La ce prag specific de concentrație de acid sulfuric necesită o învelișă din oțel inoxidabil 316 de 1,2 milimetri, recoacere post-sudare pentru a preveni coroziunea intergranulară în încălzitoarele electrice cu imersiune?

Sudarea atașării flanșelor și fitingurilor de montaj la mantaua din oțel inoxidabil 316 trebuie făcută pentru inginerii de producție și personalul de asigurare a calității responsabil cu încălzitoarele electrice cu imersie pentru utilizare în serviciul cu acid sulfuric. Sudarea generează căldură care poate produce sensibilizare, formarea de carburi de crom la limitele granulelor în zona-afectată de căldură. 316 sensibilizată își pierde rezistența la coroziune și devine susceptibilă la coroziune intergranulară care atacă de preferință limitele granulelor producând pierderi rapide de material și posibile defecțiuni ale încălzitorului. Grosimea peretelui învelișului controlează ritmul de răcire după sudare și necesitatea recoacerii post-sudare. În această lucrare am determinat pragul de concentrație de acid sulfuric care necesită recoacere post-sudare pentru a evita atacul de coroziune intergranulară într-o manta 316 de 1,2 mm.

Mecanismul de sensibilizare și coroziune intergranulară în 316
Când oțelul inoxidabil 316 este încălzit în intervalul de temperatură de la 450 de grade până la 850 de grade (domeniul de sensibilizare), carburile de crom tind să precipite la limitele granulelor. Această precipitație duce la epuizarea regiunilor din apropierea granițelor de cereale în crom și, prin urmare, deficit de crom de 12% necesar pentru producerea filmului pasiv. Într-un mediu corosiv, aceste zone de epuizare a cromului sunt corodate de preferință, ceea ce duce la atacul granițelor și în cele din urmă la îndepărtarea materialului. Pentru o înveliș cu pereți subțiri de 1,2 mm grosime, viteza de răcire după sudare este rapidă, deoarece masa termică este minimă și astfel căldura se disipează rapid. Un perete subțire se va răci de la temperatura de sudare la sub 450 de grade în secunde și va petrece puțin timp în intervalul de sensibilizare. Pentru tecile cu pereți groși (mai mult de 3 mm), viteza de răcire este mai lentă, ceea ce crește pericolul de sensibilizare. Cu toate acestea, pentru un perete de 1,2 mm, viteza de răcire este în general suficient de rapidă pentru a evita sensibilizarea în circumstanțe convenționale de sudare cu arc de tungsten cu gaz. Nu numai grosimea peretelui este cheia, ci și conținutul de carbon al materialului 316. 316L cu conținut scăzut de carbon (max 0,03% C) este deosebit de rezistent la sensibilizare, independent de grosimea peretelui. Standardul 316 (max 0,08% carbon) poate fi sensibilizat dacă este răcit prea lent.

Concentrația critică de acid sulfuric pentru detectarea sensibilizării
The intergranular corrosion of sensitised 316 is especially severe at certain concentrations of sulphuric acid. The Strauss test (ASTM A262 Practice E) is a test for sensitisation using boiling 16% sulphuric acid with copper sulphate. The most susceptible concentration of sulphuric acid to intergranular assault in service is between 10 and 40% at temperatures over 50°C. Below 10 % the acid is not active enough to target grain boundaries preferentially. Above 40% acid it becomes oxidising and repassivates the surface obscuring sensitisation. 1.2 mm 316 sheath in sulphuric acid. For 60-80°C the concentration threshold for the risk of intergranular corrosion is around 15-25%. A sensitised sheath may live for years without obvious attack below 15 per cent. At >25% acid, tendința de oxidare a acidului poate preveni atacul intergranular, dar sâmburele devine o îngrijorare. O înveliș sensibilizat în intervalul critic de 15-25% poate pierde material cu o rată de 0,5-2,0 mm/an de-a lungul granițelor, străpungând un perete de 1,2 mm în câteva luni. Deci, pentru aplicații cu concentrații de acid sulfuric între 15% și 25% la temperaturi de peste 50 de grade, recoacere post-sudare este recomandată, cu excepția cazului în care materialul este de 316L.

