Koja maksimalna dozvoljena dubina površinskih oznaka za brušenje nakon završne obrade bez centra 316 cijevi grijača sprječava iniciranje pucanja korozije pod naprezanjem u 500 ppm hloridnoj vodi na 90 stepeni

Površinska ogrebotina kao mjesto koncentracije naprezanja za iniciranje SCC

Prag za iniciranje pucanja korozije pod naprezanjem (SCC) u hloridnim okruženjima za električne grijaće cijevi od nehrđajućeg čelika obložene 316 koje su brušene bez centra ili mehanički polirane kao konačna završna operacija za postizanje uskih tolerancija promjera ili glatkih površina, direktno se kontrolira dubinom zaostalih tragova brušenja, obično 5µm granulacije u zavisnosti od veličine granulacije. Svaka oznaka za brušenje je geometrijski koncentrator naprezanja, sa teoretskim faktorom koncentracije napona (K_t) u rasponu od 1,5 za glatku, plitku oznaku (dubina<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µm, polumjer korijena<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.

Mehanizam inicijacije SCC na površinskim zarezima

316 korozijsko pucanje pod naponom u vrućim hloridima zahtijeva tri uvjeta: osjetljivu mikrostrukturu (obično neki rad na hladno), produženo vlačno naprezanje i agresivno hloridno okruženje. U osnovi oznake za brušenje površine lokalno vlačno naprezanje je dato sa $σ_{local}=σ_{primijenjeno}×K_{t}$ gdje je $K_{t}$ funkcija geometrije oznake (omjer dubine prema radijusu). Tipična oznaka za brušenje sa dubinom d i korijenskim radijusom ρ daje K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ). Plitko, zaobljeno udubljenje (d=5 µm, ρ=10 µm) daje K_t≈1+2×sqrt(0,5)=2.4. Za duboku oštru oznaku (d=20 $\\mu$m, $\\rho$\\{18}} procjenjujemo $\\rho$\\{18}}} 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . Za primijenjeno zaostalo naprezanje od 100 MPa, lokalno naprezanje je 240-730 MPa-iznad granice tečenja od 205 MPa i daleko u području gdje se SCC brzo javlja. Pukotina počinje pri koncentraciji naprezanja i napreduje kroz anodno otapanje na vrhu pukotine, vođena primijenjenim naprezanjem, sve dok se zid plašta ne probije.

Kvantitativni odnos između dubine oznake brušenja i SCC inicijacije

Kontrolirano SCC testiranje (kontinuirano opterećenje, uzorci U-savijanja ili C-prstena) cijevi 316 s kontroliranom dubinom površinskog brušenja (postignuto promjenom abrazivnog zrna i brzine uvlačenja) u 500 ppm kloridne vode na 90 stepeni utvrdilo je bitne dubine za SCC com.

Maksimalna dubina oznake za brušenje (µm) Tipična hrapavost površine (Ra, µm) Radijus korijena oznake (µm, tipično) Faktor koncentracije napona (K_t) Vrijeme do početka SCC-a (sati, 500 ppm Cl-, 90 stepeni, 100 MPa) Vrijeme početka naprezanja po zidu (5 mm za napon) Preporučeno za 500 ppm Cl-, 90 stepeni servis<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30.000 Da (elektropolirani ekvivalent)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 Da 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15,000 Prihvatljivo 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8,000 Marginalno 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4,000 Ne preporučuje se
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1,000-2,000 Nije prihvatljivo
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 
Utjecaj razine zaostalog naprezanja na dopuštenu dubinu oznake

Dozvoljena dubina tragova brušenja veoma varira u zavisnosti od zaostalog vlačnog naprezanja omotača. Veći rezidualni napon zahtijeva pliće oznake kako bi se spriječio SCC. Maksimalna dozvoljena dubina oznake za mnoge nivoe zaostalih naprezanja, 500 ppm Cl⁻, 90 stepeni je prikazana u tabeli ispod.

