Hvordan endrer reduksjonsprosenten for rørtrekk på 316 varmekapper i rustfritt stål det ekvivalente antallet gropmotstand i kloridløsninger

Påvirkning av mekanisk deformasjon på passiv filmkjemi og inkluderingsdistribusjon

The manufacturing history of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes, particularly the percentage reduction due to cold drawing to which the tubing is subjected prior to the final annealing, has a measurable, but often ignored, effect on the intrinsic pitting resistance of the material in chloride containing media. The pitting resistance equivalent number (PREN = weight percent Cr + 3.3×Mo + 16×N) is computed from bulk chemistry and is generally a constant material attribute for a specific alloy grade . But cold drawing redistributes non-metallic inclusions, refines the grain structure and may change the effective concentration of chromium and molybdenum at the tube surface by strain-induced diffusion. High reduction percentages (>40-50 %) kan føre til brudd på massive mangansulfid-inneslutninger, og generere mikrospalter som er gunstige steder for initiering av groper, uavhengig av bulk PREN. I denne artikkelen kvantifiseres påvirkningen av rørtrekkings% på effektiv gropmotstand for 316 kapper i varme kloridløsninger, og et spesifikasjonsrammeverk for valg av trekkreduksjon basert på korrosjonsgrad er beskrevet.

Det metallurgiske forholdet mellom kaldt arbeid og pitting-mottakelighet

Den kjemiske bulksammensetningen forblir uendret av plastisk deformasjon når 316 rustfritt stålrør kaldtrekkes for å senke den ytre diameteren og veggtykkelsen. Det endrer imidlertid tre mikrostrukturelle egenskaper som påvirker lokal korrosjon. Den første effekten av deformasjonen er forlengelsen av ikke-metalliske inneslutninger, for det meste MnS og oksidklynger, i tegningsretningen. De langstrakte inneslutningene har en større kontinuerlig grensesnitt med den omkringliggende austenittiske matrisen, og dermed øker de muligheten for at en grop dannet ved en inklusjon kan spre seg langs inklusjon-matrisegrensen i stedet for å repassivere. For det andre brytes store MnS-inneslutninger ved tungt kaldt arbeid (reduksjoner > 40%) for å produsere mikrosprekker som ikke repareres ved påfølgende gløding med mindre temperaturen er over 1050 grader. Disse mikrosprekkene fungerer som sprekker for å holde på kloridioner og for å opprettholde lokalt aggressiv kjemi, og begynner derved gropdannelse ved potensialer som er mye lavere enn bulk-pitpotensialet. For det tredje øker kaldarbeid dislokasjonstettheten tre til fire størrelsesordener fra ca. 10{sup 8} cm{sup -2} i glødet materiale til 10{sup 11} til 10{sup 12} cm{sup -2} i 40% kaldt trukket materiale. Dislokasjoner er områder med høy energi hvor den passive filmen er tynnere og mer defekt og dermed mer følsom for kloridindusert nedbrytning. Nettoeffekten er at to rør med lik PREN fra bulkkjemi kan ha pittemperaturvariasjoner på 10-15 oC bare fra forskjeller i kaldtrekkreduksjonsprosent brukt før endelig gløding.

