Przy jakim konkretnym progu stężenia kwasu siarkowego 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 powłoki wpływa na szybkość chłodzenia po spawaniu i konieczność 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 w zakresie temperatur od 450 do 850 stopni (zakres uczulenia), węgliki chromu mają tendencję do wytrącania się na granicach ziaren. Opady te powodują, że obszary w pobliżu granic ziaren są zubożone w chrom, a zatem brakuje im 12% chromu wymaganego do produkcji folii pasywnej. W środowisku korozyjnym te strefy zubożenia chromu ulegają preferencyjnej korozji, co powoduje atak na granice ziaren i ostatecznie usunięcie materiału. W przypadku cienkościennej osłony o grubości 1,2 mm szybkość chłodzenia po spawaniu jest duża, ponieważ masa termiczna jest minimalna, a zatem ciepło szybko się rozprasza. Cienka ściana ostygnie od temperatury spawania do temperatury poniżej 450 stopni w ciągu kilku sekund i pozostanie w zakresie uczulenia przez niewiele czasu. W przypadku osłon-o grubych ściankach (ponad 3 mm) szybkość chłodzenia jest wolniejsza, 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
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% kwasu, tendencja kwasu do utleniania może zapobiec atakowi międzykrystalicznemu, ale wżery stają się problemem. Uczulona osłona w krytycznym zakresie 15-25% może tracić materiał w tempie 0,5–2,0 mm/rok wzdłuż granic ziaren, przebijając ściankę o grubości 1,2 mm w ciągu kilku miesięcy. Zatem w przypadku zastosowań, w których stężenie kwasu siarkowego wynosi od 15% do 25% w temperaturach powyżej 50 stopni, zdecydowanie zaleca się wyżarzanie po spawaniu, chyba że materiał to 316L.

Tabela wymagań dotyczących wyżarzania dla spawanych osłon 316
Poniższa tabela zawiera zalecenia dotyczące wyżarzania-po spawaniu powłok 316 o grubości 1,2 mm w zależności od stężenia kwasu siarkowego, temperatury roboczej i konkretnego użytego gatunku stali 316. Zespół spawalniczy nagrzewa się do temperatury 1050 stopni przez 15 minut i szybko schładza (hartowanie wodą lub wymuszony gaz).

Stężenie kwasu siarkowego Temperatura robocza Stopień 316 Czy potrzebne jest wyżarzanie po spawaniu? Alternatywne zalecenie
Mniej niż 10 procent temperatury 316 lub 316L. Spawanie standardowe nie jest dozwolone
10 – 15% Poniżej 60 stopni 316L Nie preferowany 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15% 60 – 90 stopni 316L Nie Uwaga na atak
10 – 15% 60 – 90 stopni 316 Tak Wyżarzanie lub użycie 316L 15 – 25%Poniżej 50oC 316L Nie akceptowalne 316L 15 – 25%Tabela 11.2.2.1.2. Skład i zastosowania stali 316 i 316L SS w podwyższonych temperaturach Dowolna temperatura Dowolna 316 N/A Uczulenie nie jest dominującym rodzajem awarii; Dominuje wżery
Powyżej 40%Dowolna temperatura Dowolna 316 Nie dotyczy Kwas utleniający; atak międzykrystaliczny mało prawdopodobny
Dla krytycznego zakresu stężeń 15-25% w temperaturach powyżej 50 stopni, jeśli stosowany jest standardowy 316, konieczne jest wyżarzanie po spawaniu powłoki 316 o średnicy 1,2 mm. Jednak wyżarzanie zapewnia dodatkowy margines bezpieczeństwa nawet w przypadku stali 316L. Jeśli wyżarzanie nie zostanie wykonane, w strefie spawanego mocowania kołnierza może w ciągu 3 do 12 miesięcy rozwinąć się korozja międzykrystaliczna przenikająca przez cienką ściankę, powodując oderwanie kołnierza lub nieszczelność osłony.

Praktyczne rozważania na temat wyżarzania cienkościennych osłon
Omówiono praktyczne trudności związane z wyżarzaniem-po spawaniu rury o średnicy 1,2 mm ze stali 316. Jeżeli montaż nie jest odpowiednio zabezpieczony, wysoka temperatura wynosząca 1050 stopni może spowodować utlenienie wewnętrznego drutu oporowego. Wyżarzanie należy przeprowadzać w piecu o kontrolowanym środowisku, stosując argon lub zdysocjowany amoniak, 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. Dlatego też wyżarzanie należy przeprowadzać po spawaniu, ale przed kształtowaniem lub wyłącznie w obszarze spoiny. Inżynierowie powinni zastrzec, że po każdym spawaniu osłon 316, które będą pracować w 15–25% kwasie siarkowym, powinno nastąpić miejscowe wyżarzanie indukcyjne-strefy wpływu ciepła. Strefa wyżarzana powinna rozciągać się na co najmniej 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{{19}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%.