Kako ekvivalentna dubina smanjenja sadržaja hroma na zavarenim spojevima cijevi omotača grijača 316 kontrolira osjetljivost na intergranularnu koroziju u ključanju dušične kiseline

Mikrostrukturni gradijent u zoni -zahvaćenoj toplinom zavara (HAZ) kao parametar korozije

U oksidirajućim kiselim sredinama, zona{0}}zahvaćena toplinom (HAZ) u blizini linije za spajanje zavara je najosjetljivije područje za međugranularnu koroziju (IGC) u slučaju električnih grijaćih cijevi od 316 obloženih nehrđajućim čelikom kojima su potrebni zavareni završni poklopci ili prirubnice, kao što su grijači pod pritiskom ili grijači pod pritiskom ili grejači na visokoj temperaturi. Tokom zavarivanja, HAZ doživljava toplinski ciklus koji može djelomično otopiti postojeće karbide i ponovo taložiti hrom karbide na granicama zrna nakon hlađenja. Smanjenje hroma koje je uslijedilo proteže se do neke dubine od granice zrna i kvantificira se kao ekvivalentna dubina smanjenja sadržaja hroma (obično 50-500 nm). Dubina osiromašenja hroma u ključaloj 65% azotnoj kiselini (ASTM A262 praksa C) je veća od 200 nm, a koncentracija hroma na granici zrna je manja od 12%. Intergranularni napad se odvija brzo, stvarajući gubitak težine od 0,5-2 mm/god. Ovaj rad mjeri vezu između dubine iscrpljivanja hroma, koncentracije hroma na granici zrna i brzine IGC u zavarenim omotačima od 316.

Mehanizam trošenja hroma zavarivanjem

Prilikom zavarivanja nerđajućeg čelika 316 zona uticaja toplote (HAZ) se zagreva na temperature između 600 stepeni i 1.300 stepeni. U zagrejanom području iznad oko 1050 stepeni postojeći karbidi se potpuno rastvaraju, a hrom i ugljenik su u čvrstom rastvoru. Sa smanjenjem temperature HAZ prolazi kroz opseg senzibilizacije (450-850 stepeni) tempom koji je funkcija debljine zida, predgrijavanja i okolnih okolnosti. Tanki{14}}plašt grijača (1,5-2,0 mm) se hladi prilično brzo (10-30 sekundi kroz opseg osjetljivosti) često sprječavajući bilo kakvo značajno ponovno taloženje karbida. Međutim, kada se napravi više prolaza zavara ili kada je omotač zavaren na debelu prirubnicu (koja djeluje kao hladnjak), brzina hlađenja je sporija i krom karbidi se mogu taložiti na granicama zrna, stvarajući zonu osiromašenu hromom širine 50-500 nm sa lokalnim sadržajem hroma od samo 5-9% bu-17% (vs 9% bu-17%). Odgovarajuća dubina smanjenja sadržaja hroma je širina oblasti u kojoj je hrom manji od kritične vrednosti od 12%.

Kvantificirani odnos između dubine iscrpljivanja i brzine korozije u intergranularnoj koroziji.

Odnos je uspostavljen kontroliranim zavarivanjem cijevi od 316 (zid 1,5 mm) s različitim unosima topline (0,5-3,0 kJ/mm) i brzinama hlađenja, nakon čega je uslijedilo mjerenje dubine iscrpljivanja hroma Auger-ovom elektronskom spektroskopijom (AES) i IGC ispitivanjem u ključanju 65% ciklusa, svaki od 45% HNO₃.

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (mnogo prolaza)<5 >500 <6 >3.50 Neuspjeh (raspad) Neprihvatljivo
Utjecaj sadržaja ugljika na dubinu iscrpljivanja

Za istu brzinu hlađenja, Standard 316 (0,08% C) daje dublje zone iscrpljivanja od 316L (0,03% C) jer ima više ugljika za formiranje karbida.

Brzina hlađenja (stepen/s) (450-850 stepeni) Dubina iscrpljivanja u 316 (0,08% C) (nm) Dubina iscrpljenosti u 316L (0,03% C) (nm)316 IGC brzina (mm/godina)316L IGC stopa (mm/godina)Preporučena 0 preporuka za Accu10<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1.50 > .60 Za oba je potrebno žarenje nakon-vara
Praktične specifikacije za zavarivanje usluge azotne kiseline

Za 316 obložene grijače za upotrebu u ključaloj dušičnoj kiselini ili drugim oksidirajućim kiselinama, sljedeći zahtjevi za zavarivanje će minimizirati dubinu trošenja hroma i obezbijediti IGC otpornost.

Servisni uvjeti Maksimalna dozvoljena IGC brzina (mm/godina) Predloženi proces zavarivanjaMaksimalni unos topline (kj/mm) Test prihvatanja nakon obrade zavarivanja
Intermitentno, razrijeđeno (20% HNO3) 0,3 GTAW, jedan prolaz 1,5 Nema (ako je 316L) ASTM A262 Praksa A