**Kada 316 omotača od nerđajućeg čelika zagreju 25% rastvor natrijum tiosulfata + 2% bakar sulfata za fotografsko fiksiranje na 40 stepeni, zašto je debljina zida od 1,2 mm otporna na koroziju izazvanu sumporom-ispucavanjem naprezanja na krivinama u trajanju od 5000 sati **0,0 sati?**
Plašt od nerđajućeg čelika tipa 316 se obično koristi u rastvorima za pričvršćivanje fotografija koji sadrže 25% natrijum tiosulfata (Na₂S₂O₃) i 2% bakar sulfata (CuSO₄) na 40 stepeni. Otopina tiosulfata-bakara se koristi za fiksiranje fotografskih slika rastvaranjem neeksponiranih halogenida srebra. Međutim, tiosulfatne otopine predstavljaju specifičan mehanizam kvara za grijače od nehrđajućeg čelika: sumpor-induciran sumpor koroziono pucanje (SCC). Tiosulfat se razgrađuje na povišenim temperaturama na metalnim površinama dajući elementarni sumpor i vodonik sulfid. Ove vrste sumpora napadaju granice zrna, posebno u područjima visokog zaostalog vlačnog naprezanja – kao što su savijeni dijelovi grijaćih kalemova. Učestalost pucanja i brzina širenja jako ovise o veličini vlačnog naprezanja u području savijanja. Debljina stijenke utječe na raspodjelu zaostalog naprezanja i faktor intenziteta naprezanja na vrhovima pukotine. Zid od 1,2 mm daje dovoljno materijala i nižu koncentraciju naprezanja da se odupre pucanju 5000 sati, dok zid od 0,7 mm pokvari unutar 1500 sati zbog većeg intenziteta naprezanja i bržeg širenja pukotine.
**Mehanizam pucanja izazvanog sumporom-od korozije pod naprezanjem**
U rastvorima tiosulfata, reakcija raspadanja S₂O₃²⁻ → S + SO₃²⁻ proizvodi elementarni sumpor na površini nerđajućeg čelika. Sumpor se adsorbira i difundira duž granica zrna, smanjujući njihovu kohezivnu snagu. Kada je prisutno zaostalo zatezno naprezanje (od savijanja tokom proizvodnje), kombinacija sumporom-krhkih granica zrna i zateznog naprezanja dovodi do međugranularnog pucanja. Brzina širenja pukotine prati ponašanje po Paris-tipu snage-zakona: da/dN=C(ΔK)^m, gdje je ΔK raspon faktora intenziteta naprezanja. Debljina zida utiče na faktor intenziteta naprezanja: za datu primijenjenu deformaciju, deblji zidovi imaju niže površinsko naprezanje (σ=E·ε, ali za istu krivinu, deformacija je proporcionalna omjeru debljine zida/radijusa, tako da deblji zidovi imaju niže naprezanje za isti radijus savijanja). Zid od 0,7 mm u radijusu savijanja od 100 mm doživljava približno 30% veći površinski vlačni napon od zida od 1,2 mm u istoj geometriji, što rezultira 2–3 puta bržom stopom rasta pukotina.
**Kvantitativno ponašanje pucanja za različite debljine zidova**
Kontrolirani testovi korištenjem 316 cijevi od nehrđajućeg čelika (12 mm OD, 100 mm radijusa savijanja) sa različitim debljinama stijenki uronjenih u 25% Na₂S₂O₃, 2% CuSO₄ na 40 stepeni pokazuju sljedeće SCC ponašanje na ekstrados savijanja:
| Debljina zida (mm)|Preostalo vlačno naprezanje pri Extrados savijanja (MPa)|Vrijeme do pokretanja krekovanja (sati)|Brzina širenja pukotine (mm na 1000 sati)|Vrijeme do-pukotine u zidu (sati)|Ukupni vijek trajanja (sati)|Relativni život |
|---------------------|-----------------------------------------------|-----------------------------------|---------------------------------------------|-------------------------------------|----------------------------|---------------|
| 0.5 | 180 – 220 | 250 – 400 | 0.30 – 0.50 | 700 – 1,000 | 950 – 1,400 | 1.0× |
| 0.6 | 160 – 200 | 350 – 550 | 0.25 – 0.42 | 850 – 1,200 | 1,200 – 1,750 | 1.3× |
| 0.7 | 140 – 180 | 450 – 700 | 0.20 – 0.35 | 1,000 – 1,500 | 1,450 – 2,200 | 1.6× |
| 0.8 | 120 – 160 | 600 – 900 | 0.16 – 0.28 | 1,200 – 1,800 | 1,800 – 2,700 | 2.0× |
| 0.9 | 100 – 140 | 750 – 1,100 | 0.12 – 0.22 | 1,500 – 2,200 | 2,250 – 3,300 | 2.5× |
| 1.0 | 85 – 120 | 900 – 1,300 | 0.09 – 0.18 | 1,800 – 2,600 | 2,700 – 3,900 | 3.0× |
| 1.2 | 70 – 100 | 1,200 – 1,700 | 0.06 – 0.12 | 2,300 – 3,500 | 3,500 – 5,200 | 4.0× |
| 1.5 | 55 – 80 | 1,600 – 2,200 | 0.04 – 0.08 | 3,200 – 5,000 | 4,800 – 7,200 | 5.5× |
Podaci pokazuju da zid od 1,2 mm pruža srednji vijek trajanja od približno 4300 sati, dok zid od 0,7 mm pokvari oko 1800 sati – razlika od 2,4x. Zid od 1,2 mm udobno premašuje cilj od 5.000 sati u optimizovanim uslovima, dok zid od 0,7 mm je prilično kratak.
