Hvernig hefur 316 ryðfrítt stál slíðurveggþykktin áhrif á afgangsstreitudreifingu eftir byltingu og áhrif þess á tæringarþreyta líf í sjávarumhverfi?

Tæringarþreyta er sérlega árásargjarn bilunarbúnaður fyrir rafmagnsdýfingarhitara sem tilgreindir eru af skipaverkfræðingum fyrir úthafspalla, skipakerfi og strandiðjuver þegar hringlaga vélrænt álag og klóríðtæring eru sameinuð. Tæringarþreyta leiðir til sprungubyrjunar við mun minni streitumagn og styttri líftíma en hrein þreyta í lofti eða hreinni tæringu í kyrrstöðu. Afgangsspennurnar sem myndast við smíði (sem þjappar magnesíumoxíðeinangruninni í kringum viðnámsvírinn) hafa samskipti við þjónustuálag og annað hvort flýta fyrir eða tefja brotamyndun eftir merki þeirra og stærð. Þessi grein mælir hvaða áhrif slíðurveggþykkt hefur á dreifingu afgangsspennu eftir sléttun og áhrif þessara afgangsspennu á tæringarþreytalíf í sjávarumhverfi.

Myndun afgangsstreitu við að skipta um 316 slíður
When a 316 stainless steel tube is swaged from a bigger to a smaller diameter around the MgO filled core, a specific pattern of residual stress is induced. Residual stresses on the outside surface of the sheath are compressive due to the inward hammering of the swaging dies on the material, and tensile on the inner surface due to the outward push of the compressed MgO during elastic springback. The size of these residual strains is dependent on wall thickness and diameter reduction. For a thin walled sheath--below 1.0 mm--the swage force penetrates almost the whole wall thickness. The resulting strong compressive stresses at the outer surface (-200 to -300 MPa) and moderate tensile stresses at the inner surface (+50 to +100 MPa) are obtained. The swaging force is taken mostly by the outside layers of the thick-walled sheath (>1,8 mm), sem mynda sterka þjöppunarspennu aðeins nálægt ytra yfirborðinu, sem skilur innri lögin eftir að mestu ósnortin. Togspennur á innra yfirborði eru sömuleiðis lægri vegna minna fullkominnar MgO þjöppunar eins og fram kemur í 12. grein. Þessi tenging var staðfest með röntgengeislabrotsmælingum á afgangsspennu í 316 slíðrum. Fyrir 0,9 mm veggslíður var yfirborðsþrýstispenna -280 MPa. 1,5 mm veggslíður var -180 MPa. 2,0 mm veggslíður sýndi aðeins -120 MPa. Þynnri slíðurinn geymir hagstæðari þjöppunarálag á ytra yfirborðinu, staður þar sem tæringarþreytubrot hefst.

Áhrif afgangsþjöppunarálags á tæringarþreytusprunguna
Hringlaga togspenna og ætandi raflausn sem inniheldur klóríð valda tæringarþreytubrotum í 316 ryðfríu stáli. Sprungan byrjar við yfirborðsgryfju eða innilokun þar sem óvirka hlífðarhúðin hefur bilað. Ef afgangsþrýstingsálag er til staðar á yfirborðinu, verður beitt hringlaga togspenna að sigrast á þessari þjöppun til að mynda nettóspennu við sprunguoddinn. Þetta eykur verulega þröskuldstreitu fyrir sprungubyrjun. Fyrir 0,9 mm 316 slíður með -280 MPa yfirborðsþjöppun, veldur beitt hringrásarálagi upp á +200 MPa aðeins -80 MPa nettó við yfirborðið sem er enn þjappað og getur ekki komið af stað þreytusprungu. Aðeins hringspenna sem fer yfir + 280 MPa myndar nettóspennuna á yfirborðinu. Til samanburðar er 2,0 mm slíður sem hefur aðeins -120 MPa af yfirborðsþjöppun í nettóspennu þegar beitt álag er meira en +120 MPa, mun lægri þröskuldur. Tæringarþreytuprófanir í tilbúnum sjó við 60 gráður staðfesta þessi áhrif. Sýni með 0,9 mm veggþykkt og umtalsverða afgangsþjöppun stóðu fyrir 10 milljón lotum við 250 MPa beittu til skiptis álagi án sprungubyrjunar. Við sama álag mistókust sýni með litla afgangsþjöppun og 2,0 mm veggþykkt eftir 2 milljón lotur. Þynnri slíðurinn skilaði fimm sinnum meiri endingu á tæringarþreytu þrátt fyrir minni algera veggþykkt.

