Hvernig hefur 316 ryðfrítt stál slíðurveggþykktin áhrif á afgangsstreitudreifingu eftir byltingu og áhrif þess á tæringarþreytalíf 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 amplitude of these residual strains is dependent on the wall thickness compared to the diameter reduction. In the case of a thin-walled sheath with wall thickness below 1.0 mm, the swaging force penetrates almost the entire wall thickness, which leads to strong compressive stresses at the outer surface (often from -200 to -300 MPa) and moderate tensile stresses at the inner surface (from +50 to +100 MPa). For a thick-walled sheath (>1,8 mm) frásogast þrýstikrafturinn að mestu leyti í ytri lögum og miklar þrýstispennur myndast aðeins nálægt ytra yfirborðinu, innri lögin eru tiltölulega óbreytt. Togspenna á innra yfirborði minnkar einnig vegna minna fullkominnar þjöppunar MgO. Röntgengeislabrotsrannsóknir á afgangsspennu í 316 slíðrum sem eru sléttar staðfesta þessa fylgni. 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 hefur hagstæðari þrýstiálag á ytra yfirborði þar sem tæringarþreytasprungur myndast almennt.

Hlutverk afgangsþrýstingsþrýstings við að tefja tæringarþreyta sprungu
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 álagsstigið sem þarf til að hefja sprungu. Ef yfirborðsleifaþjöppunin er -280 MPa, og beitt hringrásarálag er +200 MPa, þá er netið við yfirborðið -80 MPa. Þetta er enn þjappandi og getur ekki komið af stað þreytusprungu. Nettóspenna er aðeins til staðar ef hringrásarálagið er yfir +280 MPa. 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°C 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 fimmfalt meiri tæringarþreytalífi 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 slíður með verulegri afgangsþjöppun þolir sprunguupphaf í milljónir lota. Sérhver sprunga sem hefur sigrast á afgangsálagssviðinu, annað hvort með stórri yfirborðsgryfju eða tímabundinni ofhleðslu, hefur hins vegar aðeins 0,9 mm af efni til að dreifast í gegnum áður en hún er göt. 2,0 mm slíður með minni afgangsþjöppun getur valdið sprungu í færri lotum, en sprungan verður að breiðast út um 2,0 mm til að valda bilun. Heildarlíftími til bilunar=Upphafslíf + útbreiðsluþol Tæringarþreytupróf í saltvatni við 60°C í snúningsgeislabúnaði gefur eftirfarandi heildarlotu til bilunar fyrir 10 mm ytra þvermál 316 slíður við 200 MPa víxlálag. 0,8 mm slíður náði samtals 12 milljón lotum, 11,5 milljónum fyrir upphaf og 0,5 milljónir fyrir fjölgun. 1,2 mm slíðurinn þoldi 8 milljón lotur, 7 milljónir fyrir upphaf og 1 milljón fyrir útbreiðslu. 1,6 mm slíðurinn þoldi 5 milljón lotur (3 milljónir fyrir upphaf og 2 milljónir fyrir útbreiðslu). 2,0 mm slíðurinn rann í 3,5 milljón lotur, þar af 1,5 milljónir fyrir upphaf og 2 milljónir fyrir útbreiðslu. Þunnt-veggað slíðrið hefur hæstu afgangsþjöppunina og lengsta heildarlíftímann, jafnvel þó útbreiðslumörkin séu lítil.

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°C og einnig fyrir venjulega sléttunartækni án eftir-hreinsunargræðslu.

Væntanlegt sveifluálagsmagn áskilið Þjónustulíf Mælt með 316 slíðurveggþykkt Ráðandi bilunarhamur Hönnunarrök
Lágt, undir 50 MPaYfir 10 ár 1,2 – 1,6 mm Tæring í sprungum Þykkt knúin áfram af tæringarhlunnindi, ávinningur afgangsstreitu minna marktækur
Í meðallagi, 50 – 150 MPa 5 – 10 ár 1,0 – 1,2 mm Tæringarþreyta Þunnur veggur gefur mikla afgangsþjöppun til að koma í veg fyrir sprungur
Í meðallagi, 50 til 150 Mpa10 ár eða meira 1,4 – 1,6 mm með eftir-þurrkun. nota þykktarmörk
Hátt, 150 – 250 MPa 3 – 5 ár 0,8 – 1,0 mm Byrjun á tæringarþreytu Samþykkja stuttan endingartíma, hámarks afgangsþjöppun nauðsynleg
High, 150 – 250 MPa>5 ár316 Ekki mögulegt Ofhleðsla eða hröð sprunga Skipta út fyrir Incoloy 825 eða títan
Breytilegt með mörgum yfirgjöldum.Allur endingartími 1,6 – 2,0 mm Propag. eftir óvænta sprunguÞykktarmörk verndar gegn ófyrirséðum atburðum
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. Val á þunnum veggjum með miklu afgangsálagi eða þykkum veggjum með glæðingu fer eftir framleiðslugetu og kostnaði. Fyrir flestar sjóframkvæmdir þar sem titringur er til staðar en ekki mikill, mun venjuleg sléttun bjóða upp á áreiðanlega tæringarþreytu án aukavinnslu ef veggþykktin er á bilinu 1,2 til 1,4 mm.