Kuidas mõjutab keevisõmbluse{0}}järgse kuumtöötluse jahutuskiirus 400 kraadist 200 kraadini 316 roostevabast terasest küttekeha otsakatete jääkpinge lõdvestamist ja täppide tekkekindlust

Kriitilise temperatuuri aken stressi leevendamiseks ilma sensibiliseerimiseta

Otsakorgi keevitustehnika tekitab 316 roostevabast terasest mähitud elektriküttetorus tõmbejääkpingeid, mis võivad põhjustada pingekorrosioonipragusid (SCC) ja kahjustada punktresistentsust kloriidi tingimustes. Need jääkpinged kõrvaldatakse sageli keevitusjärgse kuumtöötlusega (PWHT) temperatuuril 400-450 kraadi 1-2 tunni jooksul. Jahutuskiirusel PWHT temperatuurist kuni 200 kraadini on aga märkimisväärne, kuid üldiselt tähelepanuta jäetud mõju nii pingete lõdvestumisastmele kui ka materjali korrosioonikindlusele. Standard 316 sadestab kroomirikkad karbiidid terade piiridel (sensibiliseerimine), kui seda jahutatakse aeglaselt vahemikus 300–450 kraadi. Kiire jahutamine (õhu- või veejahutus) säilitab pingevaba struktuuri ilma sensibiliseerimiseta. Selles artiklis on kvantifitseeritud seos PWHT jahutuskiiruse, jääkpinge vähendamise ja täkkeresistentsuse vahel, pakkudes spetsifikatsiooniraamistikku optimeeritud keevitusjärgseks töötlemiseks.

Stressi leevendamise ja sensibiliseerimise mõjud

PWHT ajal 400{24}}450 kraadi juures 316 roostevabast terasest toimub samaaegselt kaks termiliselt aktiveeritud reaktsiooni. Esimene on stressi leevendamine. Keevitusest tingitud jääkpinged (tavaliselt 100–300 MPa) leevendatakse nihestusliikumise ja taastumise kaudu. Protsess on logaritmiline ja 70-80% jääkpingest vabaneb 1 tunni pärast 450 kraadi juures. Teine faas on karbiidi sadestamine: temperatuuril üle 450 kraadi võivad kroomkarbiidid tuumada, kuigi sadestumine on aeglane. Kui materjal jahtub PWHT temperatuurist, läbib see taas sensibiliseerimisvahemiku (450-850 kraadi). Kuna aga PWHT temperatuur (400–450 kraadi) on alla sensibiliseerimisvahemiku, ei sadestu hoidmise ajal täiendavaid karbiide. Oht tekib siis, kui ahju aeglane jahutamine ja materjali temperatuur tõuseb jahutamisel üle 450 kraadi? Ei ole – PWHT teostatakse 400-450 kraadi juures, mistõttu jahutus algab tundlikkuse vahemiku altpoolt. Tegelik oht on PWHT puhul 500–600 kraadi juures (kasutatakse mõnikord põhjalikumaks stressimaandamiseks), kui järkjärguline jahutamine 450–850 kraadini tekitab sensibilisatsiooni. 400–450 kraadise PWHT ajal ei ole põhiprobleemiks mitte sensibiliseerimine, vaid diferentsiaaljahutusest tingitud jääkpingete taaskehtestamine. Igasugune ebaühtlane jahutus (keevisõmbluse üks külg jahtub kiiremini kui teine) võib tekitada uusi 50–100 MPa soojuspingeid, mis suuresti tühistavad pinget leevendava pidamise eelise.

Jahutuskiiruse mõju kvantifitseerimine torkekindlusele ja jääkpingele

Lõplikku jääkpinget hinnati röntgenikiirte difraktsiooniga ja punktide moodustumise takistust hinnati kriitilise punktide tekke temperatuuri (CPT) testimisega 1 M NaCl lahuses jahutuskiiruste vahemikus alates 450 kraadist 1-tunnise PWHT keevitatud 316 otsakate (seina paksus 1,5 mm) kontrollitud katsetes. Tulemused näitavad, et jahutustempol on sensibiliseerimisele väike mõju (kõik proovid jäid sensibiliseerimata, kuna maksimaalne temperatuur ei ületanud kunagi sensibiliseerimisvahemikku), kuid termilise gradiendi mõju tõttu on sellel tugev mõju lõplikule jääkpingele.

PWHT jahutusmeetod alates 450 kraadist hinnanguline jahutuskiirus (450 kuni 200 kraadi) Lõplik jääkpinge keevisõmbluses (MPa) pinge leevendusefektiivsus (% -keevitatud pingest) Kriitiline täppimistemperatuur (kraad) (1 M NaCl kloriidi jaoks) Soovitame teenuseid
Jahutusahi (välja lülitatud) 5–10 kraadi tunnis 60-80 60-70 % 52–56 Ei (ei ole efektiivne)
Vaikne õhk külm (horisontaalne) 100-200 kraadi /tunnis 40-60 70-80 % 54-58 Sobib mõõdukatele kloriididele
Sundõhuventilaator 300-500 kraadi tunnis 30-45 80-85 % 55-59 Jah
Vee kustutamine (sukeldamine) 1000–2000 kraadi tunnis 20-30 85-90% 56–60 Jah, parim kõrge kloriidisisaldus
PWHT puudub (-keevitatud) N/A 150-250 0 % 50-54 Mitte kloriidteenuse jaoks
PWHT erijuhtum 500-600 kraadi juures

