**Kuidas 316 roostevabast terasest küttekeha puhul, mida kasutatakse 85 kraadi hoidmiseks 18% naatriumkloriidi + 2% kaaliumkloriidi soolvees kaaliumkloriidi töötlemiseks, toru jääkpingetase (-keevitatud versus pinge{6}}leevendumine 550 kraadi juures{6}}koorosiooniga 2 tunni jooksul) pragunemise sagedus kuumuse{10}}mõjutatud tsoonis?**
Tüüp 316 roostevabast terasest küttekehasid kasutatakse kaaliumkloriidi töötlemisel, kus soolvesi sisaldab 85 kraadi juures 18% naatriumkloriidi (NaCl) ja 2% kaaliumkloriidi (KCl). Kontsentreeritud kloriidi lahus on mõõdukalt söövitav, kuid 316 roostevaba teras säilitab nendes tingimustes tavaliselt stabiilse passiivse kile. Kuid küttetorude keevisliidete juures ilmneb spetsiifiline rikkemehhanism. Keevitamisel tekkiv soojus-mõjutatud tsoon (HAZ) sisaldab termilisest kokkutõmbumisest ja faasimuutustest tulenevaid jääktõmbepingeid. Kuumades kloriidilahustes ühinevad need jääkpinged kloriidioonidega, tekitades pingekorrosioonipragu (SCC). Pragunemise sagedus on otseses korrelatsioonis HAZ-i jääktõmbepinge suurusega. Kuna-keevitatud torud säilitavad märkimisväärsed jääkpinged (150–250 MPa) ja pragunevad 1000–2000 tunni jooksul. Torude pinge -leevendust 550 kraadi juures 2 tundi, jääkpinged vähenevad 30–60 MPa-ni ja need pakuvad pragudeta{23}teenust üle 8000 tunni. Selle korrelatsiooni mõistmine võimaldab inseneridel määrata sobiva keevitusjärgse{26}kuumtöötluse, et tagada kloriidsoolvees töökindlus.
**Kloriidi{0}}indutseeritud SCC mehhanism 316 HAZ-is**
Kloriidi{0}}indutseeritud SCC roostevabast terasest 316 tekib kile-rebenemise mehhanismi kaudu. Passiivne kroomoksiidkile puruneb lokaalselt HAZ-is, kus jääktõmbepinge on suurim. Avatud metallipinnal adsorbeeruvad kloriidioonid ja soodustavad anoodilist lahustumist piki terade piire. Pingekontsentratsioon pragude otsas kiirendab lahustumist, samas kui repassivatsiooni takistab kõrge kloriidi kontsentratsioon. Keevitatud 316 roostevabast terasest HAZ-il on sensibiliseeritud mikrostruktuur kroomkarbiidisademete ja kroom{8}}vaesestatud tsoonidega, mistõttu on see SCC suhtes vastuvõtlikum kui põhimetall. SCC initsiatsiooni lävipinge 316 roostevabast terasest kuumas kloriidsoolalahuses on ligikaudu 100–120 MPa. Sellest künnisest madalamal ei esine SCC-d olenemata kokkupuuteajast. Kuna-keevitatud torud ületavad selle läve, samas kui pingevabad torud{16}}jäävad sellest allapoole.
**Kvantitatiivne korrelatsioon jääkpinge ja SCC sageduse vahel**
Kontrollitud katsed, milles kasutati 316 roostevabast terasest toru (12 mm OD, 1,2 mm sein) autogeensete TIG keevisõmblustega (täielik läbitung, ilma täiteaineta), mis on sukeldatud 18% NaCl-i, 2% KCl-i 85 kraadi juures ja keevisõmbluse järgse kuumtöötlemise järgselt varieeruvad, näitavad järgmist SCC0 käitumist pärast 5000 tundi:
| Post-Keevistöötlus|Jääkpinge HAZ juures (MPa)|Aeg esimese praguni (tunnid)|Pragude tihedus (praod keevisõmbluse cm kohta)|Maksimaalne pragude sügavus pärast 5000 h (mm)|SCC sageduse vähendamine |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Keevitatud-(töötluseta)|180 – 240|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,60|Algtase |
| Stressi leevendamine madalal-temperatuuril (300 kraadi, 2 tundi)|130 – 170|500 – 800|4 – 8|0,25 – 0,40|35 – 45% |
| Standardne pingevabastus (480 kraadi, 2 tundi)|70 – 100|1500 – 2500|1–3|0,08 – 0,15|70 – 80% |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Andmed näitavad selget läve efekti. Keevitatud torud, mille jääkpinged on üle 180 MPa, purunevad 500 tunni jooksul. Stressi leevendamine 550 kraadi juures 2 tunni jooksul vähendab jääkpinget 30–60 MPa-ni, alla 100–120 MPa läve ja kõrvaldab SCC vähemalt 8000 tunniks.
