Zakaj debelina stene plašča iz nerjavečega jekla 316 pod 1,1 milimetra zahteva post{2}}žarjenje zaradi preprečevanja razpok zaradi napetostne korozije pri aplikacijah z vročo morsko vodo?

Kombinacija preostale natezne napetosti zaradi stiskanja in izpostavljenosti kloridom predstavlja veliko nevarnost razpok zaradi napetostne korozije za proizvodne inženirje in strokovnjake za korozijo, ki so odgovorni za električne potopne grelnike v sistemih, hlajenih z morsko vodo, obratih za razsoljevanje in ploščadih na morju. Za napetostno korozijsko razpokanje je značilna hkratna prisotnost treh pogojev (10. člen): občutljiv material, natezna napetost in kloridno okolje, ki presega 60 stopinj. Metoda stiskanja, ki se uporablja za kondenzacijo izolacije iz magnezijevega oksida, povzroča velike preostale natezne napetosti na notranji površini ovoja 316. Te preostale napetosti so še posebej močne pri tankostenskih plaščih pod 1,1 mm in se raztezajo na večji odstotek debeline stene, kar zagotavlja skoraj neprekinjen kanal za začetek in širjenje zloma. Te preostale napetosti je mogoče razbremeniti in dovzetnost za napetostno korozijsko razpokanje močno zmanjšati z naknadnim-žarjenjem, tj. segrevanjem končnega sklopa grelnika na 1050 stopinj in hitrim kaljenjem. Študija količinsko opredeljuje povezavo med debelino stene, količino preostale napetosti in potrebo po žarjenju po stiskanju za storitve morske vode.

Velikost preostale napetosti v primerjavi z debelino stene po stiskanju
Med postopkom stiskanja je cev 316 hladno obdelana, saj se premer zmanjša za 15-30 % okoli jedra, napolnjenega z MgO. Hladna obdelava povzroči dislokacije in deformacije zrn ter shrani elastično energijo kot preostalo napetost. Meritve preostale napetosti z rentgensko difrakcijo, opravljene na notranji površini valovitega 316 plašča, razkrivajo precejšnjo inverzno odvisnost od debeline stene. Preostala natezna napetost na notranji površini za debelino stene 0,8 mm se spreminja od +250 do +350 MPa. Za debelino stene 1,0 mm je razpon +200 do +280 MPa. Za steno debeline 1,2 mm je območje zmanjšano na +150 do +220 MPa. Za steno debeline 1,6 mm je razpon od +100 do +160 MPa. Preostale napetosti so zmanjšane na +50 do +100 MPa v 2,0 mm steni. Te vrednosti so blizu ali presegajo prag za razpoke zaradi napetostne korozije v toplem kloridnem okolju, ki je približno +150 MPa za nerjavno jeklo 316 v slani vodi pri 60 stopinjah. Plašči, katerih preostala napetost na notranji površini je nad 150 MPa, bodo verjetno sprožili razpoke v nekaj mesecih po izpostavljenosti. Pod 100 MPa je tveganje bistveno manjše. Tako imajo ovoji z debelino stene pod približno 1,2 mm zaostale napetosti na notranji površini, ki presegajo varno raven, medtem ko so plašči nad 1,6 mm običajno pod pragom. Za vmesno območje 1,2–1,6 mm je nevarnost povezana s specifičnim zmanjšanjem valjenja in temperaturo morske vode.

Postopek žarjenja in njegov vpliv na odpornost proti koroziji in zaostalo napetost.
Plašč iz 316 se žari po stiskanju pri 1050 stopinjah 15 do 30 minut v zaščitnem okolju, običajno v argonu ali disociiranem amoniaku, da ponovno kristalizira hladno-obdelano zrnato strukturo. Metoda skoraj popolnoma odpravi preostale napetosti, tako da se vrednosti notranje površine znižajo na približno ±20 MPa ne glede na začetno debelino stene. Toda žarjenje ima 3 možne slabosti. Prvič, visoka temperatura lahko oksidira uporovno žico v notranjosti, če okolje ni pravilno urejeno. Nikelj-kromove zlitine razvijejo zaščitni oksid pri 1050 stopinjah, vendar huda oksidacija zmanjša-presek žice in skrajša življenjsko dobo grelnika. Drugič, žarjenje zmehča ovoj 316, s čimer se zmanjša njegova mehanska trdnost in nazivni tlak na približno 20–30 % njegove hladno{20}}vrednosti. Grelnik z nazivno vrednostjo 40 barov v stisnjenem stanju se lahko po žarjenju zmanjša na 30 barov. Tretjič, počasne stopnje ohlajanja med žarjenjem lahko povzročijo senzibilizacijo, tj. izločanje kromovega karbida na mejah zrn. Hitro hlajenje, pogosto kaljenje z vodo ali prisilno hlajenje s plinom, preprečuje preobčutljivost in ohranja odpornost proti koroziji. Dobro-izvedeno žarjenje ne vpliva na odpornost proti luknjičasti ali razpokani koroziji. Lahko celo izboljša homogenost pasivnega premaza. Pri tankostenskih plaščih pod 1,1 mm koristi zmanjšanja preostale napetosti znatno presegajo pomanjkljivosti, saj bi bila sicer življenjska doba omejena na mesece in ne na leta zaradi razpok zaradi napetostne korozije.

