Hvernig hefur val á 316 ryðfríu stáli slíðurveggþykkt áhrif á hættuna á sprungum á streitutæringu í heitu klóríðumhverfi yfir 60 gráðum á Celsíus?

Þegar um er að ræða verkfræðinga í efnaverksmiðjum og viðhaldsstarfsfólki sem tilgreinir rafmagnsdýfingahitara fyrir notkun heita klóríðlausna eins og sjávar-kælda varmaskipta, saltvatnsstyrktatanka og ákveðinn matvælavinnslubúnað, þá er sprunga álagstæringar aðskilinn bilunarmáti frá almennri gryfju- eða sprungutæringu. Ólíkt einsleitri veggþynningu, veldur spennutæringarsprungur greinóttum, þverkornóttum eða millikornum sprungum sem geta stungið 316 ryðfríu stáli slíður á vikum eða mánuðum, venjulega með lítilli sýnilegri viðvörun. Samspil álags eða eftirgangs togspennu, klóríðstyrks, hitastigs og veggþykktar ákvarðar hvort tiltekið slíður muni haldast í mörg ár eða bila skelfilega. Þessi grein mælir hvaða áhrif veggþykkt hefur á hættu á sprunguspennutæringu með áhrifum hennar á stærð afgangsspennu frá framleiðslu og þeim tíma sem þarf til að sprunga breiðist út í gegnum vegginn.

Þrjár grundvallarskilyrði fyrir sprungu álagstæringar í 316 slíðrum
Spennutæringarsprunga á austenítískum ryðfríu stáli eins og 316 krefst þess að þrjú skilyrði eigi sér stað samtímis, næmt efni, mikilvæga togspennu og ætandi umhverfi sem inniheldur klóríð, við hitastig yfirleitt yfir 60 gráður . 316 er minna næmt fyrir árás en 304 en ekki ónæmt. Togspennu er hægt að beita utanaðkomandi með kerfisþrýstingi eða varmaþenslu eða getur verið leifar álags frá framleiðsluaðferðum eins og beygingu, slípun og suðu slíðunnar. Stofnunaraðgerðin sem notuð er til að þétta magnesíumoxíð einangrunina í kringum viðnámsvírinn í hitaslíðum veldur miklum togálagi sem eftir er af ummáli á ytra yfirborð 316 rörsins. Þessar afgangsspennur geta verið jafn háar og flæðistyrkur efnisins og eru drifþátturinn fyrir sprungubyrjun við lágt álag. Útbreiðsluhraði álagstæringarsprungu við gryfju eða yfirborðsgalla eftir upphaf er 0,1-10 mm á mánuði eftir klóríðinnihaldi og hitastigi. Sprunguútbreiðsla heldur áfram þar til eftirstandandi veggþykktin er ófullnægjandi til að halda þrýstingnum innan eða sprungan fer í gegnum innri vegginn sem leiðir til þess að vinnsluvökvi komist inn og rafmagnsbilun.

Áhrif veggþykktar á sprunguupphaf og útbreiðslu
Veggþykkt hefur tvö andstæð áhrif á hættuna á sprungum á streitutæringu. Í fyrsta lagi hafa þynnri veggir tilhneigingu til að vera með hærri afgangsspennu fyrir sömu smokkunarminnkun vegna þess að kalda vinnan nær lengra inn í þversnið veggsins. 0,8 mm slíður getur haft yfirborðsleifarspennu upp á 400–500 MPa eftir slípun en 2,0 mm slíður með sama ytra þvermál getur aðeins haft 200–300 MPa afgangsspennu þar sem kuldavinnuáhrifin eru takmörkuð við grynnra yfirborðslag miðað við heildarþykkt. Því meiri streita sem eftir er dregur úr þeim tíma sem sprungan hefst. Í öðru lagi er tíminn til götunar fyrir tiltekinn sprunguútbreiðsluhraða í réttu hlutfalli við veggþykktina sem eftir er þegar sprunga byrjar. 4 mánuði að stinga í gegnum 2,0 mm slíður, en þó mun brot sem dreifist með 0,5 mm/mánuði gegnsýra 0,8 mm slíður á 1,6 mánuðum. Nettóáhrifin eru áhættusnið sem er ekki-einstætt. Mjög þunn slíður (<1.0 mm) develop cracks quickly yet have little material to penetrate. Very thick sheaths (above 2.0 mm) break more slowly, but take longer to perforate. Intermediate thicknesses 1.2–1.6 mm are the highest risk category, because they start at moderate rates, but have enough wall thickness to conceal developing cracks for a long time before abrupt failure.

