Za proizvodne inženjere i stručnjake za koroziju odgovorne za električne potopne grijače u sistemima{0}}hlađenim morskom vodom, postrojenjima za desalinizaciju i platformama na moru, kombinacija zaostalog vlačnog naprezanja od nabijanja i izlaganja hloridima stvara visok rizik od pucanja korozije pod naprezanjem. Kao što je utvrđeno u članu 10, pucanje od korozije pod naponom zahtijeva tri istovremena uslova: osjetljiv materijal, zatezno naprezanje i hloridno okruženje iznad 60 stepeni. Proces savijanja koji se koristi za kompaktiranje izolacije od magnezijum oksida uvodi značajna zaostala vlačna naprezanja na unutrašnjoj površini omotača 316. Za omote sa tankim{7}}stinama ispod 1,1 mm, ova zaostala naprezanja su posebno velika i prodiru u veći dio debljine zida, stvarajući gotovo neprekidan put za početak i širenje pukotine. Naknadno{10}}žarenje-zagrijavanjem kompletnog sklopa grijača na 1050 stepeni praćeno brzim hlađenjem-oslobađa se ova zaostala naprezanja, dramatično smanjujući podložnost pucanju korozijom pod stresom. Ovaj članak kvantificira odnos između debljine stijenke, veličine preostalog naprezanja i neophodnosti naknadnog-žarenja za korištenje morske vode.
Veličina preostalog naprezanja kao funkcija debljine zida nakon nabijanja
Tokom savijanja, cijev 316 je hladno obrađena jer je njen promjer smanjen za 15-30% oko jezgre ispunjene MgO-. Hladni rad dovodi do dislokacije i deformacije zrna, pohranjujući elastičnu energiju kao zaostalo naprezanje. Mjerenja difrakcije rendgenskih zraka zaostalog naprezanja na unutrašnjoj površini nabijenih 316 omotača otkrivaju jaku inverznu vezu s debljinom zida. Za debljinu zida od 0,8 mm, zaostalo vlačno naprezanje unutrašnje površine kreće se od +250 do +350 MPa. Za zid od 1,0 mm, raspon je od +200 do +280 MPa. Za zid od 1,2 mm, raspon pada na +150 do +220 MPa. Za zid od 1,6 mm, raspon je od +100 do +160 MPa. Za zid od 2,0 mm, zaostala naprezanja padaju na +50 do +100 MPa. Ove vrijednosti se približavaju ili premašuju prag za pucanje korozije pod naponom u toplim hloridnim sredinama, što je približno +150 MPa za nerđajući čelik 316 u morskoj vodi na 60 stepeni. Plašt sa zaostalim naprezanjem unutrašnje površine iznad 150 MPa podložan je stvaranju pukotina u roku od nekoliko mjeseci nakon izlaganja. Ispod 100 MPa, rizik je znatno manji. Prema tome, omotači s debljinom stijenke ispod približno 1,2 mm imaju zaostala naprezanja na unutrašnjoj površini koja prelaze sigurnosni prag, dok omotači iznad 1,6 mm uglavnom padaju ispod praga. Za srednji raspon od 1,2-1,6 mm, rizik ovisi o specifičnoj redukciji nabijanja i temperaturi morske vode.
Proces žarenja i njegov utjecaj na zaostalo naprezanje i otpornost na koroziju
Nakon-žarenje na 1050 stepeni u trajanju od 15-30 minuta u zaštitnoj atmosferi-obično argon ili disocirani amonijak-rekristalizira hladno-zrnastu strukturu omotača 316. Proces eliminiše gotovo sva zaostala naprezanja, smanjujući vrijednosti unutrašnje površine na ispod ±20 MPa bez obzira na originalnu debljinu zida. Međutim, žarenje ima tri potencijalna nedostatka. Prvo, visoka temperatura može oksidirati žicu unutrašnjeg otpora ako atmosfera nije adekvatno kontrolirana. Legure nikla{14}}hroma formiraju zaštitni oksid na 1050 stepeni, ali prekomjerna oksidacija smanjuje poprečni presjek-žice i skraćuje vijek trajanja grijača. Drugo, žarenje omekšava plašt 316, smanjujući njegovu mehaničku čvrstoću i ocjenu pritiska za otprilike 20-30% u poređenju sa hladno- stanjem. Grijač dizajniran za 40 bara u -ispunjenom stanju može biti ograničen na 30 bara nakon žarenja. Treće, žarenje može uzrokovati senzibilizaciju-taloženje hrom-karbida na granicama zrna-ako je brzina hlađenja presporo. Brzo hlađenje, obično gašenje vodom ili prisilno hlađenje plinom, sprječava senzibilizaciju i održava otpornost na koroziju. Pravilno izvedeno žarenje ne smanjuje otpornost na koroziju na rupice ili pukotine; može zapravo poboljšati uniformnost pasivnog filma. Za omote sa tankim{33}}stinama ispod 1,1 mm, prednosti ublažavanja zaostalog naprezanja su daleko veće od nedostataka, jer bi pucanje od korozije pod naponom inače ograničilo vijek trajanja na mjesece, a ne na godine.
