เศษส่วนปริมาตรของสตริงเกอร์-การรวมประเภทแมงกานีสซัลไฟด์ (MnS) ในท่อปลอกฮีตเตอร์ 316L ควบคุมความลึกของหลุม-ถึง-อัตราส่วนความกว้างในน้ำทะเลคลอรีนที่ 35 องศาอย่างไร

ผลของรูปร่างแบบรวมต่อรูปร่างของหลุมและอัตราการเติบโต

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1 ความยาว 20-100 µm เกิดจากการแข็งตัวในทิศทางเดียวและการวาดเย็นอย่างหนัก) ส่งผลให้หลุมแคบยาวและมีอัตราส่วนความลึกต่อความกว้าง 5:1 ถึง 20:1 ซึ่งเจาะความหนาของผนังได้อย่างรวดเร็ว (0.5-1.5 มม./ปี) การรวม MnS ทรงกลม (อัตราส่วนภาพ<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

สัณฐานวิทยาแบบรวมและการควบคุมกลไกของเรขาคณิตหลุม

เมื่อหลุมเริ่มต้นที่การรวม MnS ใน 316L ในน้ำทะเลที่มีคลอรีน การรวมนั้นจะละลายในวิธีพิเศษ (ทางเคมีไฟฟ้าหรือทางเคมี) ทำให้เกิดความว่างเปล่า ความว่างเปล่าจะมีลักษณะเป็นทรงกลมโดยประมาณหากส่วนที่รวมนั้นเป็นทรงกลม เมื่อรูแพร่กระจายเข้าสู่เมทริกซ์ออสเทนไนต์ที่อยู่รอบๆ ด้านหน้าของการแพร่กระจายจะยังคงอยู่ประมาณซีกโลก หากการรวมเป็นสตริงเกอร์ (ยาวไปตามแกนท่อ) โมฆะเดิมจะเป็นช่องแคบและยาว ในช่องนี้ เคมีเฉพาะจุด (คลอไรด์สูง pH ต่ำ) จะยังคงอยู่ และหลุมจะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในทิศทางที่เป็นตัวกั้น นานก่อนที่จะเกิดการละลายด้านข้างอย่างมาก หลุม 'รูหนอน' ที่เกิดขึ้นอาจมีอัตราส่วนความลึกต่อความกว้างได้มาก และสามารถเจาะความหนาของผนังได้ในเวลาเสี้ยววินาทีที่จำเป็นสำหรับหลุมที่เริ่มรวมทรงกลม

ความยาวของสตริงเกอร์ อัตราส่วนความกว้างของหลุม และเวลาในการเจาะ: ความสัมพันธ์เชิงปริมาณ

การทดสอบการสัมผัสแบบควบคุมของท่อ 316L ที่มีสัณฐานวิทยารวม MnS ของสัณฐานวิทยาที่แตกต่างกัน (เป็นผลมาจากการปฏิบัติในการผลิตเหล็กที่แตกต่างกันและการลดการวาด) ในน้ำทะเลสังเคราะห์ที่มีคลอรีน (1.5 ppm Cl₂, 20,000 ppm Cl⁻, pH 8.0, 35 องศา ) เป็นเวลา 5,000 ชั่วโมงได้กำหนดรูปทรงของหลุมและอัตราการแพร่กระจายดังต่อไปนี้

สูงสุด ความยาวสตริงเกอร์ MnS (µm) อัตราส่วนรวมโดยรวมโดยเฉลี่ย (ความยาว:ความกว้าง) ความลึกของหลุม-ถึง-อัตราส่วนความกว้างหลังจาก 1,000 ชม. อัตราการขยายพันธุ์ของหลุม (มม./ปี) เวลาในการเจาะ (ผนัง 1.5 มม. ชั่วโมง) แนะนำสำหรับบริการน้ำทะเลคลอรีน 35 องศา<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
MnS สัณฐานวิทยาอิทธิพลของการปฏิบัติการผลิตเหล็ก

รูปร่างของการรวม MnS ส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากกระบวนการผลิตเหล็กและงานเย็นในภายหลัง

ปริมาณกำมะถัน (wt%) การฝึกปฏิบัติในการผลิตเหล็ก ความยาวสตริงเกอร์ MnS ทั่วไป (µm) ปริมาณออกซิเจน (ppm) รวม การควบคุมรูปร่างแนะนำสำหรับน้ำทะเลคลอรีน
EAF (เตาอาร์คไฟฟ้า) 0.010-0.025 30-80 50-150 สตริงเกอร์ หมายเลขที่ไม่สามารถควบคุมได้
EAF + AOD (อาร์กอน-การแยกคาร์บอนของออกซิเจน) 0.005-0.015 10-40 30-80 แบบผสม (ทรงกลม + สตริงเกอร์) ขอบ
Ca-Si (AOD พร้อมการบำบัดด้วยแคลเซียม) 0.003-0.008 5-15 15-30 ยอมรับได้แบบก้อนกลม
AOD + Ca + ต่ำ S 0.001-0.005 2-8 10-20 ทรงกลมละเอียด ใช่ VAR (การหลอมส่วนโค้งสุญญากาศ) 0.003 5 10 ESR ทรงกลมที่ละเอียดมาก ESR ที่ดีที่สุด (การหลอมด้วยอิเล็กโทรแลกแลก) 0.005 8 15 ทรงกลมละเอียด ข้อแนะนำการปฏิบัติที่ดีเยี่ยมสำหรับเครื่องทำน้ำร้อนน้ำทะเลคลอรีน

พารามิเตอร์ทางสัณฐานวิทยาที่รวมต่อไปนี้ถูกเสนอสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้ม 316L ในการให้บริการน้ำทะเลที่มีคลอรีน (1-2 ppm Cl 2 , 35 องศา )

$ast$ อายุการใช้งานที่ต้องการ (ปี) ความยาว MnS Stringer สูงสุด ($mu$m) ปริมาณกำมะถันสูงสุด (wt%) การตรวจสอบวิธีปฏิบัติในการผลิตเหล็กที่ต้องการ 3 ไม่เกี่ยวข้อง (โลหะผสมไม่เหมาะสม) การอัพเกรดใด ๆ เป็นแบบดูเพล็กซ์ 2205 3-5 15 0.008 AOD + การบำบัดแคลเซียม ASTM E45, ประเภท A, ความรุนแรง 1.5 5-8 10 0.005 AOD + Ca + ต่ำ S ASTM E45, ประเภท A, ความรุนแรง 1.0 8-12 8 0.003 VAR หรือ ESR ASTM E45, ประเภท A, ความรุนแรง 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
การยืนยันทางสัณฐานวิทยาของ MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 หมายความว่าการเริ่มต้นถูกควบคุมโดยสตริงเกอร์

อายุการใช้งานยาวนานในน้ำทะเลคลอรีน สรุป: การกำหนดการรวมทรงกลม

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1) ที่ทะลุผนังได้ 0.6-1.2 มม./ปี ทำให้เกิดการเจาะภายใน 1-3 ปี หลุม Equiaxed จะเติบโตที่ 0.1-0.3 มม./ปี และมีอายุ 5-15 ปี หลุมดังกล่าวเกิดจากการรวมทรงกลม (ความยาว<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.