W jaki sposób wcześniejszy procent pracy na zimno ze zmniejszenia rury pilotowej płaszcza grzejnika 316L kontroluje anizotropię szybkości propagacji wżerów w kierunku wzdłużnym i poprzecznym w 5000 ppm wody chlorkowej w temperaturze 50 stopni

Wyrównanie mikrostrukturalne ze względu na deformację i jej wpływ na geometrię wgłębienia

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, tj. wgłębienia rozprzestrzeniają się 5 razy szybciej wzdłuż osi rury niż po obwodzie. Ta anizotropia może prowadzić do przedwczesnej perforacji wzdłużnej, nawet przy znacznej średniej utracie ścianki w wodzie chlorkowej o stężeniu 5000 ppm i temperaturze 50 stopni. W tym badaniu określono ilościowo związek pomiędzy procentem pracy na zimno, współczynnikiem anizotropii wżerowej i efektywnym okresem użytkowania.

Mechanizm anizotropowej propagacji jam

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30% pracy na zimno). Po drugie, wtrącenia siarczku manganu (MnS), które są kluczowymi miejscami inicjacji wżerów, wyrastają w podłużnice zorientowane równolegle do osi rury. Po trzecie, pasma deformacji i komórki dyslokacji ułożone są wzdłużnie. Po zainicjowaniu wgłębienia rozprzestrzenia się ono preferencyjnie wzdłuż tych wyrównanych obiektów. Wgłębienie może migrować na duże długości wzdłuż osi podłużnej bez granic ziaren i stref wolnych od wtrąceń. W kierunku poprzecznym wgłębienie musi przecinać granice ziaren i podłużnice inkluzyjne, spowalniając propagację.

Kwantyfikacja korelacji między pracą na zimno a anizotropią wżerową

Poniższe współczynniki anizotropii zostały określone na podstawie kontrolowanego ciągnienia na zimno rurki 316L (początek całkowicie wyżarzany, 2,2% Mo, 0,02% C) do różnych procent redukcji, a następnie badania zanurzeniowego w wodzie o stężeniu 5000 ppm Cl - (pH 7,0, napowietrzone) w temperaturze 50 stopni przez 5000 godzin, mierząc głębokość wgłębień w kierunku wzdłużnym (równolegle do osi) i kierunki poprzeczne (obwodowe).

Praca na zimno (%) Współczynnik kształtu ziarna (Długość: szerokość) Długość podłużnicy MnS (mm) Szybkość propagacji wżerów wzdłużnych (mm/rok) Szybkość wzrostu wżerów poprzecznych (mm/rok) Współczynnik anizotropii (długi/przez) Czas do perforacji wzdłużnej (ściana 1,5 mm, lata) Czas do perforacji poprzecznej (lata) Zalecane dla 5000 ppm Cl^-, 50 stopni Service 0 (wyżarzany) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 Nie
Wpływ stężenia chlorków na stopień anizotropii

Wzrost zawartości chlorków zwiększa propagację podłużną bardziej niż propagację poprzeczną, a tym samym współczynnik anizotropii.

Zawartość chlorków (ppm) Współczynnik anizotropii przy 20% Szybkość pracy na zimno Wzdłużna (mm/an) Szybkość poprzeczna (mm/rok) Efektywny współczynnik redukcji trwałości (wzdłużny) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (linia bazowa) 3,000 3.5:1 0.30-0.45 0.09-0.13 1.5× 5,000 4.5:1 0.40-0.60 0.09-0.13 2.0× 10,000 6:1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Praktyczne zalecenia dotyczące serwisu o wysokiej-chlorku

Poniższe ograniczenia dotyczące pracy na zimno i rozważań projektowych mają zastosowanie do grzejników w obudowie 316L w wodzie o stężeniu 5000 ppm Cl⁻ i temperaturze 50 stopni.

Pożądany okres użytkowania, lata Maksymalna praca na zimno w celu kontroli wżerów, %Maksymalny dopuszczalny współczynnik anizotropii Sugerowana specyfikacja produkcyjna Wyżarzane lub ciągnione na zimno 5-8 10-15 2.0:1 Ciągnienie światła, uwalnianie naprężeń 3-5 15-20 (niezalecane) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Weryfikacja ryzyka wżerów

Istnieją dwa sposoby weryfikacji dla nabywców z dokładnymi ograniczeniami dotyczącymi anizotropii wżerów. Pierwsza polega na metalograficznej ocenie współczynnika kształtu ziarna na przekroju podłużnym. Akceptacja: Proporcje ziarna<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Wniosek: Specyfikacja ogranicza pracę na zimno w celu kontrolowania anizotropii wżerów

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15-20%, co skutkuje anizotropową propagacją wżerów z szybkością podłużną 3-5 razy większą niż prędkość poprzeczną. Ta anizotropia wpływa na efektywną żywotność o 30–50% w porównaniu z materiałem wyżarzonym. Inżynierowie określający osłony 316L do pracy w środowiskach o wysokiej zawartości chlorków są zobowiązani do ograniczenia wcześniejszej pracy na zimno do<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20% wymaga wyżarzania-po ciągnieniu w celu rekrystalizacji struktury ziaren i wyeliminowania anizotropii. Opisany tutaj model koreluje procentowy udział pracy na zimno w stosunku anizotropii wżerowej i czasu perforacji w 5000 ppm Cl- przy 50 stopniach, umożliwiając klientowi wybór redukcji ciągnienia, które nie spowodują wczesnego zniszczenia wżerowego.