Koja maksimalna dozvoljena površinska vlačna zaostala naprezanja od valjkastog ravnanja cijevi grijača 316 sprječava pucanje korozije pod naponom u 200 ppm hloridnoj vodi na 80 stepeni tokom 10 godina

Dugoročni-SCC pokretač: zaostali stres uzrokovan ravnanjem

Za električne cijevi za grijanje obložene nehrđajućim čelikom 316 koje se proizvode nakon izvlačenja ili žarenja ravnanjem na valjcima, zaostalo naprezanje površinskog zatezanja koje se uvodi procesom ravnanja s valjcima često je najvažniji faktor koji kontrolira osjetljivost na koroziju pod naponom (SCC) u toplim hloridima. Ovisno o početnoj zakrivljenosti cijevi, pomaku valjka i broju prolaza za ispravljanje, ravnanje valjkom može rezultirati površinskim vlačnim naponom od 50-250 MPa. Prag zateznog naprezanja za početak SCC u žarenom 316 u 200 ppm hloridne vode na 80-60% MPa je oko 80-60% prinos). Maksimalno dozvoljeno zaostalo vlačno naprezanje na površini za 10 godina radnog vijeka bez SCC je 100 MPa. Pukotine počinju za 1-3 godine iznad 120 MPa, mjeseci iznad 150 MPa. Veza između preostalog naprezanja izazvanog ispravljanjem, vremena pokretanja SCC-a i radnog veka u uslovima razblaženog hlorida kvantifikuje se u ovom članku.

Mehanizam površinskog naprezanja usled ispravljanja

Ispravljanje valjka plastično deformira površinu cijevi naizmjeničnim zatezanjem i kompresijom kako bi se eliminisala zakrivljenost. Na svakoj kontaktnoj tački valjka vanjska vlakna cijevi su podvrgnuta vlačnim naprezanjima od 0,2 do 1,5% u zavisnosti od stepena ispravljanja. Za nehrđajući čelik 316 s granom tečenja od oko 205 MPa (žareni) do 450 MPa (hladno{7}}obrađen), ove deformacije proizvode zaostala naprezanja od 50 MPa (blago ravnanje ravne cijevi) do 250 MPa (teško ispravljanje zakrivljene cijevi). Profil zaostalog naprezanja je visoko lokaliziran na površini, s najvećim naponima u vanjskim 20-100 lm zida. Ovaj tanak, visoko napregnut sloj je vrlo pogodan za iniciranje SCC jer pukotine nastaju blizu površine i šire se kroz polje zaostalog naprezanja. Nasuprot tome, preostale napetosti se ne smanjuju značajno s vremenom na 80 stepeni.

Kvantitativna korelacija između stresa pri ravnanju i SCC života na 80 stepeni

Sistematsko SCC testiranje (kontinuirano opterećenje, U-uzorci savijanja) 316 cijevi sa reguliranim nivoima zaostalih površinskih naprezanja (mjereno difrakcijom X- zraka) u 200 ppm hloridnoj vodi (pH 7,5, gazirano) na 80 stepeni pokazalo je sljedeća vremena iniciranja.

Max. Površinsko zatezno zaostalo naprezanje od ravnanja (MPa) Napon kao % prinosa (žareno 316, 205 MPa) Vrijeme do iniciranja SCC pukotine (sati, 80 stepeni, 200 ppm Cl-) Vrijeme do perforacije (1,5 mm vijek trajanja, godina rada) Ukupan vijek trajanja (godina com servisa) 1<50 <25% >80,000 >100,000 >11 godina Da 50-75 25-37% 50,000-80,000 60,000-100,0007-11 godina Da 75-100 37-49% 30,000-50,000 40,000-70,000 5-8 godina U redu za 10 godina? Marginalni 100-120 49-59% 15,000-30,000 20,000-45,000 2-5 godina Ništa (10 godina)
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
Utjecaj debljine stijenke na toleranciju zaostalih naprezanja

Deblji zidovi različito raspoređuju napon od ispravljanja, tako da imaju više materijala za podršku rastu loma. Donja tabela pokazuje maksimalno dozvoljeno zaostalo naprezanje za ravnanje za 10-godišnji vijek trajanja u funkciji debljine zida.

