Cum controlează fracția de volum a incluziunilor de sulfură de mangan (MnS) de tip Stringer-în tubul de înveliș al încălzitorului de 316L controlează raportul adâncimea-la-lățimea gropii în apa de mare clorurata la 35 de grade

Efectul formei de incluziune asupra formei gropii și ratei de creștere

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, lungime 20-100 µm, produsă prin solidificare unidirecțională și trefilare grea la rece) rezultă în gropi lungi înguste cu rapoarte adâncime-lățime de 5:1 până la 20:1, care pătrund rapid în grosimea peretelui (0,5-1,5 mm/an). Incluziuni globulare de MnS (raport de aspect<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Morfologia incluziunii și controlul mecanismului de geometrie a gropii

Atunci când o groapă este inițiată la o incluziune MnS în 316L în apă de mare clorurată, incluziunea se dizolvă preferenţial (electrochimic sau chimic) lăsând un gol. Golul este aproximativ sferic dacă incluziunea este globulară. Pe măsură ce gaura se propagă în matricea de austenită înconjurătoare, frontul de propagare rămâne aproximativ semisferic. Dacă includerea este un string (alungit de-a lungul axei tubului), golul original este un canal lung și îngust. În acest canal se menține chimia localizată (clorura ridicată, pH scăzut) și groapa se propagă rapid în direcția stringerului, cu mult înainte de a avea loc o dizolvare laterală considerabilă. Groapa rezultată din „găuri de vierme” poate avea un raport mare adâncime la lățime și poate pătrunde în grosimea peretelui într-o fracțiune din timpul necesar pentru o groapă inițiată cu incluziune globulară.

Lungimea șirului, raportul aspectului gropii și timpul de perforare: relație cuantificată

Testarea de expunere controlată a tuburilor de 316L care conțin morfologii de includere MnS de morfologii variate (rezultate din diferite practici de fabricare a oțelului și reduceri de tragere) în apă de mare sintetică clorurată (1,5 ppm Cl₂, 20.000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 350000000000000) timp de 35 de grade și 3500 de ore a stabilit geometria următoare. ratele de propagare.

Max. MnS Lungimea șirului (µm) Raport mediu de includere (lungime: lățime) Adâncimea gropii-la-Raportul lățimii După 1.000 de ore Rata de propagare a gropii (mm/an) Timp până la perforare (perete de 1,5 mm, ore) Recomandat pentru serviciul cu apă de mare la 35 de grade<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
Influența morfologiei MnS a practicii producției de oțel

Forma incluziunilor de MnS este afectată în principal de procedura de fabricare a oțelului și de lucrul la rece ulterioare.

Conținutul de sulf (% în greutate Practică de fabricare a oțelului) Lungimea stringerului MnS tipică (µm) Conținutul de oxigen (ppm) Controlul formei de includere Recomandat pentru apa de mare clorinată
EAF (cuptor cu arc electric) 0.010-0.025 30-80 50-150 Stringer, necontrolat Nr
EAF + AOD (argon-decarburare cu oxigen) 0.005-0.015 10-40 30-80 Mixt (globular + string) Marginal
Ca-Si (AOD cu tratament cu calciu) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globularizat Acceptabil
AOD + Ca + S scăzut 0.001-0.005 2-8 10-20 Globular, fin Da VAR (retopit cu arc de vid) 0.003 5 10 Foarte fin globular Cel mai bun ESR (electrozgură retopită) 0.005 8 15 Globular fin Excelent Recomandări practice pentru încălzitoarele de apă de mare cu clor

Următorii parametri morfologici de includere sunt propuși pentru încălzitoarele cu manta 316L în serviciul cu apă de mare clorurată (1-2 ppm Cl 2 , 35 grade ).

$ast$ Durată de viață dorită (ani) Lungimea maximă a stringerului MnS ($mu$m) Conținut maxim de sulf (% în greutate) Metoda de verificare a practicii de fabricare a oțelului necesară 3 Neaplicabil (aliaj nepotrivit) Orice Upgrade la duplex 2205 3-5 15 0.008 AOD + tratament cu calciu ASTM E45, Tip A, severitate scăzută, Tip ASTM {{45}, ATM severitate {{45} 1.0 8-12 8 0.003 VAR sau ESR ASTM E45, tip A, severitate 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Confirmarea morfologiei MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 înseamnă că inițierea este controlată de stringeri.

Durată lungă de viață în apa de mare clorinată; Concluzie: Determinarea incluziunilor globulare

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1) care pătrund în perete cu 0,6-1,2 mm/an, provocând perforarea în decurs de 1-3 ani. Gropile echiaxiale cresc cu 0,1-0,3 mm/an și dau o viață de 5-15 ani. Astfel de gropi sunt produse de incluziuni globulare (lungime<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.