เปอร์เซ็นต์การลดการดึงท่อบนปลอกฮีตเตอร์สแตนเลส 316 เปลี่ยนค่าความต้านทานแบบรูพรุนในสารละลายคลอไรด์ได้อย่างไร

อิทธิพลของการเปลี่ยนรูปเชิงกลต่อเคมีของฟิล์มพาสซีฟและการกระจายตัวแบบรวม

The manufacturing history of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes, particularly the percentage reduction due to cold drawing to which the tubing is subjected prior to the final annealing, has a measurable, but often ignored, effect on the intrinsic pitting resistance of the material in chloride containing media. The pitting resistance equivalent number (PREN = weight percent Cr + 3.3×Mo + 16×N) is computed from bulk chemistry and is generally a constant material attribute for a specific alloy grade . But cold drawing redistributes non-metallic inclusions, refines the grain structure and may change the effective concentration of chromium and molybdenum at the tube surface by strain-induced diffusion. High reduction percentages (>40-50%) สามารถนำไปสู่การแตกของการรวมตัวของแมงกานีสซัลไฟด์ขนาดใหญ่ ทำให้เกิดรอยแยกขนาดเล็กที่เป็นตำแหน่งที่เอื้ออำนวยต่อการเริ่มต้นของการเกิดหลุม โดยไม่คำนึงถึง PREN จำนวนมาก ในบทความนี้ อิทธิพลของ % การดึงของท่อต่อความต้านทานการเกิดรูพรุนที่มีประสิทธิผลของปลอก 316 เปลือกในสารละลายวอร์มคลอไรด์จะถูกวัดปริมาณ และมีการอธิบายกรอบการทำงานข้อกำหนดสำหรับการเลือกการลดการดึงตามความรุนแรงของการกัดกร่อน

ความสัมพันธ์ทางโลหะวิทยาระหว่างงานเย็นกับความไวต่อการเกิดหลุม

องค์ประกอบทางเคมีจำนวนมากยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเสียรูปของพลาสติกเมื่อท่อเหล็กสแตนเลส 316 ถูกดึงเย็นเพื่อลดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนัง อย่างไรก็ตาม ได้มีการปรับเปลี่ยนคุณลักษณะทางโครงสร้างจุลภาคสามประการที่มีอิทธิพลต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุด ผลประการแรกของการเสียรูปคือการยืดตัวของสิ่งที่เจือปนที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งส่วนใหญ่เป็น MnS และกระจุกออกไซด์ในทิศทางการวาด การรวมที่ยืดออกนั้นมีส่วนต่อประสานที่ต่อเนื่องขนาดใหญ่กว่ากับเมทริกซ์ออสเทนนิติกที่อยู่รอบๆ และด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงเพิ่มความเป็นไปได้ที่หลุมที่จะเกิดขึ้นที่การรวมครั้งเดียวจะแพร่กระจายไปตามเส้นขอบของการรวม–เมทริกซ์ แทนที่จะเกิดการเกิดซ้ำ ประการที่สอง การรวม MnS ขนาดใหญ่จะแตกหักโดยการทำงานเย็นอย่างหนัก (ลดลง > 40%) เพื่อสร้างรอยแตกขนาดเล็กซึ่งไม่ได้รับการซ่อมแซมโดยการหลอมในภายหลัง เว้นแต่ว่าอุณหภูมิจะสูงกว่า 1,050 องศา รอยแตกขนาดเล็กเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นรอยแยกเพื่อกักเก็บไอออนของคลอไรด์และรักษาเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรงเฉพาะที่ ดังนั้นจึงเริ่มเกิดหลุมที่ศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่าศักยภาพของการเกิดหลุมขนาดใหญ่มาก ประการที่สาม งานเย็นจะเพิ่มความหนาแน่นของความคลาดเคลื่อนสามถึงสี่ขนาดจากประมาณ 10{sup 8} cm{sup -2} ในวัสดุอบอ่อนเป็น 10{sup 11} ถึง 10{sup 12} cm{sup -2} ในวัสดุดึงเย็น 40% การเคลื่อนตัวเป็นบริเวณที่มีพลังงานสูง โดยที่ฟิล์มพาสซีฟจะบางลงและมีข้อบกพร่องมากขึ้น และมีความไวต่อการสลายที่เกิดจากคลอไรด์มากขึ้น ผลกระทบสุทธิคือหลอดสองหลอดที่มีค่า PREN เท่ากันจากเคมีปริมาณมากสามารถมีความแปรปรวนของอุณหภูมิแบบรูพรุนอยู่ที่ 10-15 oC เพียงจากความแตกต่างในเปอร์เซ็นต์การลดการดึงเย็นที่ใช้ก่อนการหลอมขั้นสุดท้าย

