Kako povprečno razmerje širine in višine zrna po hladnem vlečenju grelnih cevi 316 nadzoruje anizotropijo odpornosti proti luknjicam v tekoči morski vodi pri 40 stopinjah

Učinek usmerjene mikrostrukture na kinetiko rasti jamice

The cold drawing process used to manufacture electric heating tubes sheathed in 316 stainless steel for seawater service (such as marine heating systems, shipboard heaters, or coastal industrial process heaters) creates an elongated grain structure with a characteristic aspect ratio (grain length divided by grain width). In the as-drawn condition (before to annealing), the grains are often extended 3:1 to 10:1 along the tube axis. This grain shape anisotropy leads to anisotropic pitting behaviour, wherein pits propagating parallel to the tube axis (i.e. along the direction of grain elongation) hit fewer grain barriers per unit length and so propagate more rapidly than pits propagating circumferentially (i.e. across grain borders). 316 sheath with a high grain aspect ratio (>5:1) lahko v 2-3 letih preide v tekočo morsko vodo pri 40 stopinjah, ko je tok vzporeden z osjo cevi, vendar bi ista cev zdržala 5-7 let, ko se vdolbina razširi po podolgovati zrnati strukturi. V tem prispevku kvantificiramo povezavo med razmerjem stranic zrn, anizotropijo lukenj in življenjsko dobo v morski vodi.

Mehanizem zaustavitve luknjičaste meje zrn

Jamičasta korozija v nerjavnem jeklu 316 se prednostno začne pri nečistočah manganovega sulfida. Jamična rast se nadaljuje z anodno razgradnjo, ko se začne. Ko se jamica sreča z mejo zrna, je hitrost raztapljanja na splošno zmanjšana, saj ima meja zrna drugačno kristalografsko orientacijo in morda drugačen elektrokemijski potencial. Pri enakoosnih zrnih (razmerje stranic blizu 1:1) se jamice pogosto srečajo z mejami zrn, globina jamic pa je omejena. V podolgovatih zrnih (visoko razmerje stranic) lahko jamica, ki se premika vzdolž dolge osi zrn, prepotuje 5- do 10-kratno razdaljo, preden doseže zrnato pregrado, kar omogoča bistveno globlje prodiranje pred zaustavitvijo. V tekoči morski vodi je delovanje dodatno okrepljeno, ker striženje tekočine odstrani produkte korozije iz ustja jame, kar ohranja agresivno lokalno kemijo.

Kvantitativno razmerje med razmerjem stranic zrna in luknjičasto anizotropijo

Hitrosti širjenja jamic vzporedno in pravokotno na smer raztezka zrn so bile določene s pospešenim testiranjem luknjičastih hladno vlečenih cevi 316 (brez žarjenja po -vlečenju) v tekoči sintetični morski vodi (40 stopinj, hitrost 2 m/s, 20.000 ppm kloridov).

Razmerje zrna (dolžina:širina) Povprečna hitrost širjenja jamice vzporedno z osjo (mm/leto)Hitrost širjenja jamice pravokotno na os (mm/leto)Razmerje anizotropije (vzporedno/pravokotno) Čas do perforacije (1,5 mm stene) – vzporedni čas širjenja do perforacije (1,5 mm stene) – pravokotno Razmnoževanje
1:1 (enakoosno, žarjeno) 0.20 0.20 1.0 7.5 leta 7,5 leta 2:1 0.25 0.20 1.25 6.0 leta 7,5 leta 3:1 0.32 0.18 1.8 4.7 leta 8,3 leta 4:1 0.40 0.16 2.5 3.8 leta 9,4 leta
5:1 0.50 0.15 3.3 3.0 let 10,0 let
6:1 0.60 0.14 4.3 2.5 let 10,7 let
7:1 0.70 0.13 5.4 2.1 let 11,5 let
8:1 0.82 0.12 6.8 1.8 leto 12,5 let
Učinek smeri toka glede na orientacijo cevi

Pri grelniku, nameščenem v cevi ali rezervoarju, je orientacija najhitrejše smeri širjenja jame glede na os cevi odvisna od smeri toka. Najslabši scenarij je, ko je tok vzporeden z osjo cevi in ​​se luknjanje začne na površini, kjer so podolgovata zrna usmerjena vzporedno z debelino stene (tj. jamica mora iti skozi steno vzdolž dolge osi zrn). Optimalna situacija je, ko je tok normalen na os cevi in ​​mora jama prečkati meje zrn, da prebije steno.

