Przy jakiej konkretnej kombinacji stężenia kwasu siarkowego i temperatury osłona ze stali nierdzewnej 316 o grubości 1,2 milimetra wymaga wyżarzania-po spoinie, aby zapobiec korozji międzykrystalicznej w elektrycznych podgrzewaczach zanurzeniowych?

Spawanie mocowania kołnierzy montażowych i złączek do osłony ze stali nierdzewnej 316 musi być wykonane przez inżynierów produkcji i personel zapewnienia jakości odpowiedzialny za elektryczne grzałki zanurzeniowe do stosowania w obsłudze kwasu siarkowego. Spawanie generuje ciepło, które może powodować uczulenie. Węgliki chromu powstające na granicach ziaren w-strefie wpływu. 316 uczulonej na ciepło tracą swoją odporność na korozję i stają się podatne na korozję międzykrystaliczną, która preferencyjnie atakuje granice ziaren, powodując szybką utratę materiału i możliwą awarię grzejnika. Grubość ścianki osłony decyduje o szybkości chłodzenia po spawaniu i konieczności{{5}wyżarzania po spawaniu. W tej pracy określiliśmy próg stężenia kwasu siarkowego wymagający-wyżarzania po spoinie, aby uniknąć ataku korozji międzykrystalicznej w powłoce ze stali 316 o średnicy 1,2 mm.

Uczulenie i mechanizm korozji międzykrystalicznej w 316
Gdy stal nierdzewna 316 jest podgrzewana do temperatur od 450°C do 850°C, w zakresie uczuleń, węgliki chromu wytrącają się na granicach ziaren. Takie wytrącanie w punkcie rosy- powoduje wypłukiwanie chromu z obszarów znajdujących się w pobliżu granic ziaren, powodując ich wyczerpanie do poziomu mniejszego niż 12% chromu potrzebnego do utworzenia warstwy pasywnej. W środowisku korozyjnym te strefy zubożenia chromu ulegają preferencyjnej korozji, co powoduje atak na granice ziaren i ostatecznie usunięcie materiału. Osłona o cienkich ściankach-ma małą masę termiczną, a ciepło może szybko rozproszyć się po spawaniu. Prowadzi to do szybkiego tempa chłodzenia. Cienka ścianka szybko ochładza się od temperatury zgrzewania do temperatury poniżej 450°C i przebywa niewiele czasu w obszarze uczulania. Osłona o grubych-ściankach > 3 mm charakteryzuje się mniejszą szybkością chłodzenia, co zwiększa ryzyko uczulenia. Jednakże w przypadku ścianki o grubości 1,2 mm szybkość chłodzenia jest na ogół wystarczająco duża, aby uniknąć uczulenia w warunkach konwencjonalnego spawania łukiem gazowo-wolframowym. Kluczem jest nie tylko grubość ścianki, ale także zawartość węgla w materiale 316. Niskowęglowy 316L (maks. 0,03% C) jest szczególnie odporny na uczulenie niezależne od grubości ścianki. Standard 316 (maks. 0,08% węgla) może być uczulony, jeśli będzie chłodzony zbyt wolno.

Krytyczne stężenie kwasu siarkowego do wykrywania uczulenia
Korozja międzykrystaliczna uczulonego 316 jest szczególnie dotkliwa przy pewnych stężeniach kwasu siarkowego. Test Straussa (ASTM A262, praktyka E) łączy wrzący 16% kwas siarkowy z siarczanem miedzi w celu sprawdzenia działania uczulającego. Atak międzykrystaliczny najprawdopodobniej wystąpi podczas pracy w 10–40% kwasie siarkowym w temperaturach powyżej 50°C. Przy stężeniu mniejszym niż 10% kwas nie jest wystarczająco silny, aby korzystnie celować w granice ziaren. Przy stężeniu około 40% kwas utlenia się i ponownie pasywuje powierzchnię, maskując uczulenie. Stężenie progowe ryzyka korozji międzykrystalicznej dla powłoki 316 o średnicy 1,2 mm w kwasie siarkowym wynosi około 15–25% w temperaturach 60–80° C. Poniżej 15% uczulona powłoka może przetrwać lata bez widocznego ataku. Przy stężeniach powyżej 25% kwas może utleniać się na tyle, aby zatrzymać atak międzykrystaliczny, ale wtedy problemem stają się wżery. W krytycznym zakresie 15–25% uczulona osłona może rocznie stracić 0,5–2,0 mm materiału wzdłuż granic ziaren, przebijając ściankę o grubości 1,2 mm w ciągu kilku miesięcy. Dlatego w zastosowaniach, w których stężenie kwasu siarkowego wynosi od 15% do 25% i temperatury powyżej 50°C, zdecydowanie zaleca się wyżarzanie po spawaniu, chyba że stosuje się stal 316L.