Gløding etter tegning som et kritisk gjenopprettingstrinn

Tapet av gropmotstand forårsaket av kaldt arbeid er ikke permanent. Full løsningsgløding ved 1040-1100 grader og rask vannslukking fører til rekrystallisering av kornstrukturen, fjerning av dislokasjoner og sfæroidisering av langstrakte inneslutninger. gløding gjenoppretter gropmotstanden til et svært kaldt-trukne rør til det for et lett trukket rør med samme bulkkjemi. Men den industrielle praksisen med å lage varmekapper er veldig forskjellig. Noen produsenter trekker røret til endelige dimensjoner, reduserer den innledende hule emnet med 60 -70 %, og gløder deretter før du skjærer til lengden og bøyer. Andre trekker flere ganger med mellomgløding som forlater røret i en halv-hard eller kvart-hard tilstand (10-25 % kaldt arbeid) uten en endelig full gløding, og er avhengig av varmen fra fremtidig sveising og bøying for å delvis frigjøre spenninger. For sistnevnte teknikk reduserer gjenværende kaldarbeid (normalt 10-25 %) den effektive gropmotstandsekvivalentverdien med 2-4 poeng. I praksis oppfører røret med bulken PREN=25 (f.eks.. 17%Cr, 2.2%Mo, 0.06%N) seg som PREN=22-23 i kaldbearbeidet tilstand, noe som forårsaker en reduksjon i den kritiske groptemperaturen på 8-12 grader . Ved 80 grader og samme kloridkonsentrasjon vil det oppstå gropdannelse på det kaldbearbeidede røret, mens det fullt utglødde røret vil være passivt.

Kvantifisering av effekten av trekkereduksjon på groptemperatur og induksjonstid

Kvantitative forbindelser er etablert fra laboratorietester av 316 rustfrie stålrør med kontrollerte trekkreduksjoner og påfølgende målinger av groppotensiale i 1 M NaCl ved 80 grader. For fullstendig glødet materiale (0-5 % kaldt arbeid) er det kritiske groppotensialet vanligvis 300-350 mV vs. SCE, og den kritiske groptemperaturen (CPT) i 1 M NaCl er 55-65 grader. For materialer med 15 % kaldt arbeid (kvart-hardt) reduseres CPT til 48–55 grader. For 25 % kaldt arbeid (halvhardt) faller den enda lavere til 40-48 grader. For 40 % kaldt arbeid (helhardt) reduseres CPT til 30-38 grader. For service vil en riktig glødet 316-kappe ikke ha noen gropdannelse i 5-8 år i 2000 ppm kloridvann ved 90 grader. Med samme bulkkjemi og 25 % gjenværende kaldarbeid, vil gropdannelse starte om 12-24 måneder under samme flytende forhold. Induksjonstiden til oppstart av pitting er eksponentiell med kaldarbeidsprosent. Hver 5 % økning i kaldt arbeid halverer tiden til første pit i et gitt miljø med kloridtemperatur. Tabellen nedenfor viser disse sammenhengene for en typisk 316-kjemi (PREN=25) for en rekke kloridkonsentrasjoner og driftstemperaturer.

Residual Cold Work after Drawing (%) Heat Treatment after Drawing Effective PREN (calculated) Critical Pitting Temperature in 2000 ppm Cl⁻ (°C) Time to Pit Initiation at 90 °C, 500 ppm Cl⁻ Recommended Service Environment 0-5 (completely annealed) Full solution anneal 1040 °C + quench 25 58 >8 år All kloridservice opp til 3000 ppm, 90 grader 5-10 Kun delvis stressavlastning 24-25 53-58 5-8 år Akseptabelt for moderate klorider (<1500 ppm) 
10-15 Ingen utglødning; som trukket kvart hardt 23-24 48-533-5 år kloridtjeneste (<800ppm)
15-20 Ingen utglødning, trukket halvhard 22-23 44-48 2-3 år Marginal, kun lite klorider (<400 ppm)
20-25 Ingen gløding, hardttrukket21-22 40-44 12-24 måneder Ikke egnet for kontinuerlig bruk av klor
25-35 Ingen utglødning; fullhard 19-21 34-40 6-12 måneder Uakseptabelt for fuktig kloridmiljø
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 år (avhengig av bulk PREN) Foretrukket standard for all korrosiv service
Praktisk verifisering av tilstanden til kaldt arbeid og tilstrekkelighet av gløding