Preostalo vlačno naprezanje (MPa) Maksimalna dozvoljena dubina oznake za brušenje za 10.000-sati životnog vijeka bez SCC-a (µm) Potrebna hrapavost površine (Ra, µm) Preporučena metoda završne obrade<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (crtež)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100-150 (umjereno crtanje)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (kao-savijen, bez oslobađanja od stresa)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Praktična usluga završne obrade klorida

Sljedeći kriteriji završne obrade se preporučuju za 316 grijača sa plaštom za rad u hloridnoj vodi iznad 200 ppm na temperaturama iznad 80 stepeni na osnovu procijenjenog stanja zaostalog naprezanja.

Konačna metoda obrade Maksimalna dubina oznake za brušenje Maksimalni Ra Metoda provjere Stanje preostalog naprezanja
Ublaženo naprezanje (žareno nakon formiranja) Bezcentrično tlo, 400-600 grit10 µm 0,5 µmVizuelno + profilometar 50×
Kako nacrtano ili savijeno (bez ublažavanja napetosti) Fino brušeno + blago poliranje 5 µm 0,3 µm Profilometar
Visoki hloridi Kao nacrtano Kao savijeni Electropolish (ukloniti 20-30 µm)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Bilo koji, za kritičnu usluguElektropoliranje + pasivizacija0 (oznake potpuno uklonjene)<0.1 µmComplete surface inspection
Identifikacija SCC-a na terenu izazvanog brušenjem

Za grijače koje je SCC pokvario u hloridnom servisu, površinu loma treba ispitati za mjesto nastanka loma. Pod povećanjem (100-500×), mjesto nastanka pukotine će se često poklapati sa tragom brušenja ili ogrebotine. Oznaka će se posmatrati kao oštro definisan žleb, često sa proizvodom korozije koji se prvenstveno sakuplja u žlebu. SCC pukotine se šire normalno na smjer brušenja (ako su oznake obodne, pukotine su aksijalne, a ako su oznake aksijalne, pukotine su obično obodne, ali mogu pratiti oznaku). Ako su prisutne oznake mlevenja, a radno okruženje ima hloride veće od 200 ppm i temperature veće od 80 stepeni, treba posumnjati na SCC zbog tragova mlevenja. Odgovor je da se za buduću kupovinu zahtijevaju elektropolirane ili fino polirane površine i da se postojeći grijači povuku iz upotrebe ili poliraju površinu plašta ako je dostupna (rijetko izvodljivo).

Zaključak: Granice dubine oznake za brušenje za hloridnu uslugu

Grinding markings >10-12 µm obezbjeđuju koncentratore naprezanja i smanjuju vrijeme pokretanja SCC-a za 316 grijača obloženih nerđajućim čelikom u 500 ppm hloridne vode na 90 stepeni od 20,000+ sati na 2,000-5,000 sati. SCC počinje za 500-1000 sati pod normalnim nivoima preostalog naprezanja na dubinama većim od 20 µm. Za servis klorida, inženjeri koji odaberu 316 omotača trebaju specificirati maksimalnu dubinu oznaka za brušenje (npr. Manju ili jednaku 8 µm), ili ekvivalentno maksimalnu hrapavost površine (npr. Ra manji od ili jednak 0,5 µm) i zatražiti verifikaciju profilometrijom. Za najneprijatnije uslove hlorida ili gde se zaostala naprezanja ne mogu minimizirati, elektropoliranje za uklanjanje hladno obrađenog, izgrebanog površinskog sloja u potpunosti uklanja koncentratore naprezanja povezane sa tragovima brušenja. Ovdje predloženi pristup povezuje dubinu oznake brušenja sa mjerljivim vremenima iniciranja SCC-a, omogućavajući kupcu da specificira tehnike završne obrade površine koje izbjegavaju prerano pokretanje pukotina na površinskim defektima.