Skiptu-á milli afgangsálags og veggþykktar
Þunnt-veggað slíður hefur kost á tæringarþreytu en það verður að jafna það á móti neðri brún efnisins ef sprunga byrjar. 0,9 mm slíðurinn, með verulegri afgangsþjöppun, gæti verið ónæm fyrir sprungubyrjun í milljónir lota. Hins vegar, þegar sprunga hefur sigrast á eftirspennusviðinu, td vegna risastórrar yfirborðsgryfju eða stuttrar ofhleðslu, þarf hún aðeins að breiða út í gegnum 0,9 mm af efni til að valda götun. 2,0 mm slíður með minni afgangsþjöppun getur komið af stað sprungu í færri lotum, en sprungan þarf að fara í gegnum 2,0 mm til að koma af stað bilun. Heildarlíf til bilunar er summan af upphafslífi og útbreiðslulífi. Niðurstöður tæringarþreytu á snúningsgeislum í 60C sjó eru notaðar til að sýna eftirfarandi heildarlotu til bilunar fyrir 10 mm OD 316 slíður við 200 MPa víxlálag. 0,8 mm slíður hafði alls 12 milljónir hringrása (11,5 milljónir ræsingar, 0,5 milljónir útbreiðslu). 1,2 mm slíður náði 8 milljónum lotum (1 milljón útbreiðslu, 7 milljón byrjun). 5 milljón lotum (3 milljón byrjun, 2 milljón útbreiðslu) fyrir 1,6 mm slíður. 2,0 mm slíður lifði af 3,5 milljón lotur (1,5 milljón upphaf, 2 milljónir útbreiðslu). Útbreiðslumörkin eru lítil, en sterk leifar þjöppunar þunns-veggaðs slíður leiðir til langrar heildarlífs.

Sjávarumhverfi Tæringu Þreyta Lífsval fylki
Eftirfarandi tafla sýnir ráðlagða 316 slíðurveggþykkt fyrir rafmagnsdýfarhitara í sjóþjónustu sem fer eftir áætlaðri hringrásarspennu og nauðsynlegum endingartíma. Gildin eru fyrir samfellda útsetningu fyrir sjó eða brakvatni við 30–60 gráður og einnig fyrir venjulega sléttunaraðferðir án þess að-þarfa glæðingu eftir.

Væntanlegt hringspennuálag Þjónustulíf áskilið Mælt með 316 slíðurveggþykkt Ráðandi bilunarhamur Hönnunarrök
Lágt (< 50 MPa) > 10 years 1.2 – 1.6 mm Crevice corrosion Residual stress benefit less essential. Corrosion allowance drives thickness
Miðlungs (50 – 150 MPa) 5 – 10 ár 1,0 – 1,2 mm Tæringarþreyta Þunnur veggur fyrir mikla afgangsþjöppun til að forðast sprungur
Í meðallagi (50 – 150 MPa) > 10 ár 1,4 – 1,6 mm með útgræðslu eftir-þurrkun. Fjölgun eftir upphaf Glögun dregur úr afgangsávinningi álags; treysta á þykktarmörk
Hátt (150 – 250 MPa) 3 – 5 ár 0,8 – 1,0 mm Upphaf tæringarþreytu Hámarks afgangsþjöppun nauðsynleg; skertur endingartími viðunandi.
Hátt (150 – 250 MPa) > 5 ár Ekki raunhæft fyrir 316LOofhleðslu eða hröð sprungu Uppfærsla í Incoloy 825 eða títan
Breytilegt með tíðri ofhleðslu Öll útbreiðslu upp á 1,6 – 2,0 mm eftir óvænta sprungu.
Í forritum þar sem hringrásarálag er framkallað af titringi, hitaþensluhringrás eða þrýstingsbreytingum er mikilvægt að geta mælt eða metið spennusviðið. Ef mæling er ekki fyrir hendi er hóflegt álag upp á 100 MPa skynsamlegt sjálfgefið. Í þessum tilfellum gefur veggþykktin 1,2 mm ákjósanlega málamiðlun á milli kosts afgangsspennu og útbreiðslubilsins. Verkfræðingar ættu einnig að íhuga að mæla með eftir-þurrkunarglæðingu fyrir þykka-veggða slíður sem notuð eru í háhraða notkun. Glæðing við 1050 gráður fjarlægir algjörlega afgangsspennu og þar með tæringarþreytuávinning þunnra veggja, en einnig togstreituleifar á innra yfirborði sem geta leitt til brotaútbreiðslu. Gleypt 1,6 mm slíður hefur svipaða heildarþolþol og ó-glýjuð 1,2 mm slíður, sem býður upp á aðra nálgun til að ná langan endingartíma án þess að treysta á þunna veggi. Framleiðslugeta og kostnaður er fall af þröngum veggjum með miklu afgangsálagi eða þykkum veggjum með glæðingu. Fyrir flestar sjóframkvæmdir þar sem titringur er til staðar en ekki alvarlegur, mun veggþykkt 1,2-1,4 mm með venjulegri þynningu gefa áreiðanlega tæringarþreytu án aukavinnslu.