316 roostevabast terasest keevitatud elektrilised küttetorud – olgu selleks siis toruosade ühendamiseks, otsakatete kinnitamiseks või äärikute paigaldamiseks – kogevad temperatuuri{1}}mõjutatud tsoonis (HAZ), mis võib jahutamise ajal ulatuda 500–700 kraadini. Kuigi see temperatuurivahemik on madalam kroomkarbiidi sadestamise traditsioonilisest sensibiliseerimisvahemikust (550–850 kraadi), võib mitme keevisõmbluse, järgnevate operatsioonide jääksoojuse ja paksude toruosade kombineeritud mõju tekitada kumulatiivse termilise kokkupuute, mis on piisav kroom{7}}vaese terade piiride moodustamiseks. Lahjendatud väävelhappe kasutamisel (0,5–5% H₂SO₄) mõõdukatel temperatuuridel 50–80 kraadi – tavaline keemilistes peitsimisvannides, metallide viimistlusloputusmahutites ja suitsugaaside väävlitustamise skruberites – läbivad need sensibiliseeritud terade piirid kiire teradevahelise korrosiooni, mille tulemuseks on metalli põhja või täieliku eraldumiseni. noa{13}}liini rünnak vahetult keevisõmbluse sulamisliini kõrval. Erinevalt punkt- või pragukorrosioonist kulgeb teradevaheline korrosioon ühtlaselt piki terade piire, põhjustades mehaanilise terviklikkuse kaotust enne, kui on võimalik märgata seina hõrenemist. See artikkel kvantifitseerib sensibiliseerimise arengut keevitatud 316 ümbrises tüüpiliste tootmistsüklite ajal ja annab juhised keevitamise spetsifikatsioonide kohta lahjendatud happega töötamiseks.
Sensibiliseerimise lävitingimused 316 teradevahelise korrosiooni korral lahjendatud väävelhappes
Austeniitsete roostevabade teraste tavapärases sensibiliseerimiskatses kasutatakse kroomkarbiidi sadenemise tuvastamiseks keevat lämmastikhapet (Huey test) või Straussi testi (vask-vasksulfaat 16% väävelhappes). Need kiirendatud testid töötavad aga temperatuuril 100 kraadi või kõrgemal ja kasutavad kontsentreeritud happe tingimusi, mis ei esinda paljusid tööstuslikke lahjendatud happeteenuseid. 1–5% H₂SO₂ 50–80 kraadi juures on teradevahelise korrosiooni tekitamiseks vajalik sensibiliseerimise läviaste (DOS) madalam kui keevate kontsentreeritud hapete puhul. Elektrokeemilise potentsiokineetilise reaktivatsiooni (EPR) testimine, mis on kalibreeritud dosimeetriaga, näitab, et teradevaheline korrosioon lahjendatud H₂SO₂-s algab juba 3–5% DOS-i väärtuste juures, võrreldes keeva lämmastikhappega tuvastamiseks vajalik 8–10%.
Kontrollitud termotöötlust rakendati 316 roostevabast terasest ümbriseproovile (1,5 mm sein, autogeenne TIG keevitatud), et simuleerida erinevaid keevisõmbluse jahutustingimusi. Seejärel eksponeeriti proove 2% H2SO4-ga temperatuuril 70 kraadi 500 tunniks ja teradevahelise korrosiooni sügavust mõõdeti metallograafiliselt.
| Simuleeritud termiline seisund | Ekvivalent HAZ-aeg 500–700 kraadi juures (minutid) | EPR DOS (%) | Teradevaheline rünnaku sügavus Pärast 500 tundi 2% H2SO4-s temperatuuril 70 kraadi (µm) | Keevisõmbluse terviklikkus Pärast 2000 tundi |
|---|---|---|---|---|
| Kiire jahutamine (-keevitatud, õhuke sein 1,0 mm) | 0.5 | 2 | 8 | Terved |
| Standardne jahutus (-keevitatud, 1,5 mm sein) | 2 | 4 | 22 | Terve, tühine terapiiri söövitus |
| Mitu läbimist (2 keeviskäiku samal vuukil, 2,0 mm seinal) | 6 | 8 | 65 | Pinnal langeb{0}}osa tera välja |
| Aeglane jahtumine (ebapiisav puhastusgaas, 1,5 mm sein) | 10 | 12 | 140 | Märkimisväärne teradevaheline pragunemine, 30% seina kahjustatud |
| Keevitusjärgse-pinge leevendamine (500 kraadi, 2 tundi) | 120 (kokku) | 18 | 280 | Täheldati tugevat keevisõmbluse eraldumist |
| Lahus lõõmutatud (1050 kraadi, veega karastamine pärast keevitamist) | 0 (ümberkristallitud) | <1 | 5 | Terved |
Kriitiline avastus on see, et standardne -keevitatud 316 ümbrisega 1,5 mm seinapaksusega toru ja ühekäiguline TIG-keevitus (ligikaudu 2 minutit kumulatiivset aega vahemikus 500–700 kraadi) annab 4–5% DOS-i, mis on piisav mõõdetava teradevahelise happelise rünnaku tekitamiseks 500 tunni jooksul. Raskemad seinatorud (2,0 mm ja rohkem) või mitmekäigulised keevisõmblused kogevad pikemat termilist kokkupuudet ja muutuvad oluliselt tundlikuks. Keevisõmbluse järgse pinge leevendamine 500 kraadi juures – mõnikord määratakse jääkpingete vähendamiseks – põhjustab tahtmatult täiendavat tundlikkust, lisades karbiidi sademete vahemikku rohkem aega.
