Sub ce valoare specifică a tensiunii reziduale la tracțiune trece mantaua încălzitorului din oțel inoxidabil 316 de la inițierea pasivă la fisurarea în apă clorură de 500 ppm la 25 de grade.

Stresul de prag pentru clorură SCC la temperatura camerei

În cazul tuburilor electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 în apă cu clorură la temperatura ambiantă (25 de grade) în aplicații precum rezervoare de stocare neîncălzite, sisteme de circulație a apei rece sau echipamente sezoniere, riscul de fisurare prin coroziune sub tensiune (SCC) este în general considerat scăzut, deoarece SCC al oțelurilor inoxidabile austenitice necesită în general un grad mai mare de 60. Cu toate acestea, eșecurile ulterioare pe teren și experimentele de laborator au arătat că 316 poate crăpa la 25 de grade în apă clorură de 500 ppm în prezența unei tensiuni reziduale de tracțiune adecvate, dar efortul de prag este mult mai mare decât la temperaturi ridicate. Parametrul cheie este efortul de tracțiune rezidual din fabricație (desenare, îndoire, îndreptare) plus orice efort adăugat. La 25°C, fisurarea nu este observată sub un prag de efort de ordinul a 80-90% din limita de curgere a materialului (165-185 MPa pentru 316 recoaptă cu 205 MPa de curgere). Dacă stresul depășește acest nivel, fisurile se dezvoltă după perioade lungi de inducție (de la 6 luni la 2 ani) și se dezvoltă lent, cu defecțiuni după 2-5 ani. Acest articol oferă pragul SCC la temperatura camerei de 316 teci în 500 ppm apă clorură.

Mecanismul SCC de temperatură joasă-

Sunt necesare trei condiții pentru SCC al oțelului inoxidabil 316 în clorură: o microstructură susceptibilă (conținând în mod normal ceva lucru la rece), o tensiune de întindere susținută și ioni de clorură. La temperaturi ridicate (80-150 de grade ), SCC se datorează transportului rapid de clorură, ratelor lente de repasivare și chimiei agresive la vârful fisurii. La 25 de grade, energia de activare pentru SCC nu este zero, dar cinetica este semnificativ mai lentă. Principala diferență este că pragul de solicitare pentru fisurare crește considerabil pe măsură ce temperatura scade. Acest lucru se datorează creșterii ratei de deformare critică a vârfului de fractură pentru dizolvarea activă, care necesită solicitări mai mari aplicate. 316 recoacet la 25°C în 500 ppm Cl- are o tensiune de prag de aproximativ 165-185 MPa (randament 80-90%). 316 prelucrat la rece are o presiune de prag mai mică, deoarece materialul are o limită de curgere mai mare, dar și o densitate crescută de dislocare și, eventual, o anumită martensită care acționează ca locuri de inițiere a fisurilor.

25 de grade, 500 ppm de clorură determinate praguri pentru SCC

Următoarele relații de prag au fost stabilite din testarea cu sarcină constantă a oțelului inoxidabil 316 (probe U-îndoire și inel C-) în 500 ppm apă clorură (pH 7,0, aerată) la 25 grade timp de până la 24 de luni (17.520 ore).

Condiția materialului Limita de curgere (0,2% Offset, MPa)25 grade SCC Tensiune de prag în 500 ppm Cl- (MPa)Prag ca % din timpul de curgere până la inițierea fisurii la pragul +10% (ore)Evaluare de risc SCC – 25 grade
Recoacere complet (<5% cold work) 205 165-185 80-90% >10.000 Extrem de scăzut
Lucru ușor la rece (10-15%) 280 200-230 70-80% 5.000-10.000 Scăzut
Lucru moderat la rece (15-20%) 350 230-260 65-75% 2.000-5.000 Moderat
Forță de muncă grea la rece (20-25%) 420 250-280 60-70% 1.000-2.000 Ridicat
Extreme cold work (>25%) >480 <280 (absolute) <60% 500-1,000 Extreme
With residual stress >90% yield 205 >185 >90% 500-2.000 (depinde de suprasolicitare) Mare
Pragul temperaturii camerei în funcție de concentrația de clorură

Stresul de prag este redus cu creșterea conținutului de cloruri. Tensiunea de prag pentru 316 recoaptă la 25 de grade în funcție de conținutul de clorură este dată în tabelul următor.

