Kako odstotek predhodnega hladnega dela zaradi zmanjšanja pilotne cevi grelnega plašča 316L nadzoruje anizotropijo stopnje širjenja luknjičastih lukenj v vzdolžni vs. prečni smeri v 5000 ppm kloridne vode pri 50 stopinjah

Mikrostrukturna poravnava zaradi deformacije in njen učinek na geometrijo jame

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, kar pomeni, da se jamice širijo 5× hitreje vzdolž osi cevi kot po obodu. Ta anizotropija lahko privede do prezgodnje vzdolžne perforacije tudi s precejšnjo povprečno izgubo stene v 5000 ppm kloridne vode pri 50 stopinjah. V tej raziskavi je kvantificirana povezava med odstotkom hladnega dela, razmerjem anizotropije pitinga in učinkovito življenjsko dobo.

Mehanizem anizotropnega širjenja jam

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30 % hladno delo). Drugič, vključki manganovega sulfida (MnS), ki so ključna mesta za iniciacijo jame, zrastejo v vrvice, usmerjene vzporedno z osjo cevi. Tretjič, deformacijski pasovi in ​​dislokacijske celice so poravnane vzdolžno. Ko se pojavi jamica, se prednostno širi vzdolž teh poravnanih elementov. Jama lahko migrira velike dolžine vzdolž vzdolžne osi brez meja zrn ali območij brez vključkov. V prečni smeri mora jama prerezati meje zrn in vključne vrvice, kar upočasni širjenje.

Kvantifikacija korelacije med delom v hladnem in jamičasto anizotropijo

Naslednja razmerja anizotropije so bila določena iz kontroliranega hladnega vlečenja cevi 316L (popolnoma žarjeni začetek, 2,2 % Mo, 0,02 % C) do različnih odstotkov redukcije, čemur je sledilo potopno testiranje v 5000 ppm Cl -vode (pH 7,0, prezračevano) pri 50 stopinjah za 5000 ur merilne jame globine v vzdolžni (vzporedni z osjo) in prečni (obodni) smeri.

Hladno delo (%) Razmerje zrna (dolžina: širina) Dolžina traku MnS (mm) Hitrost širjenja vzdolžne luknje (mm/leto) Hitrost prečne rasti jame (mm/leto) Razmerje anizotropije (dolžina/premer) Čas do vzdolžne perforacije (stena 1,5 mm, leta) Čas do prečne perforacije (leta) Priporočeno za 5000 ppm Cl^-, 50 stopinj Servis 0 (žarjeno) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 št
Vpliv koncentracije klorida na stopnjo anizotropije

Povečanje vsebnosti klorida poveča vzdolžno širjenje bolj kot prečno širjenje in s tem razmerje anizotropije.

Vsebnost klorida (ppm) Razmerje anizotropije pri 20 % Hitrost hladnega dela Vzdolžna (mm/an) Prečna hitrost (mm/leto) Faktor učinkovitega zmanjšanja življenjske dobe (vzdolžna) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (osnovna linija) 3,000 3.5:1 0.30-0.45 0.09-0.13 1.5× 5,000 4.5:1 0.40-0.60 0.09-0.13 2.0× 10,000 6:1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Praktična priporočila za storitve z visokim-kloridom

Za grelnike v ohišju 316L v 5.000 ppm Cl⁻ vode pri 50 stopinjah veljajo naslednje omejitve pri delu v hladnem in glede načrtovanja.

Želena življenjska doba, leta Največje hladno delo za nadzor pitinga, % največjega dovoljenega razmerja anizotropije Proizvodne specifikacije Predlagano Žarjeno ali svetlo vlečeno 5-8 10-15 2.0:1 Svetlo vlečenje, sprostitev napetosti 3-5 15-20 (ni priporočljivo) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Preverjanje tveganja pittinga

Za kupce sta na voljo dva načina preverjanja z natančnimi omejitvami anizotropije luknjanja. Prva je metalografska ocena razmerja zrn na vzdolžnem prerezu. Sprejemljivost: razmerje stranic zrnatosti<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Zaključek: specifikacija omejuje delo v hladnem za nadzor anizotropije pitinga

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15-20 %, kar ima za posledico anizotropno širjenje luknjičastih lukenj z vzdolžnimi stopnjami 3-5 × hitrejšimi od prečnih hitrosti. Ta anizotropija vpliva na učinkovito življenjsko dobo za 30–50 % v primerjavi z žarjenim materialom. Inženirji, ki določajo ovoje 316L za delovanje v okoljih z visoko vsebnostjo klorida, morajo predhodno hladno delo omejiti na<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20% zahteva žarjenje po-vlečenju za rekristalizacijo zrnate strukture in odpravo anizotropije. Tukaj opisani model povezuje odstotek hladne obdelave z razmerjem anizotropije pitinga in časom perforacije v 5.000 ppm Cl- pri 50 stopinjah, kar stranki omogoča, da izbere zmanjšanja vlečenja, ki ne bodo povzročila zgodnje vzdolžne odpovedi pitinga.