W jaki sposób udział objętościowy wtrąceń-typu siarczku manganu (MnS) podłużnicy w rurach osłonowych grzejnika 316L kontroluje stosunek głębokości-do-wgłębienia w chlorowanej wodzie morskiej w temperaturze 35 stopni

Wpływ kształtu wtrącenia na kształt pestki i tempo wzrostu

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, długość 20-100 µm, wytwarzane przez jednokierunkowe krzepnięcie i mocne ciągnienie na zimno) dają w wyniku długie, wąskie wgłębienia o stosunku głębokości do szerokości od 5:1 do 20:1, które szybko penetrują grubość ścianki (0,5-1,5 mm/rok). Wtrącenia kuliste MnS (stosunek kształtu<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 włączenia i kontrola mechanizmu geometrii wgłębień

Kiedy inkluzja MnS jest inicjowana w 316L w chlorowanej wodzie morskiej, wtrącenie rozpuszcza się preferencyjnie (elektrochemicznie lub chemicznie) pozostawiając pustkę. Pustka jest w przybliżeniu kulista, jeśli inkluzja jest kulista. W miarę jak dziura rozprzestrzenia się w otaczającą osnowę austenitu, przód propagacji pozostaje w przybliżeniu półkulisty. Jeśli wtrącenie jest podłużnicą (wydłużoną wzdłuż osi rury), pierwotną pustką jest długi, wąski kanał. W tym kanale utrzymuje się miejscowa chemia (wysokie chlorki, niskie pH), a wżery szybko rozprzestrzeniają się w kierunku podłużnicy, na długo przed wystąpieniem znacznego bocznego rozpuszczenia. Powstały dół „tunel czasoprzestrzenny” może mieć duży stosunek głębokości do szerokości i może penetrować grubość ścianki w ułamku czasu niezbędnego do powstania wgłębienia inicjowanego wtrąceniami kulistymi.

Długość podłużnicy, współczynnik kształtu wgłębienia i czas perforacji: zależność ilościowa

Kontrolowane badanie narażenia rur 316L zawierających morfologię wtrąceń MnS o różnej morfologii (wynikającej z różnych praktyk wytwarzania stali i redukcji ciągnienia) w chlorowanej syntetycznej wodzie morskiej (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 35 stopni) przez 5000 godzin ustaliło następujące geometrie wgłębień i szybkości propagacji.

Maks. Długość podłużnicy MnS (µm) Średni współczynnik włączenia (długość:szerokość) Stosunek głębokości-do-wgłębienia po 1000 godz. Szybkość propagacji wgłębienia (mm/rok)Czas do perforacji (ściana 1,5 mm, godziny) Zalecane dla chlorowanej wody morskiej o temperaturze 35 stopni<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
Wpływ morfologii MnS na praktykę hutniczą

Na kształt wtrąceń MnS wpływa głównie proces wytwarzania stali i późniejsza obróbka na zimno.

Zawartość siarki (% wag.) Praktyka stalownicza Typowa długość podłużnicy MnS (µm) Zawartość tlenu (ppm) Kontrola kształtu wtrąceń Sugerowana dla chlorowanej wody morskiej
EAF (elektryczny piec łukowy) 0.010-0.025 30-80 50-150 Podłużnica, niekontrolowana Nie
EAF + AOD (odwęglenie argonem-tlenem) 0.005-0.015 10-40 30-80 Mieszane (kulisty + podłużny) Marginalny
Ca-Si (AOD z dodatkiem wapnia) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globulizowany Dopuszczalny
AOD + Ca + niski S 0.001-0.005 2-8 10-20 Kulisty, drobnoziarnisty Tak VAR (przetapiany łukiem próżniowym) 0.003 5 10 Bardzo drobno kulisty Najlepszy ESR (przetapiany elektrożużlem) 0.005 8 15 Drobnokulisty Doskonałe zalecenia praktyczne dotyczące podgrzewaczy chlorowanej wody morskiej

Proponuje się następujące parametry morfologiczne włączenia dla grzejników płaszczowych 316L pracujących w chlorowanej wodzie morskiej (1-2 ppm Cl2, 35 stopni).

$ast$ Pożądany okres użytkowania (lata) Maksymalna długość podłużnicy MnS ($mu$m) Maksymalna zawartość siarki (% wag.) Wymagana metoda weryfikacji praktyki hutniczej 3 Nie dotyczy (stop nieodpowiedni) Dowolna Dowolna Aktualizacja do wersji duplex 2205 3-5 15 0.008 AOD + obróbka wapniowa ASTM E45, typ A, dotkliwość 1.5 5-8 10 0.005 AOD + Ca + niska S ASTM E45, typ A, dotkliwość 1.0 8-12 8 0.003 VAR lub ESR ASTM E45, typ A, stopień ważności 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Potwierdzenie morfologii 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 oznacza, że ​​inicjacja jest kontrolowana przez podłużnice.

Długie życie w chlorowanej wodzie morskiej; Wniosek: Oznaczanie wtrąceń kulistych

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), które wnikają w ścianę z szybkością 0,6-1,2 mm/rok, powodując perforację w ciągu 1-3 lat. Równoosiowe pestki rosną z szybkością 0,1-0,3 mm/rok i żyją 5-15 lat. Takie wgłębienia powstają w wyniku wtrąceń kulistych (długość<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.