Cum modifică procentul de reducere a desenului tubului pe mantaua de încălzire din oțel inoxidabil 316 numărul echivalent al rezistenței la sâmburi în soluțiile de clorură

Influența deformării mecanice asupra chimiei filmului pasiv și distribuției incluziunii

The manufacturing history of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes, particularly the percentage reduction due to cold drawing to which the tubing is subjected prior to the final annealing, has a measurable, but often ignored, effect on the intrinsic pitting resistance of the material in chloride containing media. The pitting resistance equivalent number (PREN = weight percent Cr + 3.3×Mo + 16×N) is computed from bulk chemistry and is generally a constant material attribute for a specific alloy grade . But cold drawing redistributes non-metallic inclusions, refines the grain structure and may change the effective concentration of chromium and molybdenum at the tube surface by strain-induced diffusion. High reduction percentages (>40-50%) poate duce la ruperea incluziunilor masive de sulfură de mangan, generând microcrăpături care sunt locuri favorabile pentru inițierea pittingului, indiferent de PREN-ul vrac. În această lucrare, este cuantificată influența tragerii tubului % asupra rezistenței efective la stropire a 316 teci în soluții de clorură calde și este descris un cadru de specificație pentru selectarea scăderii strângerii pe baza severității coroziunii.

Relația metalurgică dintre munca la rece și susceptibilitatea la pitting

Compoziția chimică în vrac rămâne neschimbată de deformarea plastică atunci când tubul din oțel inoxidabil 316 este tras la rece pentru a reduce diametrul exterior și grosimea peretelui. Cu toate acestea, modifică trei caracteristici microstructurale care influențează coroziunea localizată. Primul efect al deformării este alungirea incluziunilor nemetalice, în principal MnS și clustere de oxizi, în direcția de tragere. Incluziunile alungite au o interfață continuă mai mare cu matricea austenitică înconjurătoare și, prin urmare, cresc posibilitatea ca o groapă formată la o incluziune să se răspândească de-a lungul graniței incluziune-matrice în loc să se repasivă. În al doilea rând, incluziunile mari de MnS sunt fracturate de lucrări grele la rece (reduceri > 40%) pentru a produce microfisuri care nu sunt reparate prin recoacere ulterioară decât dacă temperatura este peste 1050 de grade. Aceste microfisuri acționează ca crăpături pentru a reține ionii de clorură și pentru a susține chimia agresivă la nivel local, începând astfel picking la potențiale mult mai mici decât potențialul de pitting în vrac. În al treilea rând, lucrul la rece crește densitatea de dislocare cu trei până la patru ordine de mărime de la aproximativ 10{sup 8} cm-2} în materialul recoacet la 10{sup 11} la 10{sup 12} cm-2} în materialul trasat la rece 40%. Dislocațiile sunt zone cu energie ridicată în care pelicula pasivă este mai subțire și mai defectuoasă și, prin urmare, mai sensibilă la descompunerea indusă de clorură. Impactul net este că două tuburi cu PREN egal din chimie în vrac pot avea variații de temperatură de pitting de 10-15 oC doar din diferențele în procentul de reducere a trefilării la rece aplicate înainte de recoacere finală.

Recoacerea după tragere ca etapă restaurativă critică

Pierderea rezistenței la pitting indusă de lucru la rece nu este permanentă. Recoacere cu soluție completă la 1040-1100 de grade și stingerea rapidă a apei duc la recristalizarea structurii cerealelor, îndepărtarea dislocațiilor și sferoidizarea incluziunilor alungite. recoacerea restabilește rezistența la sâmburi a unui tub-tras foarte rece la cea a unui tub ușor tras de aceeași substanță chimică în vrac . Dar practica industrială de a face teci de încălzire diferă foarte mult. Unii producători trag țeava la dimensiunile finale, reducând țagla goală inițială cu 60-70 %, apoi recoace înainte de tăierea la lungime și îndoire. Alții desenează de mai multe ori cu recoaceri intermediare, lăsând tubul într-o stare semi{-dură sau un sfert-dur (10-25 % lucru la rece) fără o recoacere completă finală, bazându-se pe căldura sudării și îndoirii viitoare pentru a elibera parțial tensiunile. Pentru cea din urmă tehnică, lucrul la rece rezidual (în mod normal 10-25 %) scade valoarea echivalentă a rezistenței efective la pitting cu 2-4 puncte. În practică, tubul cu PREN în vrac=25 (de exemplu,. 17%Cr, 2,2%Mo, 0,06%N) se comportă ca PREN=22-23 în starea prelucrată la rece, ceea ce determină o scădere a temperaturii critice de pitting de 8-12 grade . La 80 de grade și aceeași concentrație de clorură, va avea loc pitting pe tubul prelucrat la rece, în timp ce tubul complet recoapt va fi pasiv.

