Pri kakšni specifični kombinaciji preostalega stresa in koncentracije klorida se plašč grelnika 316L v vodi bazena pri sobni temperaturi (25 stopinj) razvije zaradi napetostne korozije po 5 letih delovanja

Nizko{0}}temperaturni SCC prag dolgotrajne{1}}potopitve

The likelihood of stress corrosion cracking (SCC) is normally regarded as insignificant for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes placed in ambient temperature (25°C) swimming pool water or other unheated chloride-containing pools (spas, decorative fountains, cooling ponds, fire suppression storage tanks). SCC of austenitic stainless steels generally requires temperatures above 50-60°C. However, long term immersion (5+ years) in pool water with 500-2,000 ppm chloride (typical for chlorinated pools) combined with sustained tensile residual stresses from manufacturing (drawing, bending, straightening) can initiate SCC at room temperature, but with much longer induction times. The key combination is residual stress greater than around 70-80% of the yield strength of the material (140-165 MPa for annealed 316L with 205 MPa yield) and chloride concentration greater than 1,000-1,500 ppm. SCC cracking initiated at 2000 ppm Cl- and residual stress >150 MPa v 3-5 letih s širjenjem do perforacije v 6-10 ​​letih. Pri nižjih kloridih (500-800 ppm) mora biti zaostala napetost višja od 180-190 MPa za razpoke. Ta članek količinsko določa prag preostale napetosti in klorida za SCC pri sobni temperaturi v 316L po dolgotrajni (5+ let) potopitvi.

Mehanizem nizkotemperaturnega SCC z dolgim ​​indukcijskim časom

Kinetika kloridnega SCC pri sobni temperaturi (25 stopinj) je približno dva reda velikosti počasnejša kot pri 80-100 stopinjah. Indukcijski čas za nastanek razpoke je povezan z Arrheniusovo enačbo z aktivacijsko energijo 60-80 kJ/mol. Z zniževanjem temperature se mejna napetost za SCC povečuje; pri 25 stopinjah je mejna vrednost višja (70-85 % donosa) kot pri 80 stopinjah (50-60 %). Toda razpoke lahko še vedno nastanejo v večletnih časovnih obdobjih, če je stalna zaostala napetost nad pragom. Mehanizem potrebuje lokalno razgradnjo pasivnega filma na mestih visoke obremenitve (stopnice drsnika, vmesniki inkluzijske matrice) in prisotnost agresivne lokalne kemije (visoka količina klorida, nizek pH) znotraj rastoče razpoke. Difuzija pri sobni temperaturi je počasnejša, vendar je na voljo dovolj časa (let) za vzpostavitev zahtevanih koncentracijskih gradientov.

Kvantificirana preostala napetost - 5-letne mejne vrednosti iniciacijskega klorida SCC

Pragi preostale napetosti za nastanek razpoke v 5 letih, kot je določeno s preskušanjem kontrolirane konstantne obremenitve vzorcev 316L U-upogib in C-obroč v kloridnih raztopinah pri 25 stopinjah v 5-letnem obdobju (43.800 ur), so:

Koncentracija klorida (ppm) Najmanjša preostala napetost za začetek SCC v 5 letih (MPa) Obremenitev kot % izkoristka (205Mpa) Čas do začetka razpoke (ure) Prag +20 MPa Čas do perforacije po začetku (1,5 mm stene, ure) Priporočeno za 5-letno uporabo<200 >250 (no cracking at yield) >120% No cracking N/A Yes 200-500 190-210 93-102% 35,000-45,000 >50.000 Da (s spremljanjem)
500-800 170-190 83-93% 30,000-40,000 40,000-60,000 Acceptable 800-1,200 150-170 73-83% 25,000-35,000 30,000-50,000 Marginal 1,200-1,500 140-160 68-78% 20,000-30,000 25,000-40,000Not recommended 1,500-2,000 130-150 63-73% 15,000-25,000 20,000-35,000 No 2,000-3,000 120-140 59-68% 10,000-20,000 15,000-30,000 No >3,000 <120 <59% <10,000 <15,000 Unacceptable
Vpliv hladnega dela na izvor preostale napetosti

Vir in porazdelitev preostale napetosti vplivata na občutljivost za SCC. Upogibanje uvaja zaostale napetosti (lokalizirane na zunanjem polmeru krivin), ki so bolj škodljive od tistih, dobljenih z enotnim vlečenjem, saj je gradient napetosti strmejši in je konična napetost večja.

