини, са највећим напонима у спољашњим 20-100 лм зида. Овај танак, високо напрегнут слој је веома погодан за иницирање СЦЦ-а, јер пукотине настају близу површине и шире се кроз поље заосталог напрезања. Насупрот томе, преостале напетости се не смањују значајно са временом на 80 степени.

Квантитативна корелација између стреса при исправљању и СЦЦ живота на 80 степени

Систематско СЦЦ тестирање (континуирано оптерећење, У-узорци савијања) 316 цеви са регулисаним нивоима преосталог површинског напрезања (мерено дифракцијом Кс- зрака) у 200 ппм хлоридној води (пХ 7,5, газирано) на 80 степени показало је следећа времена иницирања.

Макс. Површински затезни заостали напон од исправљања (МПа) Напон као % приноса (жарено 316, 205 МПа) Време до иницирања СЦЦ пукотине (сати, 80 степени, 200 ппм Цл-) Време до перфорације (1,5 мм радни век, година рада, година) Укупни век трајања зида (година рада, година) 1<50 <25% >80,000 >100,000 >11 година Да 50-75 25-37% 50,000-80,000 60,000-100,0007-11 година Да 75-100 37-49% 30,000-50,000 40,000-70,000 5-8 година У реду за 10 година? Маргинални 100-120 49-59% 15,000-30,000 20,000-45,000 2-5 година Ништа (10 година)
59-68% 8,000-15,000 10,000-25,000 1-3 years 120-140No 140-160 68-78% 3,000-8,000 5,000-15,000 6-18 monthsNo 160-200 78-98 % 1,000-3,000 2,000-6,000 3-8 monthsNo >200 >98% <1,000 <2,000 <3 months No
Утицај дебљине зида на толеранцију заосталих напрезања

Дебљи зидови различито распоређују напон од исправљања, тако да имају више материјала за подршку расту лома. Табела испод показује максимално дозвољено заостало напрезање за равнање за 10-годишњи животни век у функцији дебљине зида.

Дебљина зида (мм) Максимално дозвољено заостало напрезање од равнања за 10-годишњи живот (МПа) Еквивалентни максимални хладни рад дозвољен од равнања (%)
1.0 60 5-8 1.2 75 8-10 1.5 100 10-12 2.0 120 12-15 2.5 130 15-18 3.0 140 18-20 Практичне спецификације - Исправљање након жарења

Следеће параметре исправљања треба навести у документима за набавку за 316 грејача са плаштом за рад са топлим хлоридом (80 степени, 200 ппм Цл⁻):

Стање цеви пре исправљања Максимални површински преостали напон после исправљања (МПа) Метода равнања Метода верификације
100% жарено (без стреса) Кс-дифракција Кс зрака на узорку Више пролаза, мали помак ваљка
Лагано хладно вучено (10-15% ЦВ) 80 Феритоскоп са смањеним померањем ваљака+КСРД
60 Један пролаз, мали помак Умерено хладно-вучено (15-25% ЦВ) Није погодно за сервисирање хлора. .
Као-савијен (није исправљен) 80 (мерено на равном делу) Исправите само ако је потребно Потребан КСРД
Валидација заосталог напрезања у исправљеној цеви

Купци који желе сертификоване нивое преосталог стреса имају три технике верификације. Први је Кс-дифракција зрака (КСРД), која даје директно мерење површинског заосталог напона са тачношћу од ±20 МПа. Други је АСТМ Г38 У-тест савијања у коме се узорак-преузете цеви савија за 180 степени, а затим се потапа у кључајући магнезијум хлорид (154 степена) или, за упоредивије услове, у 200 ппм хлорида на 80 степени. До пуцања долази у року од 100 сати у МгЦл 2 или 2.000 сати у раствору за симулацију услуге{16}}када је заостало напрезање изнад 100–120 МПа. Трећи метод је мерење магнетне пермеабилности: заостали напон изазван исправљањем у 316 није директно повезан са пермеабилности, али се може детектовати локализовани развој мартензита на максимумима напона. За кључне примене највеће поверење се постиже КСРД мерењима на једном узорку из сваке производне серије.

Теренска дијагноза СЦЦ из исправљања

For a 316 heater that fails by SCC in 80°C, 200 ppm chloride water, straightening-induced residual stress should be suspected if the cracks are located in straight sections of the sheath (not at bends or welds) and are orientated longitudinally (parallel to tube axis) corresponding to the straightening roller contact direction. The cracks can be in several parallel lines, 10-20 mm apart. Under magnification the fractures are transgranular and branching typical of chloride SCC. Residual stress measurements of a piece of remnant sheath from the failure (XRD) are generally >120-150 МПа. Решење за ове кварове је да се за будућу куповину наведе жарење за ублажавање напона након равнања (400-450 степени током 1-2 сата) које ће минимизирати заостало напрезање за 50-70% без значајне промене механичких квалитета.

Међусобна веза између заосталих напона равнања и савијања

Ако је грејач направљен право (пре савијања) и накнадно савијен до коначног облика, заостала напрезања из оба поступка могу допринети. Највећи укупни преостали напон се често види на спољашњем радијусу савијања на страни која је доживела напрезање при исправљању. За такве грејаче дозвољено напрезање при исправљању треба додатно смањити. Конзервативни критеријум је да збир преосталог напрезања при исправљању и заосталог напона савијања (мерено на истом месту) не би требало да буде већи од 100 МПа за 10-годишњи живот у 200 ппм Цл- на 80 степени.

Закључак: Спецификација ниске напрезања при исправљању услуге хлорида

Основни праг за СЦЦ почетак за 316 грејача обложених нерђајућим челиком у 200 ппм хлоридне воде на 80 степени је заостали напон површинског затеза од ~100-120 МПа. За напоне при исправљању већим од 120 МПа, почетак лома се јавља након 1-3 године, а за напрезања испод 100 МПа добија се век трајања од 10 година. За сервис са топлим хлоридом, инжењери који специфицирају 316 омотача треба да одреде исправљање цеви са минималним померањем ваљка, проверу заосталог напрезања помоћу КСРД-а на епруветама за узорке и жарење за ублажавање напона након исправљања (400 степени током 1 сата) ако хлорид прелази 200 ппм или температура прелази 70 степени. Приступ који је овде предложен повезује заостало напрезање изазвано исправљањем са мерљивим временом почетка и перфорације СЦЦ-а, омогућавајући купцима да специфицирају производне технике како би избегли овај скривени, али значајан извор ризика од пуцања.