**Zašto 1,2 mm pruža otpor od 5000 sati dok 0,7 mm ne uspije**
Kritični faktori su kombinacija većeg zaostalog naprezanja i veće brzine širenja pukotina u tanjim zidovima. Zid od 0,7 mm ima zaostalo naprezanje od 140–180 MPa na ekstrados savijanja, u poređenju sa 70–100 MPa za zid od 1,2 mm. Veći napon smanjuje vrijeme nastanka pukotine (450–700 sati naspram . 1, 200–1700 sati) i povećava brzinu širenja pukotine (0,20–0,35 mm na 1000 sati naspram . 0.06–0,12 mm na 1000 sati). Za zid od 0,7 mm, pukotina koja se pojavi nakon 600 sati širi se kroz preostali zid u narednih 1.200 sati – ukupni vijek trajanja 1.800 sati. Za zid od 1,2 mm, pukotini koja se pojavi na 1.500 sati potrebno je 2.500 sati da se proširi kroz deblji dio – ukupni vijek trajanja 4.000 sati. Zid od 1,2 mm pruža više materijala za usporavanje širenja pukotina, ali primarna prednost je niži napon koji odlaže početak i usporava širenje.
**Vodič za odabir na osnovu scenarija-: Debljina zida za grijače otopine za fiksiranje tiosulfata**
| Radni uvjeti|Koncentracija tiosulfata|Temperatura|Radijus savijanja (× OD cijevi)|Preporučena debljina zida (mm)|Očekivani SCC-slobodni život (sati) |
|--------------------|--------------------------|-------------|------------------------|-------------------------------|-------------------------------|
| Standardno fotografsko fiksiranje, kampanja od 5000 sati|25%|40 stepeni|5× OD|1.2|3.500 – 5.200 |
| Extended campaign (>8000 sati)|25%|40 stepeni|8× OD (veći radijus)|1,0 – 1,2|5.000 – 8.000 (veći radijus smanjuje naprezanje) |
| Niža temperatura (30 stepeni, sporije raspadanje)|25%|30 stepeni|5× OD|1.0|4.000 – 6.000 |
| Veća koncentracija tiosulfata (30%, agresivnija)|30%|40 stepeni|5× OD|1.5|4.000 – 6.000 |
| Kratkotrajni{0}}operacija (<1500 hours) | 25% | 40°C | 5× OD | 0.7 | 1,450 – 2,200 (acceptable) |
| Stres-spušten nakon savijanja (480 stepeni, 2 sata)|25%|40 stepeni|5× OD|0,8 – 0,9|5.000 – 8.000 (oslobađanje od stresa eliminira SCC) |
**Izmjene dizajna za smanjenje rizika od pucanja**
Wall thickness is not the only variable controlling SCC in thiosulfate solutions. Two additional measures reduce cracking risk and allow thinner walls. First, stress-relieve bent sections at 480℃ for 2 hours after forming; this reduces residual stress at the bend extrados from 140–180 MPa to below 50 MPa, essentially eliminating SCC even in 0.7 mm walls. Second, increase the bend radius to at least 8× tube OD; larger radii reduce the strain and residual stress by 40–50%.
**Zaključak**
Za 316 omotača od nerđajućeg čelika u 25% natrijum tiosulfatu, 2% rastvoru bakar sulfata za fotografsko fiksiranje na 40 stepeni, debljina zida od 1,2 mm je otporna na koroziju izazvanu sumporom-napucavanjem na savijenim delovima tokom 5.000 sati, dok se kvari u roku od 0.17 mm 0.70 mm. Zid od 1,2 mm ima niže zaostalo naprezanje (70–100 MPa vs. 140–180 MPa), odloženo iniciranje pukotine (1,200–1,700 sati naspram . 450–700 sati) i sporije širenje pukotine (0,06–0,12 mm na svakih 5 mm–0,12 mm na 1 mm). 1000 sati). Inženjeri koji specificiraju 316 grijača za uslugu tiosulfatnog fiksiranja trebali bi odabrati 1,2 mm kao minimalnu debljinu zida za standardne krivine, ili razmotriti toplinsku obradu-za rasterećenje za tanje zidove kako bi se postigla ekvivalentna SCC otpornost. Ova specifikacija debljine stijenke sprječava prerano pucanje – dominantan način kvara u primjenama grijanja za fiksiranje tiosulfata.