Zahteve za žarjenje in matrica debeline stene za storitve morske vode
Naslednja tabela povzema smernice za naknadno žarjenje 316 ovojov za vročo morsko vodo pri temperaturah nad 60 stopinj. Vrednosti za stalno ali občasno izpostavljenost kloridom in predvidena življenjska doba več kot dve leti.

Debelina stene plašča Preostala napetost na notranji površini Tveganje razpok zaradi napetostne korozije Valjanje brez stebrička-Žarjenje s stiskanjem Priporočena alternativna priporočila
Pod 0,8 mm Nad 350 MPa Zelo visoko; tednov odpovedi Obvezno Debelejša stena ali nadgradnja zlitine?
250 – 350 MPa 0,8 – 1,0 mm visoko; okvara v 1 – 6 mesecih. Obvezno žarjenje je potrebno za vse storitve morske vode
1,0 – 1,2 mm 200 – 280 Mpa Zmerno do visoko; okvara pri 6–18 mesecih Zelo priporočljivo Sprejemljivo brez žarjenja Samo za občasne storitve
1,2 – 1,4 mm 150 – 220 MPa Zmerno; 1–3 leta okvare Za dolgotrajno delovanje Priporočeno Preverjanje vsako leto brez žarjenja 1,4–1,6 mm 100–160 Mpa Nizka do zmerna; okvara v 3 do 5 letih. Opcijska 5-letna življenjska doba je lahko zadostna brez žarjenja
1,6 – 2,0 mm 50 – 100 MPa Nizko – ni verjetno, da se bo zrušil v naslednjih 5 letih Ni koristno Žarjenje ni zelo koristno
Več kot 2,0 mm< 50 MPaVery low Not necessaryNo annealing needed, might weaken strength
Za plašče v slani vodi nad 60 stopinj in pod 1,2 mm je navedba žarjenja po obremenitvi razlika med grelnikom, ki odpove v enem letu, in grelnikom, ki traja pet ali več let. Dodatni stroški žarjenja, običajno 15-25 % stroškov grelnika, se kompenzirajo s podaljšano življenjsko dobo in odpravljenim tveganjem nepričakovane okvare zaradi razpok.

Praktični vidiki določanja žarjenih tanko{0}}stenskih ovojov
Tanko{0}}ohišje 316 morajo inženirji po-žarjenju žariti, v specifikacijo javnega naročila pa morajo biti vključene tri dodatne zahteve. Prvo zahtevano certificiranje okolja žarjenja in hitrosti hlajenja. Potrdilo o skladnosti, da je bilo žarjenje opravljeno v ne-oksidacijskem okolju pri 1,050 15 stopinji najmanj 15 minut in z vodno kaljenjem ali prisilnim plinskim hlajenjem, zagotavlja pravilno obdelavo. Drugič, zahtevajte preskus preobčutljivosti v skladu s prakso E ASTM A262. Preizkus je sestavljen iz potopitve vzorca žarjenega materiala ovoja v vrelo raztopino bakrovega-bakrovega sulfata in pregleda za intergranularne napade. Uspešna ocena kaže, da žarjenje ni povzročilo preobčutljivosti. Tretjič je zahtevati preverjanje, ali žica notranjega upora ni bila oksidirana in poškodovana. Preprost preizkus izolacijske upornosti pri sobni temperaturi-najmanj 100 megohmov-potrjuje, da sta MgO in žica še vedno na mestu. Grelniki, ki so bili nepravilno žarjeni na zraku, imajo lahko uporovno žico popolnoma oksidirano in grelnik bo pokazal kratek stik ali zelo nizek upor. Za velikoserijsko proizvodnjo bi morali inženirji poiskati destruktivne vzorce preseka iz začetne proizvodne serije, da bi potrdili zrnato strukturo in pomanjkanje intergranularnih karbidov. Ta kvalifikacija je sorazmerno poceni v primerjavi s stroški napak na terenu pri aplikacijah za morsko vodo, kjer okvara grelnika običajno povzroči zaustavitev plovila, praznjenje in čiščenje. Pravilno žarjena tanko-stena 316 združuje prednosti toplotnega odziva tankih sten in odpornost proti napetostni koroziji pri debelih stenah -, kar je najboljše iz obeh svetov, ko sta potrebna tako hitro segrevanje kot vzdržljivost v morski vodi.