Concentrație de clorură (ppm) Tensiune de prag pentru SCC la 25 de grade (MPa, recoaptă 316) Timp până la inițierea fisurii la prag +10% (ore)Limita de proiectare recomandată<100 >205 (no cracking at yield) >50.000 (fără pericol) Nelimitat
100-200 190-205 20,000-50.000 Risc foarte scăzut.
200-500 175-190 10,000-20,000 Acceptabil cu gestionarea stresului rezidual
500-1000 160-175 5000-10000 Stresul rezidual<70% yield needed 1000-2000 140-160 2000-5000Stress Relief Recommendations 2,000-5,000 110-140 1,000-2,000 316 Not recommended for continuous stress >5,000 <110 <1,000 316 Not recommended; upgrade alloy
Limite practice ale tensiunilor reziduale pentru serviciul de apă rece

Limitele maxime ale tensiunii reziduale sunt date pentru 316 încălzitoare cu manta în apă cu clorură-(200 - 1000 ppm) la temperatura ambiantă (25 grade ).

Concentrația de clorură (ppm) Tensiunea reziduală maximă (MPa) pentru o durată de viață de 10-ani Limită echivalentă de lucru la rece Tratament post-formare recomandat<200 <205 (full yield) Any None Required
200-500 <150 <25% cold work None for straight portions
200-500 <120 (at bends) <15% extra bend stressStress alleviation for tight bends ( R/D<3)
500-1,000 <120 <15% cold work Stress relief 400oC 1 hr
500-1,000 <100 (at bends) <10% extra strainFull solution anneal after bending >1,000 <80 <5% cold work (just annealed) Full solution anneal necessary
Detectarea în câmp a SCC la temperatura ambiantă

Pentru un încălzitor 316 care defectează un serviciu de clorură de 25 de grade (200-1.000 ppm Cl-), fisurile SCC se vor dezvolta în mod normal după 1-3 ani de utilizare continuă sau intermitentă. Fracturile sunt transgranulare (prin boabe) și ramificate, ca SCC la temperatură ridicată, dar adesea mai scurte și mai puțin extinse. Suprafața ruperii poate prezenta indicii de propagare treptată a fisurilor (marcaje de plajă) și produs de coroziune redus. Adesea, originea se află într-un loc cu tensiuni reziduale semnificative: raza exterioară a unei curbe, o secțiune trasă la rece cu o reducere substanțială sau o zonă afectată de căldură de sudare. Atunci când o secțiune defectată este măsurată pentru solicitarea reziduală prin difracție de raze X, valorile sunt în general peste 150-180 MPa. Pentru astfel de defecțiuni, răspunsul este de a solicita reducerea tensiunii post-îndoire (400 de grade timp de 1 oră) pentru achizițiile viitoare, scăzând stresul rezidual la sub 100 MPa.

Caz special: expunere intermitentă versus expunere continuă

Expunere intermitentă (cicluri de uscare) la temperatura camerei, conținutul de clorură crește în timpul uscării, ceea ce duce la formarea accelerată de SCC. Este posibil ca apa în vrac să vadă doar 500 ppm de clorură. Cu toate acestea, un încălzitor căruia i se permite să se usuce periodic poate avea concentrații de clorură la suprafață de 5.000-10.000 ppm la linia de plutire, reducând astfel stresul de prag. Pentru funcționarea intermitentă, efortul rezidual admisibil trebuie să fie jumătate din cel pentru imersie continuă.

Concluzie: Controlul stresului rezidual pentru serviciul de clorură ambientală

SCC în încălzitoarele încapsulate din oțel inoxidabil 316 în 500 ppm apă clorură la 25 de grade s-a dovedit a avea loc atunci când efortul rezidual de întindere susținut a depășit aproximativ 165-185 MPa (80-90% din randamentul materialului recoapt). Pragul pentru aceasta este ridicat, dar tensiunile reziduale locale de la lucru la rece (încovoiere, tragere etc.) pot fi mai mari de 200-300 MPa, suficiente pentru a provoca fisurarea la temperatura camerei după 1-3 ani. Pentru funcționarea în cloruri la temperatura camerei, inginerii care selectează 316 teci trebuie să ia în considerare reducerea tensiunii post-formare (400-450 grade, 1 oră) pentru a reduce stresul rezidual atunci când clorura depășește 500 ppm sau când curbele sunt mai strânse decât R/D=3. Pentru niveluri de clorură de peste 1.000 de grade și duplex până la soluție duplex complet sau până la 1.000 ppm 2205 este sugerat. Abordarea propusă aici leagă stresul rezidual de praguri SCC măsurabile la temperatura camerei, permițând cumpărătorilor să comande 316 teci care rezistă la fisurarea clorurii chiar și în condiții neîncălzite.