การหลอมหลังจากวาดเป็นขั้นตอนการบูรณะที่สำคัญ

งานเย็นทำให้เกิดการสูญเสียความต้านทานการเกิดรูพรุนไม่ถาวร การอบอ่อนสารละลายเต็มรูปแบบที่ 1,040-1100 องศาและการชุบน้ำอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการตกผลึกใหม่ของโครงสร้างเกรน การขจัดส่วนที่เคลื่อนออก และการเกิดทรงกลมของสิ่งเจือปนที่ยืดออก การอบอ่อนจะทำให้ความต้านทานการเกิดรูพรุนของหลอดที่ดึงออกมาเย็นจัดสูง-กลับคืนสู่ความต้านทานของหลอดที่ดึงออกมาเบาๆ ที่ใช้สารเคมีปริมาณมากชนิดเดียวกัน แต่แนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรมในการทำปลอกเครื่องทำความร้อนนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ผู้ผลิตบางรายดึงท่อให้ได้ขนาดสุดท้าย โดยลดเหล็กแท่งกลวงเริ่มต้นลง 60-70 % จากนั้นจึงอบอ่อนก่อนตัดให้ยาวและงอ วิธีอื่นๆ ดึงหลายๆ ครั้งด้วยการอบอ่อนระหว่างกลางโดยปล่อยให้ท่ออยู่ในสภาวะแข็งครึ่ง-หรือหนึ่งในสี่-แข็ง (งานเย็น 10-25 %) โดยไม่มีการอบอ่อนในขั้นสุดท้าย โดยอาศัยความร้อนของการเชื่อมในอนาคตและการดัดงอเพื่อคลายความตึงเครียดบางส่วน สำหรับเทคนิคหลัง งานเย็นที่เหลือ (ปกติ 10-25 %) จะลดค่าความต้านทานการเกิดรูพรุนที่มีประสิทธิผลลง 2-4 จุด ในทางปฏิบัติ หลอดที่มี PREN=25 จำนวนมาก (เช่น. 17%Cr, 2.2%Mo, 0.06%N) จะทำงานเหมือน PREN=22-23 ในสภาวะงานเย็น ซึ่งทำให้อุณหภูมิรูวิกฤตลดลงที่ 8-12 องศา ที่ 80 องศา และความเข้มข้นของคลอไรด์เท่ากัน จะเกิดรูพรุนบนท่องานเย็น ในขณะที่ท่ออบอ่อนเต็มที่จะเป็นแบบพาสซีฟ

การหาปริมาณผลของการลดแรงดึงต่ออุณหภูมิของหลุมและเวลาการเหนี่ยวนำ

การเชื่อมต่อเชิงปริมาณถูกสร้างขึ้นจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการของท่อสแตนเลส 316 ที่มีการลดรูปวาดแบบควบคุมและการวัดศักยภาพการเกิดรูพรุนใน 1 M NaCl ที่ 80 องศา สำหรับวัสดุอบอ่อนเต็มที่ (งานเย็น 0-5%) ศักยภาพในการเจาะวิกฤตโดยปกติคือ 300-350 mV เทียบกับ SCE และอุณหภูมิของการเจาะวิกฤต (CPT) ใน 1 M NaCl คือ 55-65 องศา สำหรับวัสดุที่มีงานเย็น 15% (ควอเตอร์-งานหนัก) CPT จะลดลงเหลือ 48-55 องศา สำหรับงานเย็น 25 % (ครึ่งแข็ง) จะลดลงเหลือ 40-48 องศา . สำหรับงานเย็น 40% (เต็ม-แข็ง) CPT ลดเหลือ 30-38 องศา สำหรับการบริการ ปลอก 316 ที่ผ่านการอบอ่อนอย่างเหมาะสมจะไม่แสดงอาการเป็นรูเป็นเวลา 5-8 ปีในน้ำคลอไรด์ 2,000 ppm ที่ 90 องศา ด้วยเคมีปริมาณเท่าเดิมและงานเย็นที่เหลือ 25 % การเจาะจะเริ่มขึ้นใน 12-24 เดือนภายใต้สถานการณ์ของเหลวเดียวกัน เวลาเหนี่ยวนำในการเริ่มต้นของการเจาะเป็นเลขชี้กำลังด้วยเปอร์เซ็นต์งานเย็น งานเย็นที่เพิ่มขึ้น 5 % แต่ละครั้งจะช่วยลดเวลาในการขุดหลุมแรกลงครึ่งหนึ่งในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิคลอไรด์ที่กำหนด ตารางด้านล่างแสดงความสัมพันธ์เหล่านี้สำหรับเคมี 316 ทั่วไป (PREN=25) สำหรับความเข้มข้นของคลอไรด์และอุณหภูมิในการทำงานต่างๆ