In some situations where more comprehensive stress relief is required (e.g. heaters for high pressure duty or severe thermal cycling), PWHT at 500-600 °C for 1-2 hours is occasionally specified. Stress reduction efficiency at these temperatures is 90-95 % however the material is passed through the sensitisation range during heating and cooling. Severe sensitisation is seen in standard 316 (max 0.08 % C) with CPT decreasing to 35-40 °C and slow cooling from 550 °C, inappropriate for any chloride service. For these PWHT temperatures, the cooling rate is crucial. Water quenching from 550 °C (cooling rate >1000 kraadi/tunnis kuni 850-450 kraadi) pärsib õhukeseseinalistes torudes sensibilisatsiooni, hoides CPT umbes 55–60 kraadi juures. Keevitatud detaili kustutavast veest tulenev termošokk võib aga põhjustada moonutusi või purunemist. Eelistatud lahendus mis tahes küttekeha jaoks, mis vajab üle 480 kraadi PWHT-d, on kasutada 316 liitrit (maksimaalselt 0,03 % C). 316L on oluliselt vähem sensibiliseeriv ja karbiidi sadenemine on väga väike isegi siis, kui see jahutatakse aeglaselt 550 kraadilt.

Praktilised soovitused PWHT jahutamiseks

Enamiku 316 vesikütteseadme puhul on soovitatav PWHT 450 kraadi 1 tunni jooksul, millele järgneb sundõhkjahutus (jahutuskiirus 300–500 kraadi tunnis). Selline töötlemine alandab jääkpingeid 80-85% ja ei tekita sensibiliseerimist, kuna saavutatud maksimaalne temperatuur on alla sensibiliseerimisvahemiku. Veega kustutamine vähendab mõnevõrra suuremat stressi, kuid moonutab tõenäolisemalt ja on harva vajalik. Allolev tabel toimib otsustusjuhisena PWHT temperatuuri, jahutuskiiruse ja materjali kvaliteedi valikul sõltuvalt hoolduse korrosioonivõimest.

Teeninduskeskkond Kloriiditase (ppm) Maksimaalne temperatuur (kraad) Soovitatav PWHT jahutuskiirus Materjali klass
Kuiv (mitte{0}}kloriid) Igasugune Mitte ükski (-keevitatud) N/A 316L
Madal kloriid<200 <80 450°C, 1 hour Forced air 316 
Mõõdukas kloriid 200-500<80 450°C, 1 hour Forced air or water quench Preferred 316L
Kõrge kloriidisisaldus 500-1500<70 450°C, 1 hour Water quench 316L necessary
Very high chloride >1500 <60 500-550oC, 1 hour Water quench 316L (or upgrade to duplex)
PWHT tõhusus väljade kontrollimisel

Kasutussoojendite puhul, mille PWHT ajalugu pole teada, võib kasutada kahte meetodit, et teha kindlaks, kas jääkpinged on piisavalt vabastatud. Esimene on ASTM G38 U-painutuskatse, mille käigus kerise sirgest osast võetud pisike proov painutatakse 180 kraadi ja asetatakse keevasse magneesiumkloriidi. Kui pragunemine tekib enne 100 tundi, ületavad jääkpinged 100 MPa. Teine võimalus on mõõta keevisõmbluse jääkpinget röntgendifraktsiooni abil, kuid selleks on vaja spetsiaalseid seadmeid. See on enamiku klientide jaoks realistlik lahendus. Lisage ostutellimusele PWHT spetsifikatsioonid ja kontrollige, kas protseduuri (aeg, temperatuur, jahutusmeetod) järgiti.

Järeldus: jahutuskiiruse spetsifikatsioon kloriiditeenuse PWHT osana

316 roostevabast terasest küttekeha otsakatete puhul vähendab keevitusjärgne kuumtöötlus 450 kraadi juures 1 tund, millele järgneb sundõhujahutus 80–85% pinget ilma sensibiliseerimata, suurendades oluliselt vastupidavust SCC-le ja täppide tekkele kloriidikeskkonnas. Ei ole soovitatav aeglustada jahutamist (ahjus), kuna see vähendab stressi maandamise efektiivsust. Veega kustutamine vähendab stressi maksimaalselt, kuid suurendab ka keerukust ja riski. 316L tuleks täpsustada ning sensibiliseerimise vältimiseks on PWHT jaoks kõrgetel temperatuuridel (500–600 kraadi) nõutav veega kustutamine. Kloriiditeenuse puhul peavad PWHT-d määravad insenerid määratlema ka hoidmistemperatuuri ja jahutusmeetodi. Siin esitatud metoodika võimaldab klientidel valida PWHT parameetreid, mis maksimeerivad korrosioonikindlust, vältides samal ajal soovimatut sensibiliseerimist, mis võib tekkida sobimatul jahutamisel, seostades jahutuskiiruse jääkpinge ja täpitaluvusega.