Undir hvaða sérstöku togstreitugildi breytist 316 hitafrítt stálslíður úr óvirkri til sprunguupphafnar í 500 ppm klóríðvatni við 25 gráðu umhverfisþjónustu

Þröskuldstreita fyrir klóríð SCC við stofuhita

Þegar um er að ræða 316 rafhitunarrör úr ryðfríu stáli í klóríðberandi vatni við umhverfishita (25 gráður) í notkun eins og óhituðum geymslugeymum, hringrásarkerfum fyrir kalt vatn eða árstíðabundin búnaður, er hættan á klóríðálags tæringarsprungum (SCC) almennt talin lítil, þar sem SCC af austenitic gráðu yfir 60 gráður þarf yfirleitt ryðfríu stáli. Hins vegar hafa síðari vettvangsbilanir og tilraunir á rannsóknarstofu sýnt að 316 getur sprungið við 25 gráður í 500 ppm klóríðvatni í viðurvist fullnægjandi togstreitu, en þröskuldsálagið er mun hærra en við hækkað hitastig. Lykilbreytan er togspenna sem eftir er frá framleiðslu (teikning, beygja, rétting) auk hvers kyns aukins álags. Við 25{°C sést sprunga ekki undir þröskuldsálagi af stærðargráðunni 80-90% af flæðistyrk efnisins (165-185 MPa fyrir glæðu 316 með 205 MPa flæðispennu). Ef streita fer yfir þetta stig myndast sprungur eftir langan framköllunartíma (6 mánuðir til 2 ár) og vaxa hægt, með bilun eftir 2-5 ár. Þessi grein veitir stofuhita SCC þröskuldinn 316 slíður í 500 ppm klóríðvatni.

The Mechanism of Low-Temperatur SCC

Þrjú skilyrði eru nauðsynleg fyrir SCC úr 316 ryðfríu stáli í klóríði: næmri örbyggingu (sem inniheldur venjulega nokkra köldu vinnu), viðvarandi togspennu og klóríðjónir. Við háan hita (80-150 gráður) stafar SCC af hröðum klóríðflutningi, hægum endurlosunarhraða og árásargjarnri efnafræði við sprunguoddinn. Við 25 gráður er virkjunarorkan fyrir SCC ekki núll, en hreyfihvörf eru verulega hægari. Helsti munurinn er sá að álagsþröskuldur fyrir sprungu hækkar töluvert eftir því sem hitastigið lækkar. Þetta er vegna hækkunar á álagshraða á mikilvægum brotaodda fyrir virka upplausn, sem krefst meiri álags. Hreint 316 við 25C í 500 ppm Cl- hefur þröskuldsálag sem er um það bil 165-185 MPa (80-90% afrakstur). Kaldunnið 316 hefur lægri þröskuldsspennu þar sem efnið hefur hærri flæðistyrk en einnig aukinn losunarþéttleika og hugsanlega eitthvað martensít sem virkar sem sprunguupphafsstaðir.

25 gráður, 500 ppm klóríðákvörðuð viðmiðunarmörk fyrir SCC

Eftirfarandi þröskuldstengsl voru staðfest með stöðugri álagsprófun á 316 ryðfríu stáli (U-beygju- og C-hringsýni) í 500 ppm klóríðvatni (pH 7,0, loftað) við 25 gráður í allt að 24 mánuði (17.520 klukkustundir).

Afrakstursstyrkur efnisástands (0,2% offset, MPa)25 gráðu SCC þröskuldsspenna í 500 ppm Cl- (MPa)Þröskuldur sem % af ávöxtunartíma til að hefja sprungu við þröskuld +10% (klst.)SCC áhættumat – 25 gráður
Fullglæðing (<5% cold work) 205 165-185 80-90% >10.000 Mjög lágt
Létt kalt starf (10-15%) 280 200-230 70-80% 5.000-10.000 Lágt
Hófleg köld vinna (15-20%) 350 230-260 65-75% 2.000-5.000 Í meðallagi
Mikið kalt vinnuafl (20-25%) 420 250-280 60-70% 1.000-2.000 Hátt
Extreme cold work (>25%) >480 <280 (absolute) <60% 500-1,000 Extreme
With residual stress >90% yield 205 >185 >90% 500-2.000 (fer eftir ofálagi) Hátt
Þröskuldur stofuhita sem fall af styrk klóríðs

Þröskuldstreita minnkar með auknu klóríðinnihaldi. Þröskuldsspenna fyrir 25 gráðu glóð 316 sem fall af klóríðinnihaldi er gefið upp í eftirfarandi töflu.

