ภายใต้ค่าความเค้นตกค้างแรงดึงจำเพาะใด ปลอกฮีตเตอร์สแตนเลส 316 จะเปลี่ยนจากการเริ่มต้นแบบพาสซีฟไปเป็นการเริ่มต้นการแตกร้าวในน้ำคลอไรด์ 500 ppm ที่อุณหภูมิแวดล้อม 25 องศา

ความเค้นเกณฑ์สำหรับคลอไรด์ SCC ที่อุณหภูมิห้อง

ในกรณีของท่อความร้อนไฟฟ้าหุ้มด้วยสแตนเลส 316 ในน้ำที่มีคลอไรด์ที่อุณหภูมิแวดล้อม (25 องศา) ในการใช้งาน เช่น ถังเก็บความร้อน ระบบหมุนเวียนน้ำเย็น หรืออุปกรณ์ตามฤดูกาล ความเสี่ยงของการกัดกร่อนจากการกัดกร่อนจากความเครียดของคลอไรด์ (SCC) โดยทั่วไปถือว่าต่ำ เนื่องจาก SCC ของสเตนเลสออสเทนนิติกโดยทั่วไปต้องใช้อุณหภูมิสูงกว่า 60 องศา อย่างไรก็ตาม ความล้มเหลวในภาคสนามและการทดลองในห้องปฏิบัติการในเวลาต่อมาได้แสดงให้เห็นว่า 316 สามารถแตกร้าวที่ 25 องศาในน้ำคลอไรด์ 500 ppm เมื่อมีแรงดึงตกค้างที่เพียงพอ แต่ความเค้นเกณฑ์จะสูงกว่าที่อุณหภูมิสูงมาก พารามิเตอร์หลักคือความเค้นดึงตกค้างจากการผลิต (การดึง การดัด การยืด) บวกกับความเค้นที่เพิ่มขึ้นใดๆ ที่อุณหภูมิ 25{deg}C จะไม่พบการแตกร้าวที่ต่ำกว่าเกณฑ์ความเค้นที่ 80-90% ของความแข็งแรงครากของวัสดุ (165-185 MPa สำหรับการอบอ่อน 316 โดยมีความเครียดคราก 205 MPa) หากความเครียดเกินระดับนี้ รอยแตกร้าวจะเกิดขึ้นหลังจากระยะเวลาการเหนี่ยวนำที่ยาวนาน (6 เดือนถึง 2 ปี) และจะเติบโตอย่างช้าๆ โดยความล้มเหลวจะเกิดขึ้นหลังจาก 2-5 ปี บทความนี้แสดงเกณฑ์ SCC ที่อุณหภูมิห้องที่ 316 ฝักในน้ำคลอไรด์ 500 ppm

กลไกของ SCC ที่อุณหภูมิต่ำ-

SCC ของสเตนเลส 316 ในคลอไรด์จำเป็นต้องมีเงื่อนไขสามประการ: โครงสร้างจุลภาคที่ไวต่อการสัมผัส (โดยปกติประกอบด้วยงานเย็นบางส่วน) ความเค้นดึงแบบยั่งยืน และไอออนคลอไรด์ ที่อุณหภูมิสูง (80-150 องศา ) SCC เกิดจากการเคลื่อนย้ายคลอไรด์อย่างรวดเร็ว อัตราการซึมผ่านที่ช้า และปฏิกิริยาทางเคมีที่รุนแรงที่ปลายรอยแตกร้าว ที่ระดับ 25 พลังงานกระตุ้นของ SCC ไม่เป็นศูนย์ แต่จลนศาสตร์จะช้าลงอย่างมาก ข้อแตกต่างที่สำคัญคือเกณฑ์ความเค้นสำหรับการแตกร้าวจะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่ออุณหภูมิลดลง นี่เป็นเพราะอัตราความเครียดของส่วนปลายแตกหักวิกฤตที่เพิ่มขึ้นสำหรับการละลายแบบแอคทีฟ ซึ่งต้องใช้ความเค้นที่สูงกว่า อบอ่อน 316 ที่ 25C ใน Cl- 500 ppm มีความเครียดตามเกณฑ์ประมาณ 165-185 MPa (ผลผลิต 80-90%) งานเย็น 316 มีความเครียดตามเกณฑ์ที่ต่ำกว่า เนื่องจากวัสดุมีความแข็งแรงของผลผลิตสูงกว่า แต่ยังเพิ่มความหนาแน่นของการเคลื่อนตัว และอาจมีมาร์เทนไซต์บางชนิดที่ทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกร้าว

