Pod kojom specifičnom kombinacijom rezidualnog naprezanja i koncentracije hlorida plašt grijača 316L u ambijentalnoj (25 stepeni) vodi u bazenu razvija napon korozije, pucanje nakon 5 godina rada

Niskotemperaturni SCC prag dugotrajnog-uranjanja

The likelihood of stress corrosion cracking (SCC) is normally regarded as insignificant for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes placed in ambient temperature (25°C) swimming pool water or other unheated chloride-containing pools (spas, decorative fountains, cooling ponds, fire suppression storage tanks). SCC of austenitic stainless steels generally requires temperatures above 50-60°C. However, long term immersion (5+ years) in pool water with 500-2,000 ppm chloride (typical for chlorinated pools) combined with sustained tensile residual stresses from manufacturing (drawing, bending, straightening) can initiate SCC at room temperature, but with much longer induction times. The key combination is residual stress greater than around 70-80% of the yield strength of the material (140-165 MPa for annealed 316L with 205 MPa yield) and chloride concentration greater than 1,000-1,500 ppm. SCC cracking initiated at 2000 ppm Cl- and residual stress >150 MPa za 3-5 godina sa širenjem do perforacije za 6-10 ​​godina. Pri nižim hloridima (500-800 ppm) zaostalo naprezanje mora biti veće od 180-190 MPa za pucanje. Ovaj članak kvantificira prag zaostalog naprezanja klorida za SCC sobne temperature u 316L nakon dugotrajnog (5+ godina) potapanja.

Mehanizam niskotemperaturnog SCC-a s dugim vremenom indukcije

Kinetika hlorida SCC na temperaturi okoline (25 stepeni) je oko dva reda veličine sporija nego na 80-100 stepeni. Vrijeme indukcije za inicijaciju pukotine povezano je sa Arrheniusovom jednačinom sa energijom aktivacije od 60-80 kJ/mol. Sa smanjenjem temperature, granični napon za SCC se povećava; na 25 stepeni prag je veći (70-85% prinosa) nego na 80 stepeni (50-60%). Ali pucanje se i dalje može pojaviti u višegodišnjim vremenskim rasponima ako je kontinuirano zaostalo naprezanje iznad praga. Mehanizmu je potrebna lokalna degradacija pasivnog filma na lokacijama visokog naprezanja (stepenice klizanja, interfejsi inkluzije i matrice) i prisustvo agresivne lokalne hemije (visok hlorid, nizak pH) unutar rastuće pukotine. Difuzija na sobnoj temperaturi je sporija, ali je na raspolaganju dovoljno vremena (godine) da se izgradi potrebni gradijenti koncentracije.

Kvantificirani pragovi zaostalog naprezanja - 5-god. SCC inicijacije hlorida

Pragovi preostalog naprezanja za nastanak pukotine u roku od 5 godina utvrđeni kontrolisanim ispitivanjem konstantnog opterećenja uzoraka od 316L U-savoj i C- u otopinama klorida na 25 stepeni tokom perioda od 5 godina (43.800 sati) su:

Koncentracija hlorida (ppm) Minimalni rezidualni napon za iniciranje SCC u roku od 5 godina (MPa) Napon kao % prinosa (205Mpa)Vrijeme do početka pucanja (sati) Prag+20 MPaVrijeme do perforacije nakon iniciranja (1,5 mm zid, sati) Preporučeno za servis 5-Yar<200 >250 (no cracking at yield) >120% No cracking N/A Yes 200-500 190-210 93-102% 35,000-45,000 >50.000 Da (sa praćenjem)
500-800 170-190 83-93% 30,000-40,000 40,000-60,000 Acceptable 800-1,200 150-170 73-83% 25,000-35,000 30,000-50,000 Marginal 1,200-1,500 140-160 68-78% 20,000-30,000 25,000-40,000Not recommended 1,500-2,000 130-150 63-73% 15,000-25,000 20,000-35,000 No 2,000-3,000 120-140 59-68% 10,000-20,000 15,000-30,000 No >3,000 <120 <59% <10,000 <15,000 Unacceptable
Utjecaj hladnog rada na porijeklo rezidualnog naprezanja

Izvor i distribucija zaostalog naprezanja utiču na osetljivost na SCC. Savijanje dovodi do zaostalih napona (lokaliziranih na vanjskom radijusu savijanja) koji su štetniji od onih dobivenih jednoličnim izvlačenjem, budući da je gradijent napona strmiji, a vršno naprezanje veće.