Nuga-Liini rünnak 316 keevisõmbluse kõrval lahjendatud happega
Eriti agressiivne teradevahelise korrosiooni vorm, mida täheldati keevitatud 316 ümbrises, mis puutuvad kokku lahjendatud H₂SO₄-ga, on noa-line rünnak (KLA). See lokaalne korrosioon leiab aset kitsas ribas (50–200 µm laius), mis külgneb vahetult keevisõmbluse sulamisliiniga, kus keevitamise ajal olid temperatuurid piisavalt kõrged kroomkarbiidide lahustamiseks, kuid piisavalt madalad, et võimaldada jahutamise ajal uuesti sadestumist. Tulemuseks on piirkond, kus kroomi on väga vähe kahanenud (nii madal kui 8–10% Cr), mis korrodeerub eelistatult, moodustades sügava soone, mis levib paralleelselt keevisõmblusega.
Kontrollitud keelekümblustestid 316 keevitatud kupongiga 3% H₂SO₂-s 60 kraadi juures näitasid:
Mitteväärismetall (10 mm keevisõmblusest): Üldine korrosioonikiirus 0,03 mm/aastas
Keevis HAZ (1–2 mm sulatusliinist): graanulitevaheline rünnak 0,12 mm/aastas (läbitungimiskiirus)
Noajoone tsoon (50–200 µm sulamisliinist): süvenemiskiirus 0,45 mm/aastas, soone sügavus 90 µm 200 tunni pärast
1,5 mm paksuse ümbrise puhul perforeeriks 0,45 mm/aastas süvenev KLA soon seina ligikaudu 3,3 aastaga. Praktikas tekivad tõrked varem, kuna soon toimib pinge kontsentraatorina ja termiline tsükkel või vibratsioon põhjustab soone otsast lõhenemist.
Graanulitevahelise rünnaku happe kontsentratsiooni ja temperatuuri künnised
Teradevahelise korrosiooni raskus väävelhappes sensibiliseeritud 316 kestadel sõltub tugevalt happe kontsentratsioonist ja temperatuurist. Proovidega, mille DOS oli 8% (mis esindab 2,0 mm seina torude mitmekäigulist keevisõmblust), tehti katseid erinevatel H₂SO₄ kontsentratsioonidel erinevatel temperatuuridel 500 tundi ja mõõdeti teradevaheline rünnaku sügavus.
| H₂SO₄ kontsentratsioon (%) | Temperatuur (kraad) | Teradevaheline rünnaku sügavus (µm) | Korrosiooni morfoloogia |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 50 | 12 | Kerge terapiiri söövitus |
| 0.5 | 80 | 35 | Madal teradevaheline |
| 1 | 50 | 35 | Teradevaheline, ühtlane |
| 1 | 80 | 110 | Sügav teradevaheline, tera langev |
| 2 | 50 | 45 | Teradevaheline |
| 2 | 80 | 140 | Raske, pragunev |
| 5 | 50 | 25 (vähenenud) | Üldine + teradevaheline segatud |
| 5 | 80 | 60 | Segarežiim |
| 10 | 50 | 8 (vähendatud veelgi) | Ühtlane üldine korrosioon |
Sensibiliseeritud 316 teradevahelise korrosiooni kõige agressiivsem keskkond on lahjendatud H₂SO₂ (1–2%) temperatuuril 70–80 kraadi. Kõrgemad happekontsentratsioonid (üle 5%) nihutavad korrosioonimehhanismi ühtlase (üldise) rünnaku suunas, mis on vähem kahjustav, kuna ei kontsentreeri pinget. Madalamad temperatuurid (alla 50 kraadi) vähendavad rünnakute määra 5–10 korda. Rakendustes väljaspool 1–2% H₂SO₄, 70–80 kraadi, võib sensibiliseeritud 316 mõõdetavast DOS-ist hoolimata adekvaatselt toimida.