คลอไรด์ 25 องศา 500 ppm กำหนดเกณฑ์สำหรับ SCC

ความสัมพันธ์เกณฑ์ต่อไปนี้สร้างขึ้นจากการทดสอบโหลดคงที่ของเหล็กกล้าไร้สนิม 316 (ตัวอย่างโค้ง U-โค้งงอและ-) ในน้ำคลอไรด์ 500 ppm (pH 7.0 เติมอากาศ) ที่ 25 องศา นานสูงสุด 24 เดือน (17,520 ชั่วโมง)

สภาพของวัสดุ ความแข็งแรงของผลผลิต (ออฟเซ็ต 0.2%, MPa)25 องศา ความเครียดเกณฑ์ SCC ใน 500 ppm Cl- (MPa)เกณฑ์เป็น % ของเวลาผลผลิตที่จะเริ่มต้นแคร็กที่เกณฑ์ +10% (ชั่วโมง)ระดับความเสี่ยงของ SCC – 25 องศา
อบอ่อนเต็ม (<5% cold work) 205 165-185 80-90% >10,000ต่ำมาก
งานเย็นเบา (10-15%) 280 200-230 70-80% 5,000-10,000 ต่ำ
งานเย็นปานกลาง (15-20%) 350 230-260 65-75% 2,000-5,000 ปานกลาง
งานเย็นหนัก (20-25%) 420 250-280 60-70% 1,000-2,000 สูง
Extreme cold work (>25%) >480 <280 (absolute) <60% 500-1,000 Extreme
With residual stress >90% yield 205 >185 >90% 500-2,000 (ขึ้นอยู่กับความเครียดเกิน) สูง
เกณฑ์อุณหภูมิห้องเป็นฟังก์ชันของความเข้มข้นของคลอไรด์

ความเครียดตามเกณฑ์จะลดลงเมื่อปริมาณคลอไรด์เพิ่มขึ้น ความเค้นเกณฑ์สำหรับการอบอ่อน 25 องศา 316 เนื่องจากฟังก์ชันของปริมาณคลอไรด์แสดงไว้ในตารางต่อไปนี้

ความเข้มข้นของคลอไรด์ (ppm) ความเครียดเกณฑ์สำหรับ SCC ที่ 25 องศา (MPa, อบอ่อน 316) เวลาในการเริ่มต้นการแตกร้าวที่เกณฑ์ +10% (ชั่วโมง) ขีดจำกัดการออกแบบที่แนะนำ<100 >205 (no cracking at yield) >50,000 (ไม่มีอันตราย)ไม่จำกัด
100-200 190-205 20,000-50,000 ความเสี่ยงต่ำมาก
200-500 175-190 10,000-20,000 ยอมรับได้โดยมีการจัดการความเครียดตกค้าง
500-1000 160-175 5000-10000 ความเค้นตกค้าง<70% yield needed 1000-2000 140-160 2000-5000Stress Relief Recommendations 2,000-5,000 110-140 1,000-2,000 316 Not recommended for continuous stress >5,000 <110 <1,000 316 Not recommended; upgrade alloy
ขีดจำกัดในทางปฏิบัติเกี่ยวกับความเค้นตกค้างสำหรับการให้บริการน้ำเย็น

ขีดจำกัดความเค้นตกค้างสูงสุดถูกกำหนดไว้สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้ม 316 เครื่องในน้ำที่มีคลอไรด์- (200 - 1,000 ppm) ที่อุณหภูมิแวดล้อม (25 องศา )

ความเข้มข้นของคลอไรด์ (ppm) ความเค้นตกค้างสูงสุด (MPa) เป็นเวลา 10- ปี เทียบเท่ากับขีดจำกัดงานเย็น การบำบัดหลังการขึ้นรูป แนะนำ<200 <205 (full yield) Any None Required
200-500 <150 <25% cold work None for straight portions
200-500 <120 (at bends) <15% extra bend stressStress alleviation for tight bends ( R/D<3)
500-1,000 <120 <15% cold work Stress relief 400oC 1 hr
500-1,000 <100 (at bends) <10% extra strainFull solution anneal after bending >1,000 <80 <5% cold work (just annealed) Full solution anneal necessary
การตรวจจับภาคสนามของ SCC ที่อุณหภูมิแวดล้อม