Det er tre praktiske måter for kjøpere av 316 innkapslede varmeovner for kloridbruk for å sikre at røret er fullstendig utglødd og har minimum gjenværende kaldarbeid. Den første er måling av magnetisk permeabilitet ved hjelp av et ferriteskop. Fullglødet 316 austenittisk rustfritt stål er ikke-magnetisk med relativ permeabilitet (μr) mindre enn 1,02. Stramming-indusert martensitt, som er ferromagnetisk, dannes i kaldsmidd 316. En avlesning over 1,05 antyder minst 10-15 % kaldt arbeid, mens 1,10 anbefaler 20-25 % kaldt arbeid. Den andre metoden er mikrohardhetstesting på en del av rørets vegg. Annealed 316 har en Vickers-hardhet på 150-180 HV. Kvarthardt materiale er 200-240 HV. Halvhardt er 250-300 HV. Full-hard er 320 HV og utover. Den tredje testen er en elektrokjemisk potensiokinetisk reaktiveringstest (EPR) som måler graden av sensibilisering og kaldarbeidsskader. EPR-verdier mindre enn 0,5 C/cm2 indikerer grundig glødet materiale, mens verdier større enn 2,0 C/cm2 antyder betydelig gjenværende deformasjon. Spesifikasjon av et sertifikat for full løsningsgløding (temperatur, tid og bråkjølingsmetode) sammen med en maksimal magnetisk permeabilitet på 1,05 i kjøpsspesifikasjonene gir en håndhevbar kvalitetssikring.

Forholdet mellom kaldt arbeid, sveising og sluttglødingsmuligheter

En typisk produksjonsbegrensning er det faktum at en full løsningsgløding ikke alltid er mulig etter bøying og sveising. Lange -rørvarmere, spesielt de med påmonterte flenser og termobrønner, kan praktisk talt ikke glødes, siden den høye temperaturen vil forvrenge enheten, oksidere den interne MgO eller skade ikke-metalliske komponenter. I disse tilfellene er den viktigste faktoren for den endelige korrosjonsmotstanden kaldarbeidstilstanden til rårøret før forming. Hvis røret skal leveres i fullstendig utglødd tilstand (0 til 5 prosent kaldt arbeid) før bøying, vil selv med tillegg av 10 til 15 prosent kaldt arbeid fra bøyeoperasjonen, den endelige gjenværende tøyningen være mindre enn 20 prosent. For varmeovner som må brukes i bøyd tilstand uten sluttgløding, gir valget av rør med høyere molybdeninnhold (f.eks. . 316L med 2,5-2,7 % Mo i stedet for minimum 2,0 %) en kompenserende økning i bulk PREN. Et rør med bulk PREN=27 og 15 % gjenværende kaldt arbeid har en effektiv PREN ≈ 25, det samme som en fullstendig utglødd standard 316. Denne tilnærmingen med å bruke førsteklasses kjemi for å kompensere for produksjonsbegrensninger er typisk for store, kompliserte varmeelementer der gløding etter fabrikasjon ikke er et alternativ.

Konklusjon – Definere glødingstilstand med kjemi for korrosiv service

Grupmotstanden til 316 varmeovner med mantel i rustfritt stål i kloridløsninger er ikke en funksjon av bulk PREN som kun er rapportert i fabrikksertifikatet. Kaldtrekkingsreduksjonen som brukes under produksjon av rør og hvorvidt røret gis en full oppløsningsgløding etter alle formingsoperasjoner, kan endre den effektive groptemperaturen med 10-20 grader og endre tiden før gropstart med en faktor på 5-10. For varmeovner med kontinuerlig drift i klorider over 500 ppm eller ved temperaturer over 80 grader, bør kjøperen søke sertifisering på at den ferdige kappen (inkludert bøyninger og sveiser) er fullstendig løsningsglødd. Når etterfabrikasjonsgløding ikke er praktisk mulig, er bruk av førsteklasses kjemi (316L med PREN større enn eller lik 26) og krever innføring av rørglødet tilstand (hardhet < 180 HV, permeabilitet mindre enn eller lik 1,02) et rimelig alternativ. Et paradigme utviklet i denne artikkelen korrelerer prosentvis reduksjon av rørtrekking og glødingshistorie til observerbar gropmotstand. Dette gjør det mulig for ingeniører å velge 316 mantelvarmere som gir forutsigbar korrosjonsytelse, i stedet for å være avhengig av bulkkjemi alene.