Residual Cold Work after Drawing (%) Heat Treatment after Drawing Effective PREN (calculated) Critical Pitting Temperature in 2000 ppm Cl⁻ (°C) Time to Pit Initiation at 90 °C, 500 ppm Cl⁻ Recommended Service Environment 0-5 (completely annealed) Full solution anneal 1040 °C + quench 25 58 >8 ปี บริการคลอไรด์ทั้งหมดสูงถึง 3000 ppm, 90 องศา 5-10 บรรเทาความเครียดบางส่วนเท่านั้น 24-25 53-58 5-8 ปี ยอมรับได้สำหรับคลอไรด์ปานกลาง (<1500 ppm) 
10-15 ไม่มีการหลอม; เมื่อวาดไตรมาสแข็ง 23-24 48-533-5 ปีบริการคลอไรด์ (<800ppm)
15-20 ไม่มีการอบอ่อน ดึงครึ่งแข็ง 22-23 44-48 2-3 ปี ส่วนขอบ คลอไรด์ต่ำเท่านั้น (<400 ppm)
20-25 ไม่มีการอบอ่อน ดึงยาก21-22 40-44 12-24 เดือน ไม่เหมาะสำหรับคลอรีนบริการต่อเนื่อง
25-35 ไม่มีการหลอม; เต็มแข็ง 19-21 34-40 6-12 เดือน ไม่สามารถยอมรับได้กับสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ชื้น
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 ปี (ขึ้นอยู่กับ PREN จำนวนมาก) มาตรฐานที่ต้องการสำหรับบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทั้งหมด
การตรวจสอบเชิงปฏิบัติของสถานะของงานเย็นและความเพียงพอของการหลอม

มีวิธีที่ใช้งานได้จริงสามวิธีสำหรับผู้ซื้อเครื่องทำความร้อนแบบห่อหุ้ม 316 เครื่องสำหรับการใช้คลอไรด์ เพื่อให้แน่ใจว่าท่อได้รับการอบอ่อนเต็มที่และมีงานเย็นตกค้างน้อยที่สุด ประการแรกคือการวัดความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กโดยใช้เฟอร์ไรต์สโคป สเตนเลสออสเทนนิติก 316 อบอ่อนเต็มที่ไม่เป็นแม่เหล็กและมีความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์ (μr) น้อยกว่า 1.02 มาร์เทนไซต์ที่เหนี่ยวนำโดยความเครียด-ซึ่งเป็นเฟอร์โรแมกเนติก เกิดขึ้นจากการทำเย็น 316 ค่าที่สูงกว่า 1.05 หมายถึงงานเย็นอย่างน้อย 10-15% ในขณะที่ 1.10 แนะนำงานเย็น 20-25% วิธีที่สองคือการทดสอบความแข็งระดับไมโครกับส่วนของผนังท่อ อบอ่อน 316 มีความแข็งแบบวิคเกอร์ 150-180 HV วัสดุที่แข็งเป็นสี่ส่วนคือ 200-240 HV ครึ่งแข็งคือ 250-300 HV ฟูลฮาร์ดคือ 320 HV และมากกว่านั้น การทดสอบครั้งที่สามคือการทดสอบการกระตุ้นปฏิกิริยาโพเทนทิโอไคเนติกส์ด้วยไฟฟ้าเคมี (EPR) ซึ่งวัดระดับความไวและความเสียหายจากงานเย็น ค่า EPR ที่น้อยกว่า 0.5 C/cm2 บ่งชี้ถึงวัสดุที่ผ่านการอบอ่อนอย่างทั่วถึง ในขณะที่ค่าที่มากกว่า 2.0 C/cm2 บ่งชี้ถึงการเสียรูปของสารตกค้างอย่างมีนัยสำคัญ ข้อมูลจำเพาะของใบรับรองการหลอมสารละลายแบบเต็ม (อุณหภูมิ เวลา และวิธีการดับ) พร้อมด้วยความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงสุดที่ 1.05 ในข้อกำหนดเฉพาะการจัดซื้อ มอบการรับประกันคุณภาพที่บังคับใช้ได้

