Umbreytir köldbeyging á 316 ryðfríu stáli slíðurrörum fyrir U-laga dýfingarhitara haltu austeníti í álag-framkallað martensít og flýtir fyrir gryfju í lágu-klóríðháu-hitavatni?

Almennt er litið framhjá málmvinnsluáhættu á því að mynda U-laga eða sérsnúin beygð 316 ryðfrítt stál rafhitunarrör í stöðluðum tæringarkröfum. Beygingarferlið, sérstaklega þegar notaðir eru litlir radíur á köldu dregnum slöngum, leiðir til plastaflögunar, sem umbreytir metstöðugleika austenítinu í martensít af völdum álags-. Þessi umskipti dregur úr virku gryfjuþolsjafngildi (PREN) á beygða svæðinu, jafnvel þegar grunnefnið uppfyllir tæknilega 316 samsetningarkröfur. Rafefnafræðilegar prófanir á tilraunagögnum leiða í ljós að mikilvægur holahiti (CPT) í köldum beygðum hlutum 316 slíðra úr ryðfríu stáli getur verið 15-25 gráðum lægri en óbeygðir hlutar frá sama hita. Í forritum þar sem vatnið er lítið í klóríði en hátt hitastig (td 80 til 95 gráður C, 50 til 100 hlutar á milljón Cl⁻), færir þessi lækkun venjulega beygða svæðið úr óvirku í virkt gryfjuástand innan nokkurra mánaða frá notkun, sem veldur ótímabæra bilun í hitara. Þessi grein metur tengslin á milli beygjuradíuss, martensíthlutfalls af völdum álags og næmni fyrir gryfju og býður upp á úrvalsramma fyrir hönnunarverkfræðinga sem tilgreina myndaða 316 ryðfríu stáli dýfahitara fyrir miðlungs erfitt vatnsumhverfi.

Málmvinnsla álags-framkallað martensít í köldu beygðu 316 ryðfríu stáli
Austenitísk uppbygging 316 ryðfríu stáli er varmafræðilega stöðug aðeins við tiltekna stöflunbilunarorku. Undir upphafshitastigi martensíts (Ms), er vélræna aflögunin kalt vinnuferli þar sem orkan sem er til staðar nægir til að framkalla klippubreytingu frá andlits-miðjusettu kúbísku austeníti ($\\gamma$) yfir í líkama-miðað fjórhyrnt martensít ($\\alpha'$). Ms hitastig 316 ryðfríu stáli er um -40 gráður. Hins vegar sést martensít af völdum álags við stofuhita fyrir raunverulegan plastálag yfir mikilvægt magn. Beyging veldur álagi á ytri trefjar slíðrunnar og þjöppun á innri trefjum. ε=t/2R Þar sem R er beygjuradíus að miðlínu rörsins, t er veggþykktin og ε er hámarksplastálagið á toghliðinni. Fyrir 2D beygju á venjulegu 12 mm OD röri með 1,2 mm veggþykkt að miðlínu radíus 24 mm er ytri trefjaþynningin 0,05 (5%). Við 15 mm radíus (1,25D beygju) eykst álagið í 0,08 (8%). Mælingar með Fischer Feritscope benda til þess að í 316 ryðfríu stáli skilar 5% togspenna um 8-12% a' martensít og 8% tognun leiðir til 15-25% martensíts.

Martensítframleiðsla hefur tvöföld áhrif á tæringarþol. Í fyrsta lagi er martensít minna leysanlegt í króm og mólýbdeni en austenít og leiðir til krómtæma bletta á fasamörkum. Í öðru lagi er martensít kaþódískur fasi með tilliti til austeníts, sem hefur í för með sér myndun galvanískra örfrumna og rafskautsupplausn nágrannaaustenítsins. Potentiodynamic skautunarskannanir í 100 ppm klóríðlausn við 80 gráður gefa til kynna að kalt beygt 316 ryðfrítt stál með 15% martensíti hafi gryfjunarmöguleika upp á +150 mV á móti Ag/AgCl, en sama efni í algjörlega endurkristölluðu ástandi hefur holunarmöguleika upp á +350 mV. Breytingin á 200 mV þýðir að beygða svæðið þarf mun minni rafskautun til að koma af stað gryfjum.

Magnbundið samband milli beygjuradíuss og líftíma gryfjunnar
U-lagaðir 316 hitarar úr ryðfríu stáli (þykkt 1,5 mm, þvermál 12 mm) voru undirlagðir stýrðar dýfingartilraunir í tilbúnu kælivatni (80 ppm Cl−, 200 ppm SO42−, pH 7,2, 85 gráður) til að sýna fram á bilunarmynstrið sem fall af hitabeygðu hitastraumi/cm virkni við hvert yfirborð hitastraums/cm. 2 . Bilun var skilgreind sem götun vegna gryfju í ytri beygjutoppnum.