Cuantificarea efectului reducerii tragerii asupra temperaturii de pitting și a timpului de inducție

Conexiunile cantitative au fost stabilite din testele de laborator ale tuburilor din oțel inoxidabil 316 cu reduceri controlate ale tragerii și măsurători ulterioare ale potențialului de pitting în 1 M NaCl la 80 de grade. Pentru materialul complet recoacet (0-5% lucru la rece), potențialul critic de pitting este de obicei 300-350 mV față de SCE, iar temperatura critică de pitting (CPT) în 1 M NaCl este de 55-65 grade . Pentru materialele cu 15% lucru la rece (sfert-dur) CPT scade la 48-55 de grade . Pentru 25% lucru la rece (semi-dur) scade și mai jos la 40-48 de grade. Pentru 40% lucru la rece (complet-hard) CPT se reduce la 30-38 de grade. Pentru service, o înveliș 316 recoaptă corespunzător nu va prezenta sâmburi timp de 5-8 ani în apă clorură de 2000 ppm la 90 de grade. Cu aceeași substanță chimică în vrac și 25 % de lucru rezidual la rece, stropirea va începe în 12-24 de luni în aceleași circumstanțe fluide. Timpul de inducție până la începutul pitting-ului este exponențial cu procentul de lucru la rece. Fiecare creștere cu 5 % a lucrărilor la rece înjumătățitează timpul până la prima groapă într-un mediu dat cu temperatură clorură. Tabelul de mai jos prezintă aceste relații pentru o chimie tipică 316 (PREN=25) pentru o varietate de concentrații de clorură și temperaturi de funcționare.

Residual Cold Work after Drawing (%) Heat Treatment after Drawing Effective PREN (calculated) Critical Pitting Temperature in 2000 ppm Cl⁻ (°C) Time to Pit Initiation at 90 °C, 500 ppm Cl⁻ Recommended Service Environment 0-5 (completely annealed) Full solution anneal 1040 °C + quench 25 58 >8 ani Toate clorurile de funcționare până la 3000 ppm, 90 grade 5-10 Eliberare parțială de stres numai 24-25 53-58 5-8 ani Acceptabil pentru cloruri moderate (<1500 ppm) 
10-15 Fără recoacere; ca trase la un sfert de dur 23-24 48-533-5 ani serviciu de clorură (<800ppm)
15-20 Fără recoacere, trasat semi-dur 22-23 44-48 2-3 ani Marginal, numai cloruri scăzute (<400 ppm)
20-25 Fără recoacere, tragere tare21-22 40-44 12-24 luni Nu este potrivit pentru clor de serviciu continuu
25-35 Fără recoacere; complet dur 19-21 34-40 6-12 luni Inacceptabil pentru orice mediu umed cu clorură
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 ani (în funcție de PREN în vrac) Standard preferat pentru toate lucrările corozive
Verificarea practică a stării de lucru la rece și adecvarea recoacerii