Matricea cerințelor de recoacere pentru teaca sudate 316
Tabelul de mai jos oferă recomandări pentru recoacerea post-sudare a tecilor 316 de 1,2 mm în funcție de concentrația de acid sulfuric, temperatura de funcționare și gradul specific de 316 utilizat. Ansamblul de sudare este încălzit la o temperatură de 1.050 de grade timp de 15 minute și răcit rapid (stingerea cu apă sau gaz forțat).

Concentrație de acid sulfuric Temperatura de funcționare Gradul 316 Este necesară recoacerea după sudare? Recomandare alternativă
Mai puțin de 10% din temperatura 316 sau 316L Nu este permisă sudarea standard
10 – 15% Sub 60 de grade 316L Nu este de preferat 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15% 60 – 90 grade 316L Fără Atenție la atac
10 – 15% 60 – 90 grade 316 Da Recoace sau folosire 316L 15 – 25%Sub 50oC 316L Nu este acceptabil 316L 15 – 25%Tabel 11.2.2.1.2. Compoziția și aplicațiile 316 și 316L SS la temperaturi ridicateOrice temperatură Orice 316 N/A Sensibilizarea nu este modul de defecțiune predominant; Pitting este dominantă
Peste 40%Orice temperatură Oricare 316 Nu se aplică Acid oxidant; atacul intergranular nu este probabil
Pentru intervalul critic de concentrație de 15-25% la temperaturi de peste 50 de grade, dacă se utilizează standardul 316, este necesară recoacerea postsudare a unei mantale 316 de 1,2 mm. Dar recoacerea oferă o marjă suplimentară de siguranță chiar și cu 316L. Dacă nu se efectuează recoacerea, zona de atașare a flanșei sudate poate dezvolta coroziune intergranulară care pătrunde în peretele subțire în 3 până la 12 luni, producând desprinderea flanșei sau scurgerea mantalei.

Considerații practice privind recoacerea tecilor cu pereți subțiri
Sunt discutate dificultățile practice ale recoacerii post-sudură a tubului de 1,2 mm din 316. Dacă ansamblul nu este protejat corespunzător, temperatura ridicată de 1050 de grade poate permite oxidarea firului de rezistență internă. Recoacerea trebuie efectuată într-un cuptor cu mediu controlat folosind fie argon, fie amoniac disociat pentru a evita oxidarea. Alternativ, zona de sudură poate fi recoaptă local prin încălzire prin inducție fără încălzirea întregului încălzitor. Izolația de MgO din încălzitorul se extinde diferit față de oțel și poate sparge mantaua, prin urmare nu este posibilă recoacerea completă în cuptor a încălzitoarelor care au fost prelate anterior cu izolație MgO. Prin urmare, recoacerea trebuie făcută după sudare, dar înainte de ștergere sau localizată numai în zona de sudare. Inginerii ar trebui să stipuleze că orice sudură efectuată pe 316 învelișuri care va fi utilizată în acid sulfuric de 15 până la 25 la sută ar trebui să fie urmată de recoacere prin inducție localizată a zonei-afectate de căldură. Zona recoaptă se va extinde cu cel puțin 10 mm pe fiecare parte a sudurii. Recoacere corectă poate fi verificată folosind un contor de ferită sau trimițând un eșantion de sudură pentru testarea ASTM A262 Practice E. Un furnizor care nu poate efectua recoacere post-sudare sau oferă teste de verificare nu trebuie să fie angajat pentru serviciul cu acid sulfuric în intervalul critic de concentrație . Costul unei erori de coroziune intergranulară, care este de obicei neașteptat și fără avertisment, este semnificativ mai mare decât costul proceselor bune de recoacere. Pentru instalații noi, alegerea 316L, mai degrabă decât standardul 316, elimină potențialul de sensibilizare pentru pereții de 1,2 mm în toate condițiile, cu excepția celor mai extreme și este recomandată pentru orice serviciu cu acid sulfuric peste 10% concentrație.