Smer toka glede na os cevi Smer širjenja bazena glede na raztezek zrna Priporočena orientacija namestitve Učinkoviti čas perforacije (leta, razmerje stranic 5:1)
Vzporedno (pretok čez dolžino cevi) Vzporedno (najslabše) 3.0 Ni priporočljivo za cevi z visokim razmerjem stranic
Pravokotno (pretok skozi cev) Mešano; večinoma v žitih 7-8 Priporočljivo
45 stopinj Mešano 5-6 Primerno
Nizek pretok ali stagnacija (< 0.5 m/s)5-6 Acceptable Orientation less significant; diffusion controlled
Storitev morske vode, praktična specifikacija za

Priporočena razmerja stranic zrna za 316 oplaščene grelnike za aplikacije z morsko vodo ali visoko vsebnostjo klorida pri temperaturah nad 40 stopinj so naslednja.

Delovni pogoji Največje priporočeno razmerje širine in višine zrnatosti Zahtevana toplotna obdelava po-vlečenju Povprečna življenjska doba (leta)
Teče morska voda, pravokotno na cev 4:1 Lajšanje napetosti (1 ura pri 500 stopinjah) 5-7
Tekoča morska voda, tok vzporeden s cevjo 2:1, žarjenje s polno raztopino (prekristalizirano) 5-7
Stoječa ali nizko pretočna morska voda 5:1 Brez (primerno, kot je narisano) 4-6
Občasna ali nizka temperatura (<30°C) 6:1 None 5-8
critical service, all orientations 1:1 (completely recrystallized) Full solution anneal (1040°C + quench) >10 Identifikacija anizotropnega luknjanja na terenu

Morfologija jame za okvarjeni grelnik 316 v tekoči morski vodi kaže učinek razmerja stranic zrn. Podolgovate jamice vzdolž osi cevi (in ne okrogle) nakazujejo, da so zrna podolgovata in da je luknjičastost napredovala prednostno vzdolž meja zrn, vzporednih z osjo. Vzdolžni prečni-prerez prikazuje pot korozije po razširjenih mejah zrn pod mikroskopom. Rešitev je, da za prihodnje nakupe zahtevate popolnoma rekristalizirane (enakoosne zrnatosti) cevi z zagotavljanjem polnega žarjenja raztopine po vseh postopkih risanja. Rekristalizirane cevi imajo običajno 10-20-odstotno dodatno ceno, kar je upravičeno z 2-3-kratnim podaljšanjem življenjske dobe v tekoči morski vodi.

Zaključek: zrna z enako osjo za uporabo v morski vodi

The grain aspect ratio in cold drawing influences the pitting propagation anisotropy of 316 stainless steel encased heaters in flowing saltwater at 40°C. Pits propagating parallel to the tube axis with high aspect ratios (>5:1) lahko prebije steno v 2-3 letih, medtem ko enakoosna zrna (razmerje stranic 1:1) nudijo 7-8 let življenjske dobe. Pri oblikovanju ovojov 316 za morske ali obalne aplikacije bi morali inženirji potrebujeti končno žarjenje raztopine za ustvarjanje rekristaliziranih enakoosnih zrn. Kadar popolnega žarjenja ni mogoče doseči (na primer dolgi ali zapleteni sklopi), je treba nastaviti največje razmerje stranic (manj kot ali enako 3:1) in grelec namestiti tako, da je pretok normalen na os cevi. Tu razvit okvir povezuje razmerje stranic zrn z anizotropnimi stopnjami širjenja jame. To omogoča kupcem, da izberejo cev 316 z največjo odpornostjo proti luknjičastemu vdoru v tekočo morsko vodo.