ความสัมพันธ์ระหว่างงานเย็น การเชื่อม และการหลอมขั้นสุดท้าย

ข้อจำกัดในการผลิตโดยทั่วไปคือความจริงที่ว่าการหลอมสารละลายเต็มรูปแบบนั้นไม่สามารถทำได้เสมอไปหลังจากการดัดงอและการเชื่อม เครื่องทำความร้อนแบบท่อ U- ยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีหน้าแปลนและเทอร์โมเวลล์ติดอยู่ ไม่สามารถอบอ่อนได้จริง เนื่องจากอุณหภูมิสูงจะทำให้ส่วนประกอบบิดเบี้ยว ออกซิไดซ์ MgO ภายใน หรือเป็นอันตรายต่อส่วนประกอบที่ไม่ใช่-โลหะ ในกรณีเหล่านั้น ปัจจัยที่สำคัญที่สุดสำหรับความต้านทานการกัดกร่อนขั้นสุดท้ายคือสถานะการทำงานเย็นของท่อดิบก่อนที่จะขึ้นรูป หากต้องส่งมอบท่อในสภาวะอบอ่อนเต็มที่ (งานเย็น 0 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์) ก่อนการดัดงอ แม้ว่าจะมีการเพิ่มงานเย็น 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์จากการดัดงอก็ตาม ความเค้นตกค้างสุดท้ายจะน้อยกว่า 20 เปอร์เซ็นต์ สำหรับเครื่องทำความร้อนที่ต้องใช้ในสภาพโค้งงอโดยไม่มีการอบอ่อนขั้นสุดท้าย การเลือกท่อที่มีปริมาณโมลิบดีนัมสูงกว่า (เช่น. 316ลิตรที่มี 2.5-2.7 % Mo แทนที่จะเป็นขั้นต่ำ 2.0 %) ให้การชดเชยการเพิ่มขึ้นของ PREN จำนวนมาก หลอดที่มี PREN=27 จำนวนมากและมีงานเย็นตกค้าง 15% จะมีค่า PREN mut 25 ที่มีประสิทธิภาพ เช่นเดียวกับมาตรฐานอบอ่อนเต็มที่ 316 วิธีการใช้สารเคมีระดับพรีเมียมเพื่อชดเชยข้อจำกัดในการผลิตนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับชุดประกอบเครื่องทำความร้อนขนาดใหญ่และซับซ้อน ซึ่งการอบอ่อนหลังการผลิตไม่ใช่ทางเลือก

บทสรุป - การกำหนดสภาวะการหลอมด้วยเคมีสำหรับบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน

ความต้านทานแบบรูพรุนของเครื่องทำความร้อนแบบมีเปลือกสแตนเลส 316 ในสารละลายคลอไรด์ไม่ได้ทำหน้าที่ของ PREN จำนวนมากตามที่รายงานไว้ในใบรับรองโรงงานเท่านั้น การลดการวาดภาพด้วยความเย็นที่ใช้ในระหว่างการผลิตท่อและการอบอ่อนสารละลายเต็มรูปแบบหลังการดำเนินการขึ้นรูปทั้งหมดหรือไม่ สามารถเปลี่ยนอุณหภูมิของการเจาะที่มีประสิทธิภาพได้ 10-20 องศา และเปลี่ยนเวลาในการเริ่มต้นของหลุมเป็น 5-10 เท่า สำหรับเครื่องทำความร้อนบริการต่อเนื่องในคลอไรด์ที่สูงกว่า 500 ppm หรือที่อุณหภูมิสูงกว่า 80 องศา ผู้ซื้อควรขอใบรับรองว่าปลอกที่เสร็จสมบูรณ์ (รวมถึงส่วนโค้งและรอยเชื่อม) ได้รับการอบอ่อนอย่างสมบูรณ์แล้ว เมื่อการอบอ่อนหลังการผลิตไม่สามารถทำได้ การใช้เคมีระดับพรีเมียม (316L ที่มี PREN มากกว่าหรือเท่ากับ 26) และกำหนดให้ต้องผ่านสภาวะการอบอ่อนของท่อ (ความแข็ง < 180 HV ความสามารถในการซึมผ่านน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.02) ถือเป็นตัวเลือกที่สมเหตุสมผล กระบวนทัศน์ที่พัฒนาขึ้นในเอกสารนี้สัมพันธ์กับ % การลดลงของการดึงท่อและประวัติการอบอ่อนกับความต้านทานการเกิดรูพรุนที่สังเกตได้ ช่วยให้วิศวกรสามารถเลือกเครื่องทำความร้อนแบบมีเปลือก 316 เครื่องที่ให้ประสิทธิภาพการกัดกร่อนที่คาดการณ์ได้ แทนที่จะขึ้นอยู่กับเคมีปริมาณมากเพียงอย่างเดียว