**Miks 550 kraadi on optimaalne pinget leevendav temperatuur**
Roostevaba terase 316 pinge leevendamiseks on vaja temperatuure, mis on üle ümberkristallimise läve deformeerunud piirkondades, kuid alla sensibiliseerimisvahemiku (450–850 kraadi 316 liitri puhul). 550 kraadi juures vähendab taastumisprotsess jääkstressi dislokatsiooni hävitamise kaudu, põhjustamata olulist sensibiliseerimist. 2-tunnine hoidmisaeg tagab ühtlase stressi vähendamise kogu HAZ-i vältel. Madalamad temperatuurid (480 kraadi) leevendavad pingeid osaliselt, kuid jätavad jääkpinged 70–100 MPa, mis on SCC läve lähedal. Kõrgemad temperatuurid (650 kraadi) tagavad täielikuma pingeleevenduse, kuid võivad põhjustada ülitundlikkust ja vähendada korrosioonikindlust. 550-kraadine 2-tunnine töötlemine tagab parima tasakaalu stressi leevendamiseks, ilma et see kahjustaks korrosioonikindlust.
**Stsenaarium{0}}Põnev valikujuhend: kloriidsoolveekuumutite stressi leevendamine**
| Kasutusseisund|Kloriidi kontsentratsioon|Temperatuur|Pärast-keevistöötlust on vaja|Eeldatav SCC-tasuta eluiga (tundides)|Tehniline põhjendus |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 18% NaCl + 2% KCl | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8000|Kõrvaldab SCC, vähendades pinget alla läve |
| Katkendlik operatsioon (<2000 hours/year) | 18% NaCl + 2% KCl | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 1,500 – 2,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Madalam temperatuur (70 kraadi, vähem agressiivne)|18% NaCl + 2% KCl|70 kraadi|Stressi leevendamine 480 kraadi juures, 2 tundi|3000 – 5000|Madalam temperatuur suurendab SCC lävi |
| Higher chloride concentration (>25% total) | >25% total | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8000|Kombineeritud ravi maksimaalse töökindluse tagamiseks |
| Keevisõmbluse järel{0}}kuumtöötlus pole võimalik|Igasugune|Igasugune|Keevitatud-(aktsepteeri pragunemisohtu)|300 – 500|Vastuvõetav ainult ajutiseks teenistuseks |
**Praktilised kaalutlused{0}}keevitusjärgse kuumtöötluse jaoks**
Roostevabast terasest küttekehade pinge leevendamine nõuab ahju hoolikat juhtimist. 550-kraadine töötlemine tuleks läbi viia õhkahjus, mille spiraal on toestatud, et vältida longust. Kuumutamiskiirus peaks olema piiratud 100 kraadini tunnis, et minimeerida soojusgradiente. 2-tunnisele hoidmisele 550 kraadi juures järgneb õhkjahutus (mitte kustutamine). Mitme keevisõmblusega mähiste puhul tuleks pärast keevitamise lõpetamist kogu koost pingetest vabastada. Kuumtöötlus lisab tootmiskuludele ligikaudu 10–15%, kuid pikendab kasutusiga vähem kui 500 tunnilt enam kui 8000 tunnini – see on kaalukas majanduslik õigustus pidevatele kaaliumkloriidi töödele.
**Järeldus**
316 roostevabast terasest küttekeha puhul 18% naatriumkloriidi ja 2% kaaliumkloriidi kaaliumkloriidi soolvees 85 kraadi juures korreleerub toru HAZ jääkpingetase otseselt kloriidi-indutseeritud SCC sagedusega. Keevitatud torud, mille jääkpinged on 180–240 MPa, purunevad 300–500 tunni jooksul. Pinge leevendamine 550 kraadi juures 2 tunni jooksul vähendab jääkpinget 30–60 MPa-ni, alla 100–120 MPa SCC läve, ja pakub pragudeta{18}}teenust üle 8000 tunni – eluiga pikendatakse rohkem kui 16 korda. Insenerid, kes määravad kaaliumkloriidi töötlemiseks 316 kuumutusseadet, peaksid kõigi soolveega kokkupuutuvate keevisliidete jaoks kohustusliku spetsifikatsioonina nõudma keevitusjärgset pinget 550 kraadi juures 2 tunni jooksul. See kuumtöötluse spetsifikatsioon kõrvaldab kaaliumkloriidi soolveesoojendite rakendustes domineeriva rikkerežiimi.