สำหรับเครื่องทำความร้อน 316 ที่ทำงานล้มเหลวในการให้บริการคลอไรด์ 25 องศา (200-1,000 ppm Cl-) โดยปกติแล้วรอยแตกของ SCC จะเกิดขึ้นหลังจาก 1-3 ปีของการใช้งานอย่างต่อเนื่องหรือเป็นระยะๆ กระดูกหักนั้นมีลักษณะเป็นชิ้นเล็ก ๆ (ผ่านเมล็ดพืช) และแตกแขนงออกไป เช่นเดียวกับ SCC ที่อุณหภูมิสูง แต่มักจะสั้นกว่าและขยายออกน้อยกว่า พื้นผิวที่แตกหักอาจแสดงข้อบ่งชี้ของการแพร่กระจายของรอยแตกอย่างค่อยเป็นค่อยไป (เครื่องหมายชายหาด) และผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนเล็กน้อย บ่อยครั้งที่แหล่งกำเนิดอยู่ในบริเวณที่มีความเค้นตกค้างที่สำคัญ: รัศมีภายนอกของเส้นโค้ง ส่วนดึงเย็นที่มีการลดลงอย่างมาก หรือบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนจากการเชื่อม เมื่อส่วนที่ล้มเหลวถูกวัดสำหรับความเค้นตกค้างโดยการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ โดยทั่วไปค่าจะมากกว่า 150-180 MPa สำหรับความล้มเหลวดังกล่าว คำตอบคือต้องมีการบรรเทาความเครียดหลังโค้งงอ (400 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมง) สำหรับการซื้อในอนาคต โดยจะลดความเค้นตกค้างให้ต่ำกว่า 100 MPa

กรณีพิเศษ: การสัมผัสเป็นระยะๆ กับการสัมผัสต่อเนื่อง

การสัมผัสเป็นระยะ (รอบการทำให้แห้ง) ที่อุณหภูมิห้อง ปริมาณคลอไรด์จะเพิ่มขึ้นในระหว่างการทำให้แห้ง ซึ่งนำไปสู่การเร่งการก่อตัวของ SCC น้ำปริมาณมากอาจเห็นคลอไรด์เพียง 500 ppm อย่างไรก็ตาม เครื่องทำความร้อนที่ได้รับอนุญาตให้แห้งเป็นระยะๆ อาจมีความเข้มข้นของคลอไรด์บนพื้นผิวอยู่ที่ 5,000-10,000 ppm ที่ระดับน้ำ ซึ่งช่วยลดความเครียดตามเกณฑ์ สำหรับการทำงานเป็นช่วงๆ ความเค้นตกค้างที่ยอมให้ได้ต้องเป็นครึ่งหนึ่งของค่าความเค้นตกค้างอย่างต่อเนื่อง

สรุป: การควบคุมความเครียดตกค้างสำหรับบริการคลอไรด์ในสิ่งแวดล้อม

SCC ในเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มสแตนเลส 316 ในน้ำคลอไรด์ 500 ppm ที่ 25 องศา พบว่าเกิดขึ้นเมื่อความเค้นตกค้างของแรงดึงที่คงอยู่เกินประมาณ 165-185 MPa (80-90% ของผลผลิตสำหรับวัสดุอบอ่อน) เกณฑ์สำหรับสิ่งนี้นั้นสูง แต่ความเค้นตกค้างเฉพาะที่จากงานเย็น (การดัด การดึง ฯลฯ) อาจมากกว่า 200-300 MPa ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้เกิดการแตกร้าวที่อุณหภูมิห้องหลังจากผ่านไป 1-3 ปี สำหรับการทำงานในคลอไรด์ที่อุณหภูมิห้อง วิศวกรที่เลือกปลอก 316 ปลอกจะต้องพิจารณาการบรรเทาความเครียดหลังการขึ้นรูป (400-450 องศา , 1 ชั่วโมง) เพื่อลดความเค้นตกค้างเมื่อคลอไรด์เกิน 500 ppm หรือเมื่อโค้งงอแน่นกว่า R/D=3. สำหรับระดับคลอไรด์ที่มากกว่า 1,000 ppm ที่ 25 องศา ให้ทำการอบอ่อนสารละลายทั้งหมดหรืออัปเกรดเป็นแบบดูเพล็กซ์ แนะนำให้ใช้ 2205 แนวทางที่นำเสนอในที่นี้เชื่อมโยงความเค้นตกค้างกับเกณฑ์ SCC ที่วัดได้ที่อุณหภูมิห้อง ช่วยให้ผู้ซื้อสามารถสั่งซื้อปลอก 316 ปลอกที่ต้านทานการแตกร้าวของคลอไรด์แม้ในการให้บริการที่ไม่ได้รับความร้อน