Klóríðstyrkur (ppm) Þröskuldsspenna fyrir SCC við 25 gráður (MPa, glæður 316) Tími til að hefja sprungu við þröskuld +10% (klst.) Ráðlögð hönnunarmörk<100 >205 (no cracking at yield) >50.000 (engin hætta) Ótakmarkað
100-200 190-205 20.000-50.000 Mjög lítil áhætta.
200-500 175-190 10.000-20.000 Ásættanlegt með afgangsstreitustjórnun
500-1000 160-175 5000-10000 Afgangsstreita<70% yield needed 1000-2000 140-160 2000-5000Stress Relief Recommendations 2,000-5,000 110-140 1,000-2,000 316 Not recommended for continuous stress >5,000 <110 <1,000 316 Not recommended; upgrade alloy
Hagnýt takmörk á afgangsálagi fyrir kaldavatnsþjónustu

Hámarks afgangsspennumörk eru gefin fyrir 316 hlífðar hitara í klóríð-vatni (200 - 1.000 ppm) við umhverfishita (25 gráður).

Klóríðstyrkur (ppm) Hámarks afgangsspenna (MPa) í 10-ár líf Jafngild kaldavinnumörk Eftirmyndunarmeðferð Mælt með<200 <205 (full yield) Any None Required
200-500 <150 <25% cold work None for straight portions
200-500 <120 (at bends) <15% extra bend stressStress alleviation for tight bends ( R/D<3)
500-1,000 <120 <15% cold work Stress relief 400oC 1 hr
500-1,000 <100 (at bends) <10% extra strainFull solution anneal after bending >1,000 <80 <5% cold work (just annealed) Full solution anneal necessary
Vettvangsgreining á SCC við umhverfishita

Fyrir 316 hitara sem bilar í 25 gráðu klóríðþjónustu (200-1.000 ppm Cl-), myndast SCC sprungur venjulega eftir 1-3 ár samfellda eða með hléum. Brotin eru þverkornótt (í gegnum korn) og greinótt, eins og háhita SCC en oft styttri og minna lengd. Brotflöturinn getur sýnt vísbendingar um hægfara sprunguútbreiðslu (strandmerkingar) og litla tæringarafurð. Oft er uppruninn á stað með verulegri eftirspennu: ytri radíus ferilsins, köldu dregnum hluta með verulegri minnkun eða svæði sem hefur áhrif á suðuhita. Þegar misheppnaður kafli er mældur fyrir eftirspennu með röntgengeislun eru gildin yfirleitt yfir 150-180 MPa. Fyrir slíkar bilanir er svarið að krefjast streitulosunar eftir beygju (400 gráður í 1 klukkustund) fyrir framtíðarkaup, sem minnkar afgangsspennu niður fyrir 100 MPa.

Sérstakt tilvik: Stöðug á móti stöðugri útsetningu

Stöðug útsetning (þurrkunarlotur) við stofuhita, klóríðinnihald eykst við þurrkun sem leiðir til hraðari SCC myndun. Magnvatnið gæti aðeins séð 500 ppm klóríð. Hins vegar getur hitari sem er leyft að þorna reglulega verið með yfirborðsklóríðstyrk upp á 5.000-10.000 ppm við vatnslínuna sem lækkar þannig þröskuldsálagið. Fyrir notkun með hléum skal leyfilegt afgangsálag vera helmingur þess sem er fyrir samfellda dýfingu.

Niðurstaða: Leifarstreitustjórnun fyrir umhverfisklóríðþjónustu

SCC í 316 ryðfríu stáli hjúpuðum hitara í 500 ppm klóríðvatni við 25 gráður kom í ljós þegar viðvarandi togálagsálag var yfir um 165-185 MPa (80-90% af afrakstri fyrir glógað efni). Þröskuldurinn fyrir þetta er hár, en staðbundið afgangsspenna frá köldu vinnu (beygja, teikna o.fl.) getur verið meira en 200-300 MPa, nægjanlegt til að valda sprungu við stofuhita eftir 1-3 ár. Til notkunar í klóríðum við stofuhita verða verkfræðingar sem velja 316 slíður að íhuga streitulosun eftir myndun (400-450 gráður, 1 klst.) til að draga úr afgangsálagi þegar klóríð fer yfir 500 ppm eða þegar beygjur eru þéttari en R/D=3. Fyrir klóríðmagn yfir 1.000 gráður upp í 1.000 ppm, við fulla lausn klóríðs upp í 500 ppm. 2205 er lagt til. Aðferðin sem hér er lögð til tengir afgangsstreitu við mælanlega SCC þröskuld við stofuhita, sem gerir kaupendum kleift að panta 316 slíður sem standast klóríðsprungur jafnvel í óupphitaðri þjónustu.