Izvor preostalog naprezanja Tipični maksimalni napon (MPa) Prag raspodjele naprezanja hlorida za 5 godina SCC (ppm) Pool servis Predloženi omjer radijusa savijanja (R/D)
Roller (straightening) 50-150Surface, axial >2.000 NA
Crtež (hladni rad) 100-250 Uniforma, aksijalna 1,500-2,500 N/A
Bending (R/D=2) 200-400 (tension face)Localised, hoop 500-1,000 >3.0 preporučuje se
Bending (R/D=3) 150-250Localised 800-1,500 >2.5 prihvatljivo
Bending (R/D=4) 100-180 Localised 1,200-2,000 >2.0 marginalno
Zavarivanje (završni poklopac) 100-300 Lokalizirana HAZ 500-1,500 N/A (preporučuje se opuštanje naprezanja nakon zavarivanja)
Praktične preporuke za primjenu grijača vode u bazenu

Ograničenja zaostalog naprezanja i metode kontrole klorida za grijače s plaštom od 316L u ambijentalnom (25 stepeni) bazenu ili banjskoj vodi su kako slijedi.

Tip bazena Uobičajeni sadržaj hlorida (ppm) Preporučeni maksimalni rezidualni napon (MPa) Potreban poslije-Obrada formiranja Očekivani vijek trajanja grijača (godine)
Bazen sa slatkom vodom (nizak Cl)<500 <200 (acceptable as-drawn)>10 Ništa
Hlorirani bazen (standardni) 500-1.500<150 Stress relief (400°C, 1h) for bends R/D <3 5-8
Bazen sa slanom vodom (elektroliza) 1,500-5,000 < 100 3-5 Kompletno žarenje otopine nakon savijanja
Salt water pool (high Cl) >5000 <50 (316L not recommended) Upgrade to duplex 2205 5-8 (with duplex)
Spa (brom/hlor, 35-40 stepeni) 500-2.000<120 Stress release + electropolish 4-6 Room Temperature SCC Field Identification

Ako grijač 316L pukne u ambijentalnoj vodi bazena nakon 3-8 godina rada, potrebno je uzeti u obzir SCC na sobnoj temperaturi ako su pukotine transgranularne, granaste i u područjima značajnog zaostalog naprezanja (spoljni radijus savijanja, ispravljeni dijelovi ili zavareni HAZ). Na površini loma mogu se pojaviti oznake na plaži postepenog širenja pukotine. Evidencija o hemiji vode treba da ukazuje na vrednosti hlorida > 1.000-1.500 ppm. Buduća kupovina bi trebala zahtijevati tretman naprezanja nakon savijanja (400-450 stepeni tokom 1-2 sata) kako bi se minimiziralo zaostalo naprezanje ispod 100-120 MPa za slične kvarove.

Zaključak: Dugotrajna-otpornost SCC na sobnu temperaturu kroz upravljanje rezidualnim stresom

For 316L stainless steel heater sheaths in ambient (25°C) pool water with chloride concentrations of 1,000-1,500 ppm, an ongoing tensile residual stress of 140-160 MPa (65-80% of yield) results in SCC in 5 years. Crack arises at 2000 ppm Cl- with residual stresses >120-140 MPa. Inženjeri koji specificiraju omote od 316L za bazene, spa ili druge primjene sa negrijanom hloridnom vodom moraju smanjiti zaostala naprezanja od savijanja (koristiti R/D > 3,0, ili savijanja za smanjenje naprezanja na 400 stepeni u trajanju od 1 sata) i od ispravljanja. Kada analiza vode pokaže klorid > 1.500 ppm, nadogradite na duplex 2205 ili titan na temperaturi okoline. Okvir koji je ovdje predstavljen povezuje rezidualni napon i koncentraciju klorida sa mjerljivim 5-godišnjim SCC pragovima inicijacije na 25 stepeni, omogućavajući kupcima da specificiraju proizvodne procese (radijusi savijanja, ublažavanje napona nakon{15}}savijanja) i hemijska ograničenja vode koja će spriječiti dugotrajno indukcijsko temperaturno naprezanje tokom rada na temperaturi.