Debljina stijenke i matrica zahtjeva za žarenjem za uslugu morske vode
U sljedećoj tabeli date su preporuke za naknadno{0}}žarenje 316 omotača namijenjenih za servis tople morske vode na temperaturama iznad 60 stepeni. Vrijednosti pretpostavljaju kontinuirano ili povremeno izlaganje hloridima i ciljni vijek trajanja preko dvije godine.
| Debljina zida plašta | Preostalo naprezanje unutarnje površine nakon nabijanja | Rizik od naponske korozije od pucanja bez žarenja | Post-Preporučuje se žarenje nakon otapanja | Alternativne preporuke |
|---|---|---|---|---|
| Ispod 0,8 mm | Iznad 350 MPa | Vrlo visoka; neuspjeh u roku od nekoliko sedmica | Obavezno | Razmislite o nadogradnji debljih zidova ili legure |
| 0,8 – 1,0 mm | 250 – 350 MPa | High; neuspjeh u roku od 1-6 mjeseci | Obavezno | Žarenje potrebno za bilo koju uslugu morske vode |
| 1,0 – 1,2 mm | 200 – 280 MPa | Umjereno do visoko; neuspjeh u roku od 6-18 mjeseci | Toplo preporučujemo | Poželjno žarenje; prihvatljivo bez samo za povremene usluge |
| 1,2 – 1,4 mm | 150 – 220 MPa | Umjereno; neuspjeh u roku od 1-3 godine | Preporučuje se za kontinuirani servis | Bez žarenja, pregledajte jednom godišnje |
| 1,4 – 1,6 mm | 100 – 160 MPa | Niska do umjerena; neuspjeh u roku od 3-5 godina | Opciono | Bez žarenja može biti prihvatljivo za 5-godišnji život |
| 1,6 – 2,0 mm | 50 – 100 MPa | Low; neuspeh malo verovatan u roku od 5 godina | Nije potrebno | Žarenje ne daje značajnu korist |
| Iznad 2,0 mm | Ispod 50 MPa | Veoma nisko | Nije potrebno | Nepotrebno žarenje; može smanjiti snagu |
Za omote ispod 1,2 mm koji rade u morskoj vodi iznad 60 stepeni, specificiranje post-žarenja je razlika između grijača koji pokvari u roku od jedne godine i onog koji traje pet godina ili više. Dodatni trošak žarenja-obično 15-25% cijene grijača-je opravdan produženim vijekom trajanja i eliminisanim rizikom od iznenadnog kvara na pucanju.
Praktična razmatranja za određivanje žarenih tankih{0}}zidnih omotača
Kada specificiraju naknadno-žarenje za tankozidne-plašte 316, inženjeri bi trebali uključiti tri dodatna zahtjeva u specifikaciju nabavke. Prvo, zahtijevajte certifikaciju atmosfere žarenja i brzine hlađenja. Certifikat o usklađenosti u kojem se navodi da je žarenje obavljeno na 1.050 ± 15 stepeni najmanje 15 minuta u ne-oksidirajućoj atmosferi sa gašenjem vodom ili prinudnim plinskim hlađenjem daje sigurnost pravilne obrade. Drugo, zahtijevajte test senzibilizacije prema ASTM A262 praksi E. Ovaj test izlaže uzorak žarenog materijala omotača ključanjem rastvoru bakar{13}}bakar sulfata i ispituje intergranularni napad. Ocjena prolaznosti potvrđuje da žarenje nije izazvalo senzibilizaciju. Treće, potrebno je provjeriti da žica unutrašnjeg otpora nije oštećena oksidacijom. Jednostavan test otpora izolacije na sobnoj temperaturi-minimalno 100 megoma-potvrđuje da su MgO i žica ostali netaknuti. Za grijače koji su nepravilno žareni na zraku, otporna žica može biti potpuno oksidirana i grijač će pokazati kratki spoj ili vrlo mali otpor. Za-proizvodnju velikog obima, inženjeri bi trebali zatražiti uzorke destruktivnog poprečnog-presjeka iz prve proizvodnje kako bi potvrdili strukturu zrna i odsustvo intergranularnih karbida. Cijena ove kvalifikacije je mala u odnosu na cijenu kvarova na terenu u primjenama morske vode, gdje zamjena neispravnog grijača često zahtijeva zatvaranje plovila, drenažu i čišćenje. Pravilno žareni plašt od tankog zida-316 pruža prednosti toplotnog odgovora tankih zidova uz otpornost debelih zidova na koroziju na pucanje-najbolje od oba svijeta kada su potrebni i brzo zagrijavanje i izdržljivost u morskoj vodi.
