Pod kojom specifičnom kombinacijom zaostalog naprezanja i koncentracije klorida plašt grijača 316L u ambijentalnoj (25 stupnjeva) vodi u bazenu razvija pucanje od korozije nakon 5 godina rada

Prag-SCC niske temperature dugotrajnog{1}}uronjenja

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 za 3-5 godina sa širenjem do perforacije za 6-10 ​​godina. Kod nižih klorida (500-800 ppm) zaostalo naprezanje mora biti veće od 180-190 MPa za pucanje. Ovaj članak kvantificira prag zaostalog naprezanja-klorida za SCC sobne temperature u 316L nakon dugotrajnog (5+ godina) potapanja.

Mehanizam niske temperature SCC s dugim vremenom indukcije

Kinetika SCC klorida na temperaturi okoline (25 stupnjeva) je oko dva reda veličine sporija nego na 80-100 stupnjeva. Vrijeme indukcije za inicijaciju pukotine povezano je s Arrheniusovom jednadžbom s aktivacijskom energijom od 60-80 kJ/mol. Sa smanjenjem temperature prag naprezanja za SCC raste; na 25 stupnjeva prag je viši (70-85% prinosa) nego na 80 stupnjeva (50-60%). Ali do pucanja još uvijek može doći u višegodišnjim vremenskim rasponima ako je kontinuirano zaostalo naprezanje iznad praga. Mehanizam zahtijeva lokalnu degradaciju pasivnog filma na mjestima visokog naprezanja (klizne stepenice, sučelja inkluzijske matrice) i prisutnost agresivne lokalne kemije (visoka količina klorida, nizak pH) unutar rastuće pukotine. Difuzija na sobnoj temperaturi je sporija, ali je na raspolaganju dovoljno vremena (godina) da se izgrade potrebni gradijenti koncentracije.

Kvantificirani rezidualni napon - 5-god SCC Inicijacijski pragovi klorida

Pragovi zaostalog naprezanja za inicijaciju pukotine unutar 5 godina, kako je određeno ispitivanjem kontroliranog konstantnog opterećenja 316L U-zavoja i C-prstenastih uzoraka u otopinama klorida pri 25 stupnjeva tijekom 5-godišnjeg razdoblja (43 800 sati) su:

Koncentracija klorida (ppm) Minimalno preostalo naprezanje za SCC inicijaciju unutar 5 godina (MPa) Naprezanje kao % prinosa (205Mpa) Vrijeme do inicijacije pukotine (sati) Prag+20 MPa Vrijeme do perforacije nakon inicijacije (1,5 mm zid, sati) Preporučeno za 5-godišnju uslugu<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 praćenjem)
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
Učinak hladnog rada na podrijetlo zaostalog naprezanja

Izvor i distribucija zaostalog naprezanja utječu na osjetljivost na SCC. Savijanje uvodi zaostala naprezanja (lokalizirana na vanjskom radijusu savijanja) koja su štetnija od onih dobivenih jednoličnim izvlačenjem, budući da je gradijent naprezanja strmiji i vršno naprezanje je veće.

Izvor zaostalog naprezanja Tipično maksimalno naprezanje (MPa) Prag distribucije naprezanja klorida za 5 godina SCC (ppm) Predloženi omjer polumjera savijanja (R/D) Pool Service
Roller (straightening) 50-150Surface, axial >2000 NA
Crtanje (hladni rad) 100-250 Uniforma, aksijalno 1,500-2,500 N/A
Bending (R/D=2) 200-400 (tension face)Localised, hoop 500-1,000 >3.0 preporučeno
Bending (R/D=3) 150-250Localised 800-1,500 >2,5 prihvatljivo
Bending (R/D=4) 100-180 Localised 1,200-2,000 >2.0 rubni
Zavarivanje (završna kapa) 100-300 Lokalizirana HAZ 500-1,500 N/A (preporuča se popuštanje naprezanja nakon zavarivanja)
Praktične preporuke za primjenu grijača vode u bazenima

Ograničenja zaostalog naprezanja i metode kontrole klorida za 316L obložene grijače u ambijentalnoj (25 stupnjeva ) bazenskoj ili topličkoj vodi su kako slijedi.

Tip bazena Tipični sadržaj klorida (ppm) Preporučeno maksimalno preostalo naprezanje (MPa) Potreban post-oblikovanje Tretman Vijek trajanja grijača (godine) Očekivani
Slatkovodni bazen (niski Cl)<500 <200 (acceptable as-drawn)>10 Nijedan
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 Potpuna otopina žarenja nakon savijanja
Salt water pool (high Cl) >5000 <50 (316L not recommended) Upgrade to duplex 2205 5-8 (with duplex)
Spa (brom/klor, 35-40 stupnjeva) 500-2000<120 Stress release + electropolish 4-6 Room Temperature SCC Field Identification

Ako se grijač 316L pokvari u okolnoj vodi bazena nakon 3-8 godina rada, trebalo bi razmotriti SCC sobne temperature ako su pukotine transgranularne, razgranate i u područjima značajnog zaostalog naprezanja (vanjski radijus savijanja, ispravljeni dijelovi ili ZUT zavara). Na površini prijeloma mogu se pojaviti tragovi postupnog širenja pukotine. Zapisi o kemiji vode trebaju navesti vrijednosti klorida > 1000-1500 ppm. Buduće kupnje trebale bi zahtijevati tretman naprezanja nakon savijanja (400-450 stupnjeva tijekom 1-2 sata) kako bi se zaostalo naprezanje smanjilo ispod 100-120 MPa za slične kvarove.

Zaključak: Dugotrajna -otpornost na SCC na sobnoj temperaturi kroz upravljanje zaostalim naprezanjem

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. Inženjeri koji određuju 316L plašteve za bazene, toplice ili druge aplikacije s negrijanom kloridnom vodom moraju smanjiti zaostala naprezanja od savijanja (koristite R/D > 3,0 ili savijanja za smanjenje naprezanja na 400 stupnjeva tijekom 1 sata) i od ravnanja. Kada analiza vode pokaže klorid > 1500 ppm, nadogradite na duplex 2205 ili titan na sobnoj temperaturi. Ovdje predstavljeni okvir povezuje zaostalo naprezanje i koncentraciju klorida s mjerljivim 5-godišnjim pragovima inicijacije SCC-a na 25 stupnjeva, omogućujući kupcima da specificiraju proizvodne procese (polumjere savijanja, smanjenje naprezanja nakon-savijanja) i ograničenja kemije vode koja će spriječiti pucanje korozije uslijed naprezanja tijekom dugog vremena indukcije pri radu na sobnoj temperaturi.