Ved hvilken spesifikk terskel for svovelsyrekonsentrasjon krever en 1,2 millimeter 316 rustfritt stålkappe etter -sveiseglødning for å forhindre intergranulær korrosjon i elektriske varmeovner?

Sveising av feste av monteringsflenser og beslag til 316 rustfritt stålkappe må gjøres for produksjonsingeniører og kvalitetssikringspersonell med ansvar for elektriske el-dyppeovner for bruk i svovelsyreservice. Sveising genererer varme som kan produsere sensibilisering, dannelsen av kromkarbider ved korngrensene i den varme-påvirkede sonen. 316 som er sensibilisert mister sin korrosjonsmotstand og blir utsatt for intergranulær korrosjon som fortrinnsvis angriper korngrensene og produserer raskt materialtap og mulig varmefeil. Veggtykkelsen på kappen styrer avkjølingstempoet etter sveising og nødvendigheten av etter-sveiseglødning. I dette arbeidet bestemte vi terskelen for svovelsyrekonsentrasjon som krever etter-sveiseglødning for å unngå intergranulært korrosjonsangrep i en 1,2 mm 316 kappe.

Sensibilisering og intergranulær korrosjonsmekanisme i 316
Når 316 rustfritt stål varmes opp i temperaturområdet 450 grader til 850 grader (sensibiliseringsområde), har kromkarbider en tendens til å utfelles ved korngrensene. Denne nedbøren resulterer i at områdene nær korngrensene blir tømt for krom og dermed mangel på 12 % krom som kreves for passiv filmproduksjon. I et korrosivt miljø er disse sonene med krom-utarming fortrinnsvis korrodert, noe som resulterer i korngrenseangrep og til slutt i fjerning av materiale. For en tynnvegget kappe på 1,2 mm tykkelse er kjølehastigheten etter sveising høy, da den termiske massen er minimal og dermed varmen forsvinner raskt. En tynn vegg vil avkjøles fra sveisetemperatur til under 450 grader på sekunder og tilbringe lite tid i sensibiliseringsområdet. For tykke-vegger (mer enn 3 mm) er kjølehastigheten langsommere, noe som øker faren for sensibilisering. For en 1,2 mm vegg er imidlertid kjølehastigheten generelt rask nok til å unngå sensibilisering under konvensjonelle gasswolframbuesveisingsomstendigheter. Det er ikke bare veggtykkelsen som er nøkkelen, det er karboninnholdet i 316-materialet. Lavkarbon 316L (maks. 0,03 % C) er spesielt motstandsdyktig mot sensibilisering uavhengig av veggtykkelse. Standard 316 (maks. 0,08 % karbon) kan sensibiliseres hvis den avkjøles for sakte.

Kritisk konsentrasjon av svovelsyre for påvisning av sensibilisering
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 % syre, kan syrens oksiderende tendens forhindre intergranulært angrep, men pitting blir en bekymring. En sensibilisert kappe i det kritiske området 15-25 % kan miste materiale med en hastighet på 0,5–2,0 mm/år langs korngrensene, og gjennombore en 1,2 mm vegg i løpet av få måneder. Så for applikasjoner med svovelsyrekonsentrasjoner mellom 15 % og 25 % ved temperaturer over 50 grader, anbefales det på det sterkeste ettersveising, med mindre materialet er 316L.

Utglødningskravmatrise for sveisede 316 slirer
Tabellen nedenfor gir anbefalinger for etter-sveiseglødning av 1,2 mm 316 kapper i henhold til konsentrasjonen av svovelsyre, driftstemperaturen og den spesifikke karakteren 316 som brukes. Sveiseenheten varmes opp til en temperatur på 1050 grader i 15 minutter og avkjøles raskt (vannkjøling eller tvungen gass).

Svovelsyrekonsentrasjon Driftstemperatur 316 Grade Post Weld Annealing nødvendig? Alternativ anbefaling
Mindre enn 10 prosent av316 eller 316L temperatur Ingen standard sveising tillatt
10 – 15 % Under 60 grader 316L Ingen foretrukket 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15 % 60 – 90 grader 316L Ingen Forsiktighet mot angrep
10 – 15 % 60 – 90 grader 316 Ja Glødd eller bruk 316L 15 – 25 %Under 50oC 316L Ikke akseptabelt 316L 15 – 25 %Tabell 11.2.2.1.2. Sammensetning og bruk av 316 og 316L SS ved forhøyede temperaturer Alle temperaturer Enhver 316 N/A Sensibilisering er ikke den dominerende feilmodusen; Pitting er dominerende
Over 40 %Alle temperaturer Alle 316 Ikke aktuelt Oksiderende syre; intergranulært angrep ikke sannsynlig
For det kritiske konsentrasjonsområdet på 15-25 % ved temperaturer over 50 grader, hvis standard 316 brukes, er det nødvendig med ettersveisgløding av en 1,2 mm 316-kappe. Men gløding gir en ekstra sikkerhetsmargin selv med 316L. Hvis gløding ikke utføres, kan sonen til en sveiset flensfeste utvikle intergranulær korrosjon som trenger inn i den tynne veggen i løpet av 3 til 12 måneder, og forårsake løsgjøring av flensen eller lekkasje av kappen.

Praktiske betraktninger om gløding av tynnveggede slirer
Praktiske vanskeligheter med etter-sveiseglødning av 1,2 mm rør på 316 er diskutert. Hvis enheten ikke er ordentlig beskyttet, kan den høye temperaturen på 1050 grader tillate oksidasjon av den indre motstandstråden. Utglødning bør utføres i en ovn med kontrollert miljø ved bruk av enten argon eller dissosiert ammoniakk for å unngå oksidasjon. Alternativt kan sveisesonen glødes lokalt ved induksjonsvarme uten oppvarming av hele varmeren. MgO-isolasjonen i varmeovnene utvider seg annerledes enn stålet og kan knuse kappen, derfor er full ovnsgløding av varmeovner som tidligere er smidd med MgO-isolasjon ikke mulig. Derfor må gløding gjøres etter sveising, men før smyging eller kun lokalisert til sveiseområdet. Ingeniører bør betinge at all sveising utført på 316 kapper som vil se service i 15 til 25 prosent svovelsyre, bør etterfølges av lokalisert induksjonsgløding av den varme{13}}berørte sonen. Den glødede sonen skal strekke seg minst 10 mm på hver side av sveisen. Riktig gløding kan kontrolleres med en ferrittmåler eller ved å sende inn en prøvesveis for ASTM A262 Practice E-testing. En leverandør som ikke kan utføre etter-sveiseglødning eller tilby verifiseringstesting, skal ikke brukes for svovelsyretjenester i det kritiske konsentrasjonsområdet. Kostnaden for en intergranulær korrosjonsfeil, som vanligvis er uventet og uten forvarsel, er betydelig større enn kostnadene ved gode glødeprosesser. For nye installasjoner, valg av 316L, i stedet for standard 316, eliminerer potensialet for sensibilisering for 1,2 mm vegger under alle unntatt de mest ekstreme forhold og anbefales sterkt for enhver svovelsyretjeneste over 10 % konsentrasjon.