Matryca wymagań dotyczących wyżarzania dla spawanych osłon 316
Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące wyżarzania-po spawaniu powłok ze stali 316 o średnicy 1,2 mm dla różnych stężeń kwasu siarkowego, temperatur roboczych i określonych gatunków stali 316. Wyżarzanie polega na nagrzewaniu złącza spawanego do temperatury 1050°C przez 15 minut, a następnie szybkim chłodzeniu (hartowanie wodą lub wymuszony gaz).

Stężenie kwasu siarkowego, temperatura robocza, klasa 316.-Wymagane jest wyżarzanie spoiny? Alternatywne zalecenie
Mniej niż 10 procent dowolnej temperatury 316 lub 316L Nie Standardowe spawanie OK
10 – 15% Poniżej 60°C 316L Nie preferowany 316L
10 – 15% Poniżej 60°C 316 Nie, ale zalecany 316L Dopuszczalne bez wyżarzania
10 – 15% 60 – 90°C 316L Nie Monitor ataku 10 – 15% 60 – 90°C 316 Tak Wyżarzanie lub użycie 316L 15 – 25% Poniżej 50°C 316L Nie 316L dopuszczalne 15 – 25% Poniżej 50°C 316 Tak Wymagane wyżarzanie 15 – 25% 50 – 80°C 316 lub 316L Tak Wyżarzanie obowiązkowe dla każdego gatunku 15 – 25% Powyżej 80°C Dowolne 316 Tak, plus rozważenie ulepszenia stopu Wysokie ryzyko ataku; użyj stopu 20 25 – 40% Dowolna temperatura Dowolna 316 Nie dotyczy Uczulenie nie jest głównym powodem awarii; dominuje wżery
Ponad 40 procent Dowolna temperatura Dowolna 316 Nie dotyczy Kwas utleniający; atak międzykrystaliczny jest nieprawdopodobny
Jeśli stosowany jest standardowy gatunek 316, w przypadku powłoki ze stali 316 o średnicy 1,2 mm wymagane jest wyżarzanie-po spawaniu w krytycznym zakresie stężeń 15–25% w temperaturach powyżej 50°C. W przypadku stali 316L wyżarzanie stanowi dodatkowy margines bezpieczeństwa. Korozja międzykrystaliczna może przeniknąć przez cienką ściankę w ciągu 3–12 miesięcy, prowadząc do oderwania kołnierza lub nieszczelności osłony, bez wyżarzania spawanej strefy mocowania kołnierza.

Praktyczne rozważania na temat wyżarzania-rur o cienkich ściankach
Problemy w praktyce występują podczas{{0}wyżarzania po spawaniu powłoki 316 o średnicy 1,2 mm. Wysoka temperatura 1050°C może prowadzić do utlenienia wewnętrznego drutu oporowego, jeśli zespół nie jest dobrze ekranowany. Wyżarzanie należy przeprowadzać w piecu o kontrolowanym środowisku z argonem lub zdysocjowanym amoniakiem, aby uniknąć utleniania. Alternatywnie strefę spawu można miejscowo wyżarzić poprzez nagrzewanie indukcyjne bez podgrzewania całej nagrzewnicy. Izolacja MgO w kształtkach grzejnika rozszerza się inaczej niż stal i może rozbić osłonę, dlatego nie jest możliwe wyżarzanie w pełnym piecu grzejników, które zostały wcześniej kształtowane izolacją MgO. Wyżarzanie należy przeprowadzać po spawaniu, ale przed kształtowaniem lub wyłącznie w obszarze spoiny. Inżynierowie powinni określić, że po wszelkich spoinach osłony 316 przy stężeniu 15–25% kwasu siarkowego należy wykonać miejscowe wyżarzanie indukcyjne w-strefie wpływu ciepła. Strefa wyżarzania powinna mieć minimalną szerokość 10 mm po obu stronach spoiny. Prawidłowe wyżarzanie można sprawdzić za pomocą miernika ferrytu lub przesyłając próbną spoinę do badania ASTM A262 Practice E. Dostawca, który nie może przeprowadzić-wyżarzania po spawaniu ani zaoferować testów weryfikacyjnych, nie może zostać zatrudniony do obsługi kwasu siarkowego w zakresie stężeń krytycznych. Koszt jednego uszkodzenia spowodowanego korozją międzykrystaliczną, które zwykle jest nieoczekiwane i bez ostrzeżenia, jest znacznie większy niż koszt dobrych procesów wyżarzania. W przypadku nowych instalacji wybór 316L zamiast standardowego 316 eliminuje możliwość uczulenia ścian o grubości 1,2 mm we wszystkich warunkach z wyjątkiem najbardziej ekstremalnych i jest zdecydowanie zalecany do wszelkich zastosowań związanych z kwasem siarkowym o stężeniu powyżej 10%.