Debljina zida (mm) Maksimalno dozvoljeno zaostalo naprezanje od ravnanja za 10-godišnji životni vijek (MPa) Ekvivalentni maksimalni hladni rad dozvoljen od ravnanja (%)
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 Praktične specifikacije - Ispravljanje nakon žarenja

Sljedeće parametre ravnanja treba navesti u dokumentima o nabavci za 316 grijača s plaštom za rad sa toplim hloridom (80 stepeni, 200 ppm Cl⁻):

Stanje cijevi prije ispravljanja Maksimalno zaostalo naprezanje površine nakon ispravljanja (MPa) Metoda ravnanja Metoda verifikacije
100% žareno (bez stresa)X{1}}difrakcija X zraka na uzorku Višestruki prolazi, mali pomak valjka
Lagano hladno vučeno (10-15% CW) 80 Feritoskop sa smanjenim pomakom valjka+XRD
60 Jedan prolaz, mali pomak Umjereno hladno-vučeno (15-25% CW) Nije prikladno za servis klora. .
Kao-savijen (nije ispravljen ranije) 80 (mjereno na ravnom dijelu) Ispravite samo ako je potrebno Potreban XRD
Validacija zaostalog naprezanja u ispravljenoj cijevi

Kupci koji žele certificirane nivoe preostalog naprezanja imaju tri tehnike provjere. Prvi je X-difrakcija zraka (XRD), koja daje direktno mjerenje površinskog zaostalog naprezanja sa tačnošću od ±20 MPa. Drugi je ASTM G38 U-test savijanja u kojem se uzorak primljene cijevi savija za 180 stepeni, a zatim se uranja u kipući magnezijum hlorid (154 stepena) ili, za uporedivije uslove, u 200 ppm hlorida na 80 stepeni. Pucanje se javlja u roku od 100 sati u MgCl 2 ili 2.000 sati u otopini za simulaciju usluge{16}}kada je zaostalo naprezanje iznad 100-120 MPa. Treća metoda je mjerenje magnetske permeabilnosti: ispravljanjem izazvano zaostalo naprezanje u 316 nije direktno povezano s permeabilnosti, ali se može detektirati lokalizirani razvoj martenzita na maksimumima naprezanja. Za ključne primjene najveća pouzdanost se postiže XRD mjerenjima na jednom uzorku iz svake proizvodne serije.

Terenska dijagnoza SCC iz ravnanja

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 MPa. Lijek za ove kvarove je specificirati, za buduće kupovine, žarenje za ublažavanje naprezanja nakon ravnanja (400-450 stupnjeva za 1-2 sata) koje će minimizirati zaostalo naprezanje za 50-70% bez značajne promjene mehaničkih kvaliteta.

Međusobna veza između zaostalih napona ravnanja i savijanja

Ako je grijač proizveden ravno (prije savijanja) i naknadno savijen do konačnog oblika, zaostala naprezanja iz oba postupka mogu doprinijeti. Najveći ukupni zaostali napon se često vidi na vanjskom radijusu savijanja na strani koja je iskusila naprezanje pri ravnanju. Za takve grijače dopušteno naprezanje pri ravnanju treba dodatno smanjiti. Konzervativni kriterij je da zbir preostalog naprezanja pri ispravljanju i zaostalog naprezanja savijanja (mjereno na istom mjestu) ne smije biti veći od 100 MPa za 10-godišnji vijek trajanja u 200 ppm Cl- na 80 stepeni.

Zaključak: Specifikacija niskog naprezanja pri ispravljanju hlorida

Osnovni prag za SCC start za 316 grijača obloženih nerđajućim čelikom u 200 ppm hloridne vode na 80 stepeni je zaostalo naprezanje površinskog zateza od ~100-120 MPa. Za naprezanja ravnanja koja prelaze 120 MPa, početak loma se javlja nakon 1-3 godine, a za naprezanja ispod 100 MPa postiže se 10 godina radnog vijeka. Za servis sa toplim hloridom, inženjeri koji specificiraju 316 omotača trebaju specificirati ispravljanje cijevi s minimalnim pomakom valjka, provjeru zaostalog naprezanja pomoću XRD-a na epruvetama za uzorke i žarenje za ublažavanje naprezanja nakon ispravljanja (400 stepeni tokom 1 sata) ako hlorid prelazi 200 ppm ili temperatura prelazi 70 stepeni. Ovdje predloženi pristup povezuje zaostalo naprezanje izazvano ispravljanjem s mjerljivim vremenom početka i perforacije SCC-a, omogućavajući kupcima da specificiraju proizvodne tehnike kako bi izbjegli ovaj skriveni, ali značajan izvor rizika od pucanja.