Vir preostale napetosti Tipična največja napetost (MPa) Prag porazdelitve napetosti klorida za 5 let SCC (ppm) Storitev bazena Predlagano razmerje polmera upogiba (R/D)
Roller (straightening) 50-150Surface, axial >2.000 NA
Risanje (hladno delo) 100-250 Enotno, aksialno 1.500-2.500 N/A
Bending (R/D=2) 200-400 (tension face)Localised, hoop 500-1,000 >3.0 priporočeno
Bending (R/D=3) 150-250Localised 800-1,500 >2,5 sprejemljivo
Bending (R/D=4) 100-180 Localised 1,200-2,000 >2.0 obrobno
Varjenje (končna kapica) 100-300 Lokalizirana HAZ 500-1.500 N/A (priporoča se sprostitev napetosti po varjenju)
Praktična priporočila za uporabo grelnikov vode v bazenih

Omejitve preostale napetosti in metode nadzora klorida za grelnike s plaščem 316L v sobni (25 stopinj) vodi v bazenu ali zdravilišču so naslednje.

Vrsta bazena Tipična vsebnost klorida (ppm) Priporočena največja preostala napetost (MPa) Zahtevana post-Obdelava Življenjska doba grelnika (leta) Pričakovana
Sladkovodni bazen (nizek Cl)<500 <200 (acceptable as-drawn)>10 Brez
Klorirani bazen (standard) 500-1.500<150 Stress relief (400°C, 1h) for bends R/D <3 5-8
Bazen slane vode (elektroliza) 1.500-5.000 < 100 3-5 Popolno žarjenje raztopine po bentu
Salt water pool (high Cl) >5000 <50 (316L not recommended) Upgrade to duplex 2205 5-8 (with duplex)
Spa (brom/klor, 35-40 stopinj) 500-2000<120 Stress release + electropolish 4-6 Room Temperature SCC Field Identification

Če se grelnik 316L po 3-8 letih delovanja zlomi v sobni vodi bazena, je treba razmisliti o SCC pri sobni temperaturi, če so razpoke transgranularne, razvejane in na območjih znatnih preostalih napetosti (zunanji polmer upogiba, zravnani deli ali HAZ zvara). Na površini preloma so lahko vidne oznake postopnega širjenja razpok. Zapisi o kemiji vode morajo vsebovati vrednosti kloridov > 1000–1500 ppm. Prihodnji nakupi bi morali zahtevati obdelavo napetosti po upogibu (400-450 stopinj za 1-2 uri), da bi zmanjšali preostalo napetost pod 100-120 MPa za podobne okvare.

Zaključek: dolgoročna-odpornost na SCC pri sobni temperaturi z obvladovanjem preostale napetosti

For 316L stainless steel heater sheaths in ambient (25°C) pool water with chloride concentrations of 1,000-1,500 ppm, an ongoing tensile residual stress of 140-160 MPa (65-80% of yield) results in SCC in 5 years. Crack arises at 2000 ppm Cl- with residual stresses >120-140 MPa. Inženirji, ki določajo plašče 316L za uporabo v bazenih, toplicah ali drugih neogrevanih kloridnih vodah, morajo zmanjšati preostale napetosti zaradi upogibanja (uporabite R/D > 3,0 ali upogibe za razbremenitev napetosti pri 400 stopinjah za 1 uro) in zaradi ravnanja. Ko analiza vode pokaže klorid > 1500 ppm, nadgradite na duplex 2205 ali titan pri sobni temperaturi. Tukaj predstavljen okvir povezuje preostalo napetost in koncentracijo klorida z merljivimi 5-letnimi začetnimi pragovi SCC pri 25 stopinjah, kar kupcem omogoča, da določijo proizvodne procese (polmeri upogiba, razbremenitev napetosti po-upogibu) in mejne vrednosti kemije vode, ki bodo preprečile dolgotrajno indukcijsko napetostno korozijsko razpokanje pri sobni temperaturi.