316 Slíður hitastig og klóríðstyrksþröskuldar
316 stainless steel is not susceptible to stress corrosion cracking in chloride solutions below 60°C. Cracking will only occur in concentrated chlorides >1.000 ppm og sterkir togspennir á milli 60 gráður og 80 gráður. Við miðlungs klóríðgildi 100-500 ppm verður hættan mikil á milli 80 gráður og 120 gráður . 316 hentar ekki fyrir klóríðumhverfi með togspennu, óháð veggþykkt, við hitastig yfir 120 gráður. Á þessum áhættuhitasviðum þar sem hitaslíður eru notuð, er hagnýt verkfræðileg viðbrögð annaðhvort að minnka klóríðstyrkinn niður fyrir 10 ppm, eða að útrýma togálagi með því að glæða að fullu eftir framleiðslu, eða að uppfæra í þolnari málmblöndu eins og Incoloy 825 eða títan. Ráðleggingar um veggþykkt 316 slíðra í klóríðþjónustu eru sem hér segir, byggðar á hitastigi og klóríðstyrk, að því gefnu að ekki sé hægt að útrýma afgangsálagi frá slípun:

Notkunarhitastig Klóríð Styrkur Mælt með Lágmark 316 Slíður veggþykkt Áætlaður endingartími áður en hætta á streitutæringu sprunga. Önnur ráðlegging
60–80 gráður < 100 ppm 1,2 mm Lítil áhætta, > 5 ár 316 ásættanleg 60–80 gráður 100–1.000 ppm 1,6 mm Miðlungs áhætta, 2–4 ár Fylgstu með árlega 60–80 gráður > 1.000 ppm 2,0 mm Mikil áhætta, 1–2 ár.
80 - 100 gráðu < 100 ppm 1,6 mm Miðlungs áhætta, 2 - 3 ára uppfærsla álfelgur 80-100 gráður 100-500 ppm 2,0 mm Mikil áhætta, 1-2 ár Ráðlögð uppfærsla á álfelgur .
80-100oC > 500ppm Ekki mælt með Óútreiknanlegt,<1 yearUse titanium or Incoloy 825;
100-120 gráður allir mælanlegir Cl Ekki mælt með Hröð bilun líkleg Lögboðin uppfærsla á álfelgur 120 gráður Hvaða klóríð sem er Óhentugt Yfirvofandi bilun Breyta efnislýsingu
Hönnunarbreytingar til að lágmarka hættu á sprungum gegn streitutæringu án þess að bæta við veggþykkt
Verkfræðingar ættu að íhuga þrjár hönnunarstillingar sem lágmarka togspennuhlutinn í jöfnunni fyrir streitutæringu áður en þeir samþykkja hitakostnað þykkari veggs. Fyrsta og mikilvægasta er full glæðing á fullunnu hitarasamstæðunni eftir allar sveigju- og beygjuaðferðir. Hreinsun við 1050 gráður og síðan hraðkæling dregur úr afgangsspennu um u.þ.b. 80-90% með lítil áhrif á tæringarþol. Viðskiptin- fela í sér möguleika á oxun innri viðnámsvírsins og auka framleiðslukostnað. Önnur breytingin er skilgreiningin á litlum-afgangi-álagsferli. Margar léttar sveiflur með milliálagsálagi leiða til færri afgangsálags en ein mikil minnkun. Framleiðendur áreiðanlegra hitara geta almennt náð yfirborðsálagi undir 150 MPa jafnvel í 1,2 mm veggslíðum. Þriðja breytingin er að hanna kerfið til að lágmarka álagða togspennu. Að hanna fyrir lágan kerfisþrýsting, sveigjanlegar raftengingar og forðast ósveigjanlega uppsetningu sem kemur í veg fyrir varmaþenslu þjónar allt til að lækka heildar togálag á slíðrið. Í þeim tilfellum þar sem þessar breytingar eru notaðar, getur 1,2 mm 316 slíður veitt fullnægjandi endingartíma við aðstæður sem myndu eyðileggja 2,0 mm slíður með miklu afgangsálagi.

