Kuidas mõjutab 316 roostevabast terasest ümbrise seina paksuse valik pingekorrosiooni pragunemise ohtu kuumas kloriidikeskkonnas, mille temperatuur on üle 60 kraadi Celsiuse järgi?

Keemiatehaste inseneride ja hoolduspersonali puhul, kes määravad elektrilised sukelsoojendid rakendustele, mis hõlmavad kuuma kloriidi lahuseid, nagu mereveega{0}}jahutusega soojusvahetid, soolvee kontsentreerimispaagid ja teatud toiduainete töötlemise seadmed, on pingekorrosioonipragunemine üldisest punkti- või pragukorrosioonist eraldiseisev rike. Erinevalt homogeensest seina õhenemisest põhjustab pingekorrosioonipragunemine hargnenud transgranulaarseid või teradevahelisi pragusid, mis võivad nädalate või kuude jooksul läbistada roostevabast terasest 316 kesta, tavaliselt vähese nähtava hoiatusega. Rakendatud või jääktõmbepinge, kloriidi kontsentratsiooni, temperatuuri ja seina paksuse koosmõju otsustab, kas konkreetne kest püsib aastaid või ebaõnnestub katastroofiliselt. Selles artiklis kvantifitseeritakse seina paksuse mõju pingekorrosioonipragude tekkeriskile selle mõju järgi tootmisest tekkivate jääkpingete suurusele ja ajale, mis kulub prao levimiseks läbi seina.

Kolm olulist tingimust pingekorrosiooni pragunemiseks 316 ümbrises
Austeniitsete roostevabade teraste (nt 316) pingekorrosioonipragunemine nõuab kolme samaaegset tingimust: vastuvõtlik materjal, kriitiline tõmbepingete tase ja kloriide sisaldav söövitav keskkond, temperatuuril üldiselt üle 60 kraadi . 316 on vähem vastuvõtlik kui 304, kuid mitte immuunne. Tõmbepingeid saab rakendada väljastpoolt süsteemi rõhu või soojuspaisumise kaudu või need võivad olla tootmisprotseduuridest, nagu ümbrise painutamine, libistamine ja keevitamine, tekkinud jääkpinged. Magneesiumoksiidi isolatsiooni kondenseerimiseks küttekestade takistustraadi ümber kasutatav pügamisoperatsioon tekitab 316 toru välispinnale suured ümbermõõdu tõmbepinged. Need jääkpinged võivad olla sama suured kui materjali voolavuspiir ja on madalate rakendatud pingete korral pragude tekkimise ajendiks. Pingekorrosiooniprao levimiskiirus süvendis või pinnadefektis pärast initsieerimist on olenevalt kloriidisisaldusest ja temperatuurist 0,1-10 millimeetrit kuus. Pragude levik jätkub seni, kuni ülejäänud seinapaksus ei ole piisav rõhu hoidmiseks või pragu tungib läbi siseseina, mille tulemuseks on protsessivedeliku sisenemine ja elektririkke.

Seina paksuse mõju pragude tekkele ja levimisele
Seina paksusel on pingekorrosioonipragunemise ohule kaks vastupidist mõju. Esiteks kipuvad õhematel seintel jääkpinged olema suuremad sama vajumise vähendamiseks, kuna külmtöö ulatub kaugemale seina ristlõikest. 0,8 mm kesta pinna jääkpinged võivad pärast pügamist olla 400–500 MPa, kuid identse välisläbimõõduga 2,0 mm kesta jääkpinge võib olla ainult 200–300 MPa, kuna külmtööefekt on piiratud kogupaksusega võrreldes madalama pinnakihiga. Suurem jääkpinge vähendab pragude tekkimise aega. Teiseks on perforatsioonini kuluv aeg antud pragude levimiskiiruse korral otseselt proportsionaalne järelejäänud seinapaksusega, kui pragu hakkab . 4 kuu pärast läbistama 2,0 mm kesta, kuid 0,5 mm/kuus leviv murd läbib 0,8 mm kesta 1,6 kuuga. Puhasmõju on riskiprofiil, mis pole{16}}monotoonne. Väga õhukesed ümbrised (<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 kestade temperatuuri ja kloriidi kontsentratsiooni künnisväärtused
316 stainless steel is not susceptible to stress corrosion cracking in chloride solutions below 60°C. Cracking will only occur in concentrated chlorides >1000 ppm ja tugevad tõmbepinged vahemikus 60 kuni 80 kraadi. Mõõdukatel kloriiditasemetel 100–500 ppm muutub oht tõsiseks vahemikus 80–120 kraadi . 316 ei sobi tõmbepingega kloriidikeskkonda, sõltumata seina paksusest, temperatuuril üle 120 kraadi. Nendes kõrge riskiga temperatuurivahemikes, kus kasutatakse küttekehasid, on praktiline insenertehniline lahendus kas vähendada kloriidi kontsentratsiooni alla 10 ppm või kõrvaldada tõmbepinged pärast tootmist täielikku lõõmutamist või minna üle vastupidavamale sulamile, nagu Incoloy 825 või titaan. Soovitused seinapaksuseks 316 ümbrist kloriidihoolduses on järgmised, lähtudes temperatuurist ja kloriidi kontsentratsioonist, eeldades, et libistamisest tekkivaid jääkpingeid ei saa kõrvaldada:

Töötemperatuur Kloriidi kontsentratsioon soovitatav minimaalne minimaalne 316 kesta seina paksus eeldatav kasutusiga enne pingekorrosiooni pragunemise ohtu Alternatiivne soovitus
60–80 kraadi < 100 ppm 1,2 mm Madal risk, > 5 aastat 316 vastuvõetav 60–80 kraadi 100–1000 ppm 1,6 mm Mõõdukas risk, 2–4 aastat Jälgige aastas 60–80 kraadi > 1000 ppm 2,0 mm Kõrge riskiga, kõik1–1 mm 2 aastat
80 - 100 kraad < 100 ppm 1,6 mm Mõõdukas risk, 2 - 3 aastat sulami uuendamine 80-100 kraadi 100-500 ppm 2,0 mm Kõrge risk, 1-2 aastat Soovitatav sulami uuendamine .
80-100oC > 500ppmPole soovitatav ettearvamatu,<1 yearUse titanium or Incoloy 825;
100-120 kraadi mis tahes mõõdetav ClPole soovitatav Kiire rike tõenäoline Kohustuslik sulami uuendamine 120 kraadi Mis tahes kloriid Sobimatu Otsene rike Muuda materjali spetsifikatsioone
Konstruktsioonimuudatused, et minimeerida pingekorrosioonipragunemise ohtu ilma seina paksust lisamata
Enne paksema seina soojuskulude aktsepteerimist peaksid insenerid kaaluma kolme konstruktsiooni kohandamist, mis vähendavad pingekorrosioonipragunemise võrrandi tõmbepinge komponenti. Esimene ja kõige olulisem on valmis kütteseadme täielik lõõmutamine pärast kõiki pügamis- ja painutusprotseduure. Lõõmutamine 1050 kraadi juures, millele järgneb kiire jahutamine, vähendab jääkpingeid ligikaudu 80{5}}90%, mõjutades vähesel määral korrosioonikindlust. Kompromiss- hõlmab sisemise takistustraadi oksüdeerumise võimalust ja täiendavaid tootmiskulusid. Teine muudatus on madala-jääkpinge{12}}muutusprotsesside määratlus. Mitu kerget pügamiskäiku koos vahepealse pingeleevendusega põhjustab vähem jääkpingeid kui üks tugev vähenemine. Suure töökindlusega küttekehade tootjad suudavad üldjuhul saavutada ka 1,2 mm seinakestade puhul pinna jääkpingeid alla 150 MPa. Kolmas modifikatsioon on süsteemi projekteerimine nii, et see minimeerib tekitatud tõmbepingeid. Süsteemi madala rõhu jaoks kavandamine, paindlikud elektriühendused ja soojuspaisumist takistava paindumatu paigalduse vältimine aitavad vähendada ümbrise kogu tõmbepinget. Nende modifikatsioonide kasutamisel võib 1,2 mm 316 kest tagada piisava kasutusea tingimustes, mis rikuksid 2,0 mm kesta suure jääkpingega.

Olemasolevate rajatiste kontrollimise ja seire strateegiad
Kui kütteseade on kuumas kloriidikeskkonnas kasutusel, ei saa seina paksuse valikuid tagasiulatuvalt muuta. Selle asemel tuleb sageli kontrollida pingekorrosioonipragusid. Kattepinna värvi läbitungimise test võib tuvastada tekkivad praod enne, kui need läbivad seina. 80-kraadise, 500 ppm kloriidi, 1,2–1,6 mm seinapaksusega ümbriste puhul on soovitatav kontrollida kord kvartalis. Paksemate ümbriste puhul, mille pikkus on 2,0 mm ja rohkem, võib poolaasta{9}}kontroll olla piisav, kuna pikem levimisaeg annab rohkem hoiatusi. Akustilise emissiooni seire abil saab tuvastada pragunemise reaalajas töötamise ajal, kuigi seda lähenemisviisi kasutatakse tavaliselt kriitiliste või väärtuslike rajatiste puhul. Peamine hoiatusindikaator on peente hargnevate murdude tekkimine ümbrise pinnal, mis on tavaliselt nähtavad ainult suurendamisel või värvaine läbitungimise korral. Pragude ilmnemisel tuleks küttekeha kiiresti vahetada, olenemata sellest, kui palju seina paksust järele jääb, kuna levimiskiirus võib ettearvamatult kiireneda.

Järeldus: seina paksuse teadlik spetsifikatsioon pingekorrosiooni pragunemise kontrollimiseks
Seina paksus ei ole vastupidavuse mõõdik, vaid riskijuhtimistööriist inseneridele, kes valivad 316 roostevabast terasest kesta elektriliste sukelsoojendite jaoks kõrge kloriidisisaldusega keskkondades. Paksemad seinad viivitavad murdude levimise aega, kuid ei takista pragude tekkimist, kui jääkpinged on suured. Õhemad seinad võivad tekitada pragusid kiiremini, kuid perforeeruda varem, pakkudes vähem varjatud lagunemist. Parim viis pingekorrosiooni pragunemise vältimiseks on vältida tingimusi, milles see võib tekkida – st hoida temperatuuri alla 60 o C, kloriide alla 100 ppm või jääkdeformatsiooni alla 100 MPa. Kasutamise korral on need tingimused vältimatud, siis annab optimaalse kompromissi murdumise tekke ja pragude levimisvaru osas 1,6-2,0 mm seinapaksus koos täieliku lõõmutusega. Kui kloriidi tase ületab 1000 ppm või kui temperatuur ületab 100 kraadi, on ainus asjakohane tehniline nõuanne valida mõni muu ümbrissulam. Incoloy 825-le või titaanile ülemineku kulud on minimaalsed, võrreldes kuludega, mis tekivad ettenägematu kütteseadme rikke korral, mille tulemuseks on tootepartii saastumine, protsessiliini kadu või ohutuse oht, mis tuleneb elektrit juhtivate kloriidilahustega kokkupuutuvatest pingestatud elektriosadest.