Milline maksimaalne lubatud pinna lihvimisjälgede sügavus pärast 316 küttekeha torude keskmeta viimistlemist hoiab ära pingekorrosiooni pragunemise 500 ppm kloriidivees 90 kraadi juures

Pinna kriimustus kui pingekontsentratsiooni koht SCC initsiatsiooniks

Pingekorrosioonipragunemise (SCC) initsiatsiooni läve kloriidkeskkonnas 316 roostevabast terasest ümbrisega elektriküttetoru jaoks, mis on lõpliku viimistlusoperatsioonina tsentriteta lihvitud või mehaaniliselt poleeritud, et saavutada tihe diameetri tolerants või siledad pinnad, on otseselt reguleeritud jääklihvimisjälgede sügavusega, tavaliselt 5-50 µm, sõltuvalt jämedusest. Iga lihvimisjälg on geomeetriline pingekontsentraator, mille teoreetiline pingekontsentratsiooni tegur (K_t) on vahemikus 1,5 sileda ja madala jälje (sügavus) jaoks<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µm, juure raadius<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

SCC initsiatsiooni mehhanism pinnasälkudel

316 pingekorrosioonipragunemine kuumades kloriidides nõuab kolme tingimust: vastuvõtlik mikrostruktuur (tavaliselt külmtöö), pikaajaline tõmbepinge ja agressiivne kloriidkeskkond. Pinna lihvimismärgi põhjas on kohalik tõmbepinge antud väärtusega $σ_{local}=σ_{applied}×K_{t}$, kus $K_{t}$ on märgi geomeetria funktsioon (sügavuse ja raadiuse suhe). Tüüpiline lihvimismärk sügavusega d ja juureraadiusega ρ annab K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ). Madal, ümar mõlk (d=5 µm, ρ=10 µm) annab tulemuseks K_t≈1+2×sqrt(0,5)=2.4. Sügava terava märgi (d=20 $\\mu$m, $\\rho${18}}} $ap\\xmu) puhul prognoosime 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . Rakendatud jääkpinge 100 MPa korral on kohalik pinge 240 -730 MPa üle 205 MPa voolavuspiiri ja kaugel piirkonnas, kus SCC tekib kiiresti. Pragu saab alguse pinge kontsentratsioonist ja edeneb anoodilise lahustumisega prao otsas, mida juhib rakendatud pinge, kuni ümbrise sein läbistatakse.

Kvantitatiivne seos lihvimisjälje sügavuse ja SCC initsiatsiooni vahel

Kontrollitud SCC testimine (pidev koormus, U-pain või C-rõngasproovid) 316 toruga, millel on kontrollitud sügavusega pinna lihvimisjäljed (saavutatakse abrasiivse tera ja etteandekiiruse muutmisega) 500 ppm kloriidivees 90 kraadi juures, on kindlaks määranud SCC olulised sügavused teatud ajaperioodi jooksul.

Maksimaalne lihvimisjälje sügavus (µm) Tüüpiline pinna karedus (Ra, µm) Märgise juure raadius (µm, tüüpiline) Pingekontsentratsiooni tegur (K_t) Aeg SCC initsiatsioonini (tundi, 500 ppm Cl-, 90 kraadi , 100 MPa jääkaeg 5 mm pärast pinget. Soovitatav 500 ppm Cl- jaoks, 90-kraadine teenindus<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30 000 jah (elektropoleeritud ekvivalent)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 jah 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15 000 Aktsepteeritav 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8000 Marginaal 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4000 Pole soovitatav
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1,000–2000 Pole vastuvõetav
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
Jääkpinge taseme mõju lubatud märgi sügavusele

Lihvimisjälgede lubatud sügavus varieerub suuresti sõltuvalt mantli jääktõmbepingest. Suurem jääkpinge vajab SCC vältimiseks madalamaid märgistusi. Paljude jääkpingetasemete maksimaalne lubatud märgisügavus, 500 ppm Cl⁻, 90 kraadi, on toodud allolevas tabelis.