Există trei modalități practice pentru cumpărătorii de 316 încălzitoare cu carcasă pentru utilizare cu clorură, pentru a se asigura că tubul este complet recoacet și are un lucru minim rezidual la rece. Prima este măsurarea permeabilității magnetice folosind un ferritescop. Oțelul inoxidabil austenitic 316 complet recoapt este nemagnetic, cu permeabilitate relativă (μr) mai mică de 1,02. Martensita-indusă de deformare, care este feromagnetică, se formează în 316 forjată la rece. O citire de peste 1,05 sugerează cel puțin 10-15% lucru la rece, în timp ce 1,10 recomandă 20-25% lucru la rece. A doua metodă este testarea microdurității pe o porțiune a peretelui tubului. Recoacetul 316 are o duritate Vickers de 150-180 HV. Materialul sfert dur este de 200-240 HV. Semi-dur este 250-300 HV. Full-hard este 320 HV și mai mult. Cel de-al treilea test este un test de reactivare potențiocinetică electrochimică (EPR) care măsoară gradul de sensibilizare și deteriorarea prin lucru la rece. Valorile EPR mai mici de 0,5 C/cm2 indică materialul bine recoacet, în timp ce valorile mai mari de 2,0 C/cm2 sugerează o deformare reziduală semnificativă. Specificarea unui certificat de recoacere cu soluție completă (temperatura, timp și metoda de călire) împreună cu o permeabilitate magnetică maximă de 1,05 în specificațiile de achiziție oferă o asigurare a calității aplicabilă.

Relația dintre posibilitățile de lucru la rece, sudarea și recoacerea finală

O constrângere tipică de producție este faptul că o recoacere cu soluție completă nu este întotdeauna posibilă după îndoire și sudare. Încălzitoarele cu tub lung U-, în special cele cu flanșe și puțuri termice atașate, nu pot fi practic recoapte, deoarece temperatura ridicată ar distorsiona ansamblul, ar oxida MgO intern sau ar dăuna componentelor ne{{2}metalice. În aceste cazuri, cel mai important factor pentru rezistența finală la coroziune este starea de lucru la rece a tubului brut înainte de modelare. Dacă tubul urmează să fie livrat în stare complet recoaptă (0 până la 5 procente de lucru la rece) înainte de îndoire, atunci chiar și cu adăugarea a 10 până la 15 procente de lucru la rece din operația de îndoire, deformarea reziduală finală va fi mai mică de 20 la sută. Pentru încălzitoarele care trebuie utilizate în stare îndoită fără recoacere finală, alegerea tubulaturii cu conținut mai mare de molibden (de exemplu . 316L cu 2,5-2,7 % Mo în loc de minimum 2,0 %) oferă o creștere compensatoare a PREN în vrac. Un tub cu PREN în vrac=27 și lucru la rece rezidual de 15% are un PREN efectiv ≈ 25, la fel ca un standard complet recoacet 316. Această abordare de utilizare a chimiei premium pentru a compensa restricțiile de fabricație este tipică pentru ansamblurile de încălzire mari și complicate în care recoacerea după fabricare nu este o opțiune.

Concluzie – Definirea condiției de recoacere cu chimie pentru serviciul coroziv

Rezistența la pitting a încălzitoarelor cu manta din oțel inoxidabil 316 în soluții de clorură nu este o funcție a PREN-ului în vrac, așa cum este raportat doar în certificatul de fabrică. Reducerea de tragere la rece utilizată în timpul fabricării tubului și dacă tubul primește o soluție completă de recoacere după toate operațiunile de formare poate schimba temperatura efectivă de stropire cu 10-20 de grade și poate modifica timpul până la începerea gropii cu un factor de 5-10. Pentru încălzitoarele de serviciu continuu în cloruri de peste 500 ppm sau la temperaturi de peste 80 de grade, cumpărătorul trebuie să solicite certificarea că mantaua completată (inclusiv îndoirile și sudurile) a fost complet recoaptă prin soluție. Atunci când recoacerea post-fabricare nu este posibilă, utilizarea chimiei premium (316L cu PREN mai mare sau egal cu 26) și necesitatea de a intra în starea de recoacere a tubului (duritate < 180 HV, permeabilitate mai mică sau egală cu 1,02) este o opțiune rezonabilă. O paradigmă dezvoltată în această lucrare corelează procentul de reducere a tragerii tubului și istoricul de recoacere cu rezistența observabilă la pitting. Acest lucru le permite inginerilor să aleagă 316 încălzitoare cu înveliș care vor oferi performanțe previzibile la coroziune, mai degrabă decât să depindă doar de chimia în vrac.