Aðferðir við skoðun og eftirlit með núverandi stöðvum
Þegar hitari er í notkun í heitu klóríðumhverfi er ekki hægt að breyta vali á veggþykkt afturvirkt. Þess í stað er þörf á tíðum skoðunum með tilliti til spennutæringarsprungna. Dye penetrant prófun á slíðri yfirborði getur greint sprungur sem byrja áður en þær gegnsýra vegginn. Fyrir 80 gráður, 500 ppm klóríðþjónustu, 1,2–1,6 mm veggþykktar slíður, er ráðlagt að skoða ársfjórðungslega. Fyrir þykkari slíður sem eru 2,0 mm og lengra gætu hálf-árlegar athuganir verið fullnægjandi þar sem aukinn útbreiðslutími gefur meiri viðvörun. Vöktun hljóðútstreymis getur greint sprunguvirkni í rauntíma meðan á notkun stendur, þó að þessi nálgun sé venjulega notuð á mikilvægum eða{11}}mikilvægum aðstöðu. Lykilviðvörunarvísirinn er þróun á fínum greinóttum brotum á yfirborði slíðunnar, venjulega aðeins sýnilegt við stækkun eða með notkun litarefnis. Ef sprungur sjást ætti að skipta um hitara hratt óháð því hversu mikil veggþykkt er eftir þar sem útbreiðsluhraðinn getur hraðað á ófyrirsjáanlegan hátt.

Ályktun: Upplýst forskrift um veggþykkt fyrir tæringarstýringu
Veggþykkt er ekki endingarmælikvarði, heldur áhættustýringartæki fyrir verkfræðinga sem velja 316 ryðfríu stáli slíður fyrir rafmagnsdýfihitara í háklóríðumhverfi. Þykkari veggir tefja útbreiðslutíma sprungunnar en koma ekki í veg fyrir að sprungan hefjist ef afgangsspennurnar eru miklar. Þynnri veggir geta valdið því að sprungur myndast hraðar en götuna fyrr, sem gefur minna falið niðurbrot. Besta leiðin til að forðast tæringarsprungur er að forðast aðstæður sem þær geta átt sér stað við – það er að halda hitastigi undir 60 o C, klóríðum undir 100 ppm eða afgangsstofnum undir 100 MPa. Ef um er að ræða notkun eru þessar aðstæður óumflýjanlegar, þá er ákjósanlegur málamiðlun fyrir upphaf brots og sprunguútbreiðslu með 1,6-2,0 mm veggþykkt með fullri glæðingu. Ef klóríðmagn fer yfir 1.000 ppm eða ef hitastig fer yfir 100 gráður, er eina viðeigandi verkfræðiráðgjöfin að velja aðra slíðurblöndu. Kostnaður við að uppfæra í Incoloy 825 eða títan er í lágmarki miðað við kostnað við óvænta bilun í hitara sem leiðir til mengunar á vörulotu, taps á vinnslulínu eða öryggishættu vegna óvarinna spennuhafna rafhluta í snertingu við leiðandi klóríðlausnir.