Põldtõrgete näited metalli viimistlusest ja keemilisest töötlemisest
Uuring, mis hõlmas 316 roostevabast terasest ümbrisega elektriküttetoru, mille puhul lahjendati väävelhapet, tuvastati keevitusega seotud teradevaheline korrosioon 74-st rikkest 52 korral (70%). Mustrit illustreerivad kolm tüüpilist juhtumit:
Juhtum 1 – metalli marineerimisvann (2% H₂SO₄, 75 kraadi, vahelduv töö). Keevitatud otsakorgiga kütteseade ebaõnnestus 14 kuu pärast. Uurimine näitas KLA-d otsakorgi keevisõmbluses, 0,8 mm sügavusega soonega 1,5 mm seinal. Keevis oli tehtud kahe läbikäiguga ja ilma keevisõmbluse järgse kuumtöötluseta-. Ühekordse-käiguga, kiirjahutusega{12}}keevisõmbluste ja lahusega-lõõmutatud torudega asendussoojendid kestsid 36 kuud.
Juhtum 2 – suitsugaaside väävlitustamise skraberkütteseade (1% H₂SO4, 65 kraadi, pidev). Ääriku keevisõmblused ebaõnnestusid 22 kuu pärast teradevahelise pragunemise tõttu. Äärik oli pärast keevitamist pingevaba-500 kraadi juures – see on tavapraktika surveanumate puhul, mis tahtmatult tundlikkust tekitasid 316. Keevitusjärgse-pingevabastuseta ja 316 liitrit (0,02% C) kasutanud asendussoojendid ei näidanud 48 kuu möödudes teradevahelist korrosiooni.
Juhtum 3 – keemiatankerite küttespiraalid (3% H₂SO₄, 80 kraadi, partiitöö). Keevitatud toruühendused ebaõnnestusid täielikult eraldumise tõttu HAZ-is 9 kuu pärast. Torustik oli standardne 316 (0,06% C) raske-mõõduga 2,5 mm seinaga, mis nõudis mitut keeviskäiku. Lülitumine 316-liitrisele 2,0 mm seinaga ja ühe-käiguga, kiire{14}}orbitaalkeevitus pikendab kasutusiga üle 60 kuu.
Lahjendatud väävelhappe teenuse spetsifikatsioonikeel
Ostes 316 roostevabast terasest mantliga elektriküttetoru, mis on ette nähtud lahjendatud H₂SO₄ kasutamiseks kontsentratsiooniga 0,5–5% ja temperatuuril üle 50 kraadi, peaksid insenerid lisama järgmised keevitus- ja materjalinõuded. Sensibiliseerimise kalduvuse vähendamiseks määrake 316L (UNS S31603), mille maksimaalne süsinikusisaldus on 0,03%, mitte 316 (0,08% C). Nõua, et kõik keevisõmblused tehtaks võimalusel ühekäigulise autogeense TIG-keevitusega koos kiire jahutamisega (ilma eelsoojenduseta, piisav puhastusgaasi vool). Mitmekäigulised keevisõmblused ei ole lubatud ümbristel, mille seinapaksus on alla 2,5 mm. Keevisõmbluse igasugune järel{16}}kuumtöötlemine – sealhulgas pinge maandamine 400–600 kraadi juures – on keelatud, välja arvatud juhul, kui sellele järgneb täielik lahuslõõmutamine 1050 kraadi juures ja vesikarastus, mis tuleb teha enne lõplikku kokkupanekut, kui sisemine kütteelement pole veel paigaldatud. Kontrollige keevisõmbluse kvaliteeti, nõudes, et iga keevisõmbluse partii (või sama läbimõõduga ja sama paksusega torutoru) kupongi testitaks vastavalt ASTM A262 praktikale E (Straussi test) maksimaalse vastuvõetava teradevahelise korrosioonisügavusega 30 µm 72 tunni pärast. Kriitiliste rakenduste puhul, mille H₂SO₄ kontsentratsioon on 1–2% ja temperatuur 70–80 kraadi, kaaluge üleviimist 904L-le (UNS N08904) või sulamile 20 (UNS N08020), millel on suurem molübdeeni- ja niklisisaldus ning mis on oma olemuselt vastupidavad sensibiliseerimisele ja lahjendusteta hapetevahelistele hapetele. Käsitledes keevisõmbluse sensibiliseerimist lahjendatud väävelhappe kasutamisel spetsiifilise disainiparameetrina – mitte tuginedes üldotstarbelistele-roostevaba terase keevitusmeetoditele – saavad insenerid pikendada küttekeha eluiga kuudelt aastateni ühes kõige agressiivsemas keskkonnas keevitatud austeniitse roostevaba terase puhul.