Beygjuradíus 36 mm (3D, tognun≈3,3%): Meðaltalsbilun í hola eftir 2100 klst. Martensítinnihald á beygðum toppi 6% Mörg staður upphaf, hæg útbreiðsla.

Beygjuradíus 24 mm (2D, álag 5,0%): Meðaltals bilun í holum eftir 1150 klst. Martensítinnihald: 11% Holir kjarnamyndaðir helst við toghliðartoppa.

Beygjuradíus 18 mm (1,5D, álag 6,7%). Meðalhitabilun 550 klst. innihald martensíts 18%; Staðbundin tæring í 2 mm hring á ytri beygju.

Beygjuradíus 12 mm (1D, álag 10%): að meðaltali bilun í holum eftir 180 klst. Martensitic innihald: 27%. Hratt götun með sprungum í sumum tilfellum.

Í notkun með hærri klóríðstyrk (300-500 ppm) í vinnsluvatni minnkar líftími gryfjunnar við hvern beygjuradíus um annan þátt um 2-3. Að öðrum kosti, fyrir vatnshitastig undir 50 gráður, er gryfjuhröðun af völdum martensíts óveruleg þar sem mikilvæga gryfjuhitastigið er hærra en vinnuhitastigið, jafnvel fyrir beygða hluta.

Hita- og vélræn áhrif staðbundinnar gryfju í beygjum.
Hönnunin sem einbeitir álagi við beygjuradíus gerir bilun í gryfju sérstaklega erfið. Þegar hola brýst í gegnum slíðurvegginn verður innri hitunarþátturinn (venjulega NiCr eða FeCrAl vír) fyrir vinnsluvökvanum. Í vatnsbundnum kerfum veldur þetta tafarlausri jarðtengingu og lokun á hitara. Hins vegar myndast einangraðir heitir blettir í gryfjum með -þykkt að hluta, jafnvel áður en hún er full göt, vegna hærri hitaþols og staðbundinnar straumþéttleika í veggþykktinni sem eftir er við botn holunnar. Innrauð hitamynd af hitara með 30% vegggengni við beygjuna gefur til kynna 35–50 gráðu hækkun yfirborðshita yfir slíðurhita í kringum beygjuna. Þessi heiti blettur eykur tæringu og getur valdið því að-brenni úr innri viðnámsvírnum vegna staðbundinnar ofhitnunar. Jafnvel í þrýstibúnaði getur hola að hluta þjónað sem álagsstækkun og komið af stað þreytusprungum þegar hitarinn verður fyrir hitauppstreymi.

Togstreitaleifar sem stafa af beygju veldur einnig streitutæringarsprungu (SSC) við ákveðnar aðstæður. Sambland af leifar togspennu (venjulega 100-250 MPa við beygju ytri trefjar), martensíts og aukins hitastigs veldur samverkandi bilunarkerfi við aðstæður sem innihalda klóríð- fyrir 316 ryðfríu stáli. Tilvikssögur eru fáanlegar fyrir kjarnakljúfa, þar sem U-laga 316 hitarar, beygðir í 1,5D geisla í 200 ppm Cl-þjónustu við 95 gráður, biluðu við transkornóttan SCC eftir 300 klukkustundir, á meðan eins hitarar beygðir í 3D geisla virkuðu í næstum 3000 klukkustundir án sprungu.

Valleiðarvísir fyrir beygjuradíus eftir klóríðstigi og vinnsluhitastigi
Eftirfarandi ákvarðanafylki aðstoðar verkfræðinga við að skilgreina lágmarksbeygjuradíus fyrir U-laga og sérsniðnar-myndaðar 316 rafhitunarrör úr ryðfríu stáli. Fyrir hverja samsetningu klóríðstyrks og hámarkshitastigs slíðunnar er mælt með lágmarks R/t hlutfalli (beygjuradíus deilt með ytri þvermál rörsins) til að takmarka þróun martensíts við minna en 5%.

