Kako volumski delež vključkov manganovega sulfida (MnS) vrste Stringer- v 316L cevi grelnega ovoja nadzoruje razmerje med globino-in-širino jame v klorirani morski vodi pri 35 stopinjah

Vpliv oblike vključka na obliko jamice in stopnjo rasti

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, dolžina 20-100 µm, proizvedeno z enosmernim strjevanjem in težkim hladnim vlečenjem) povzroči dolge ozke jame z razmerjem med globino in širino od 5:1 do 20:1, ki hitro predrejo debelino stene (0,5-1,5 mm/leto). Globularni vključki MnS (razmerje stranic<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Inkluzijska morfologija in nadzor mehanizma geometrije jam

Ko nastane jamica pri vključku MnS v 316L v klorirani morski vodi, se vključek prednostno raztopi (elektrokemično ali kemično), pri čemer ostane praznina. Praznina je približno sferična, če je vključek kroglast. Ko se luknja širi v okoliško avstenitno matrico, ostaja fronta širjenja približno polkrogla. Če je vključek vrvica (podaljšana vzdolž osi cevi), je prvotna praznina dolg, ozek kanal. V tem kanalu se ohranja lokalizirana kemija (visok klorid, nizek pH) in jamica se hitro širi v smeri strune, veliko preden pride do znatnega bočnega raztapljanja. Nastala črvina jama ima lahko veliko razmerje med globino in širino in lahko predre debelino stene v delčku časa, ki je potreben za jamo, ki jo sprožijo kroglasti vključki.

Dolžina vrvice, razmerje stranic jame in čas perforacije: kvantificirano razmerje

Preskušanje nadzorovane izpostavljenosti cevi 316L, ki vsebuje morfologijo vključkov MnS različnih morfologij (ki so posledica različnih praks izdelave jekla in zmanjšanja vlečenja) v klorirani sintetični morski vodi (1,5 ppm Cl₂, 20.000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 35 stopinj) za 5000 ur je ugotovilo naslednjo jamo geometrije in hitrosti širjenja.

Maks. Dolžina vrvice MnS (µm) Povprečno razmerje stranic vključitve (dolžina:širina) Razmerje med globino jame- in -širino po 1000 urah Hitrost širjenja jame (mm/leto) Čas do perforacije (1,5 mm stene, ure) Priporočeno za storitve s klorirano morsko vodo pri 35 stopinjah<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
Vpliv morfologije MnS na prakso izdelave jekla

Na obliko vključkov MnS vplivata predvsem postopek izdelave jekla in naknadna hladna obdelava.

Vsebnost žvepla (masni %) Praksa izdelave jekla Tipična MnS dolžina vrvice (µm) Vsebnost kisika (ppm) Nadzor oblike vključkov Predlagano za klorirano morsko vodo
EAF (elektroobločna peč) 0.010-0.025 30-80 50-150 Strenger, nekrmiljena št
EAF + AOD (razogljičenje argona-kisika) 0.005-0.015 10-40 30-80 Mešano (globularno + stringer) Obrobno
Ca-Si (AOD z obdelavo s kalcijem) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globularizirano Sprejemljivo
AOD + Ca + nizek S 0.001-0.005 2-8 10-20 Globularno, fino Da VAR (pretaljeno z vakuumskim oblokom) 0.003 5 10 Zelo fino kroglasto Najboljše ESR (pretopljeno z elektro žlindro) 0.005 8 15 Fino kroglasto Odlično Praktična priporočila za grelnike klorirane morske vode

Naslednji vključitveni morfološki parametri so predlagani za oplaščene grelnike 316L v uporabi s klorirano morsko vodo (1–2 ppm Cl 2 , 35 stopinj).

$ast$ Želena življenjska doba (v letih) Največja dolžina traku MnS ($mu$m) Največja vsebnost žvepla (masni %) Zahtevana praksa izdelave jekla Metoda preverjanja 3 Ni uporabno (zlitina ni primerna) Vse Kakršna koli nadgradnja na dupleks 2205 3-5 15 0.008 AOD + obdelava s kalcijem ASTM E45, tip A, resnost 1.5 5-8 10 0.005 AOD + Ca + nizka S ASTM E45, tip A, resnost 1.0 8-12 8 0.003 VAR ali ESR ASTM E45, tip A, resnost 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Potrditev morfologije MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 pomeni, da iniciacijo nadzirajo strune.

Dolga življenjska doba v klorirani morski vodi; Zaključek: Določanje kroglastih vključkov

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1), ki predrejo steno s hitrostjo 0,6-1,2 mm/leto in povzročijo perforacijo v 1-3 letih. Enakoosne jamice rastejo 0,1–0,3 mm/leto in imajo življenjsko dobo 5–15 let. Takšne jamice nastanejo zaradi kroglastih vključkov (dolžina<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.