Tõmbe jääkpinge (MPa) Maksimaalne lubatud lihvimisjälje sügavus 10 000 -tunniseks SCC-vaba elueaks (µm) Nõutav pinna karedus (Ra, µm) Soovitatav viimistlusmeetod<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (joonis)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100-150 (mõõdukas joonis)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (nagu -painutatud, ei leevenda stressi)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Praktiline kloriidviimistluse spetsifikatsiooniteenus

Järgmised pinnaviimistluse kriteeriumid on soovitatavad 316 ümbrisega küttekehale, mis on ette nähtud kasutamiseks kloriidivees, mille sisaldus on üle 200 ppm ja temperatuuril üle 80 kraadi, lähtudes hinnangulisest jääkpinge olekust.

Lõplik töötlemismeetod Maksimaalne lihvimisjälgede sügavus Maksimaalne Ra kontrollimeetod Jääkpinge olek
Pinge leevendatud (pärast vormimist lõõmutatud) Keskmata pinnas, 400-600 grit10 µm 0,5 µmVisuaal + profiilimeeter 50×
Tõmmatud või painutatud (ilma pingeleevenduseta) Peenlihvimine + pehme poleerimine 5 µm 0,3 µm Profilomeeter
Kõrge kloriidisisaldus Joonisel nagu painutatud elektropoleerimine (eemaldada 20-30 µm)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Mis tahes, kriitilise teeninduse jaoks Electropolish + passivation0 (märgid on täielikult eemaldatud)<0.1 µmComplete surface inspection
Lihvimismärgiga indutseeritud SCC välja identifitseerimine

Küttekehade puhul, mis on SCC poolt kloriiditöös rikki läinud, tuleks murdepinda uurida luumurru tekkekoha osas. Suurendusel (100–500×) langeb pragu tekkekoht sageli kokku lihvimisjälje või kriimuga. Märgi nähakse teravalt piiritletud soonena, mille soonesse koguneb sageli korrosiooniprodukt. SCC praod levivad lihvimisjälje suunas normaalselt (kui märgid on ümbermõõdud, on praod teljesuunalised ja kui märgid on teljesuunalised, on praod tavaliselt perimeetrilised, kuid võivad järgneda märgile). Kui esineb lihvimisjälgi ja teeninduskeskkonnas on kloriide üle 200 ppm ja temperatuur üle 80 kraadi, tuleks kahtlustada lihvimisjälgedest tingitud SCC-d. Vastus on nõuda tulevaste ostude jaoks elektropoleeritud või peent poleeritud pindu ning olemasolevate kütteseadmete kasutuselt kõrvaldamist või ümbrise pindade poleerimist, kui see on juurdepääsetav (harva teostatav).

Järeldus: lihvimisjälgede sügavuse piirangud kloriiditeenuse jaoks

Grinding markings >10-12 µm pakuvad pingekontsentraatoreid ja vähendavad 316 roostevabast terasest korpusega küttekeha SCC initsiatsiooniaega 500 ppm kloriidivees 90 kraadi juures 20,{5}} tunnilt 2000-5000 tunnini. SCC algab 500-1000 tunni pärast normaalse jääkpinge taseme korral sügavamal kui 20 µm. Kloriidihoolduse jaoks peaksid 316 kesta valivad insenerid määrama lihvimisjälgede maksimaalse sügavuse (nt vähem kui 8 µm või sellega võrdne) või samaväärselt maksimaalse pinnakareduse (nt Ra Väiksem või võrdne 0,5 µm) ja paluma kinnitada profilomeetria abil. Kõige ohtlikumate kloriiditingimuste korral või seal, kus jääkpingeid ei saa minimeerida, eemaldab elektropoleerimine külmtöödeldud, kriimustatud pinnakihi eemaldamiseks lihvimisjälgedega seotud pingekontsentraatorid täielikult. Siin pakutud lähenemisviis seob lihvimisjälje sügavuse mõõdetavate SCC initsiatsiooniaegadega, võimaldades ostjal määrata pinnaviimistlustehnikad, mis väldivad enneaegset pragude teket pinnadefektide korral.