Hámarksstyrkur klóríðs (ppm) Hámarkshiti slíðunnar (gráða) Ráðlagður Lágmarksbeygjuradíus (margir OD) Áætlaður hola-Frjáls líftími (klst.) Þarftu eftir-beygjuhitameðferð?
< 50 < 60 2.0 D > 5000 No 50 – 100 < 60 2.0 D > 4000 No 50 – 100 60 – 90 2.5 D > 3000 No 50 – 100 90 – 110 3.0 D > 2000 Recommended (solution anneal if possible)
600 > 90 4.0 D > 600 Nauðsynlegt + íhuga málmblendi uppfærslu (Incoloy 825) > 600 > 100 4.5 D > 500 Áskilið + íhuga málmblendi uppfærsla (Incoloy 825) > 600 > 100 5.0 D > 400 Áskilið + íhuga málmblendi uppfærslu (Incoloy 825) >{1} {602 >{6} >{6} > 300 Áskilið + íhuga uppfærslu á álfelgur (Incoloy 825) > 600 > 100 7.0 D > 200 Áskilið + íhuga uppfærslu á álfelgur (Incoloy 825) > 600 > 100 8.0 D > 100 Áskilið + íhuga uppfærslu á álfelgur (Incoloy 825) (Incoloy 825) beygjur Ekki hentugur. Notaðu 316 beint eða færðu yfir í ónæmari málmblöndu
Fyrir forrit sem krefjast þéttra U-beygja sem eru minni en 2,5D við miðlungs klóríðaðstæður, geta framleiðendur valið að nota eftir--beygjulausnarglæðingaraðferð, hitun í 1050 gráður fylgt eftir með fljótlegri vatnsslökkvun, til að endurkristalla þvingaða uppbyggingu og fjarlægja martensít. Hins vegar er -lausnarglæðing á fullgerðum hitarasamstæðum venjulega ekki möguleg þar sem innri hitaeiningin og lokunarþéttingar þola ekki þetta hitastig. Við þessar aðstæður væri hagnýtt svar að tilgreina stærri beygjuradíus eða mótanlegri, en samt tæringarþolinn, málmblöndu eins og 316Ti (sem er bætt við títan til að koma á stöðugleika karbíða og minni tilhneigingu til að mynda martensít).

Viðbótarskref til að draga úr beygju-tengdri tæringu
Þegar hönnunartakmarkanir krefjast þröngs beygjuradíus á 316 ryðfríu stáli slíðri, geta þrjár tæknilegar aðferðir endurheimt tæringarþol að hluta. Álag í ytri trefjum er í réttu hlutfalli við t/R . Þannig að því þykkari sem veggur rörsins er fyrir beygju, því minna er álagið á ytri trefjum fyrir tiltekinn beygjuradíus. 1,8 mm veggrör beygt í 1,5D radíus hefur lægri álag en 1,2 mm veggrör beygt í sama radíus. Þetta hefur í för með sér um 30% minnkun martensítframleiðslu. Í öðru lagi mun það að tilgreina lágt kolefni 316L (hámark 0,03% C) í stað 316 (0,08% C) auka viðnám gegn næmi við beygju og hvers kyns suðu í kjölfarið, en kemur ekki beint í veg fyrir myndun martensíts. Í þriðja lagi útilokar raffægingaraðgerðin eftir-beygju þunnt yfirborðslag (20–50 µm) með hámarksþéttleika martensíts og aflögunar-göllum. Rafefnafræðilegar prófanir benda til þess að raffæging á 1,5D beygju færir gryfjunarmöguleikann innan við 50 mV frá óbeygðu ástandi og eykur endingartímann um þrennt á óslípuðu beygjurnar.

Beygja geisla fyrir þunga 316 ryðfríu stáli dýfingarhitara
Hönnunarfræðingar sem óska ​​eftir tilboðum í U-laga eða sérsníðuðum 316 rafhitunarrörum úr ryðfríu stáli ættu að tilgreina lágmarksbeygjuradíus í margföldum ytri þvermál rörsins, væntanlegur klóríðstyrkur og hámarksvinnsluhitastig vinnsluvökvans. Ekki trúa því að staðall beygjuradíus framleiðanda sé í lagi fyrir vatnsefnafræði þína (venjulega 2D eða 1,5D). Fyrir nýjar uppsetningar með vatnshörku og klóríðmagni sem er dæmigert fyrir sveitarfélög (50-150 ppm Cl-, 60-80 gráður vinnsluhitastig) gefðu lágmarks 3D beygjuradíus til að tryggja martensítstyrk undir 5% og spáð gryfju-lausan líftíma, meira en 00 klukkustundir. Ef plásstakmarkanir segja til um beygjur sem eru þéttari en 2,5D skaltu biðja birginn um álags-martensítmælingar (ferritescope eða röntgengeislun) á sýnishornbeygjum og íhuga raffægingu eða aðferð til að losa álag eftir beygju. Með því að meðhöndla beygjuradíus sem hönnunarbreytu til jafns við veggþykkt og yfirborðsslípun geta verkfræðingar komið í veg fyrir ótímabæra bilun sem stafar ekki af beinu hlutunum, heldur frá næmum ytri trefjum hverrar beygju.