Koliki maksimalni dopušteni površinski vlačni zaostali napon od ravnanja valjka 316 cijevi grijača sprječava pucanje uslijed korozije u kloridnoj vodi od 200 ppm na 80 stupnjeva tijekom 10 godina

Dugoročni-pokretač SCC-a: Preostalo naprezanje uzrokovano ravnanjem

Za električne grijaće cijevi obložene nehrđajućim čelikom 316 koje su proizvedene nakon izvlačenja ili žarenja valjkom za ravnanje, površinsko vlačno zaostalo naprezanje koje je uvedeno postupkom valjkastog ravnanja često je najvažniji pojedinačni čimbenik koji kontrolira osjetljivost na pucanje od korozije pod naponom (SCC) u radu s toplim kloridom. Ovisno o početnoj zakrivljenosti cijevi, pomaku valjka i broju prolaza ravnanja, ravnanje valjka može rezultirati površinskim vlačnim naprezanjem od 50-250 MPa. Prag vlačnog naprezanja za početak SCC-a u žarenom 316 u 200 ppm kloridne vode na 80 stupnjeva je oko 120-140 MPa (60-70% od prinos). Maksimalno dopušteno zaostalo vlačno naprezanje na površini za 10 godina vijeka trajanja bez SCC je 100 MPa. Pukotine počinju za 1-3 godine iznad 120 MPa, mjesecima iznad 150 MPa. Veza između zaostalog naprezanja izazvanog ravnanjem, vremena inicijacije SCC-a i vijeka trajanja u uvjetima razrijeđenog klorida kvantificirana je u ovom članku.

Mehanizam površinskog naprezanja uslijed ravnanja

Ispravljanje valjkom plastično deformira površinu cijevi naizmjeničnim naprezanjem i pritiskom kako bi se eliminirala zakrivljenost. Na svakoj kontaktnoj točki valjka vanjska vlakna cijevi su izložena vlačnim naprezanjima od općenito od 0,2 do 1,5%, ovisno o stupnju ravnanja. Za nehrđajući čelik 316 s granicom razvlačenja od oko 205 MPa (žaren) do 450 MPa (hladno-obrađen), ove deformacije proizvode zaostala naprezanja od 50 MPa (blago ravnanje ravne cijevi) do 250 MPa (teško ravnanje zakrivljene cijevi). Profil zaostalog naprezanja je visoko lokaliziran na površini, s najvećim naprezanjem u vanjskim 20-100 lm zida. Ovaj tanki, jako napeti sloj je pogodan za inicijaciju SCC jer pukotine nukleiraju blizu površine i šire se kroz polje zaostalog naprezanja. Nasuprot tome, zaostale napetosti ne smanjuju se značajno s vremenom na 80 stupnjeva.

Kvantitativna korelacija između naprezanja pri ravnanju i vijeka trajanja SCC-a na 80 stupnjeva

Sustavno SCC ispitivanje (kontinuirano opterećenje, U-uzorci zavoja) 316 cijevi s reguliranim površinskim razinama zaostalog naprezanja (mjereno difrakcijom X-zraka) u 200 ppm kloridne vode (pH 7,5, prozračena) na 80 stupnjeva pokazalo je sljedeća vremena inicijacije i propagacije.

Maks. Površinsko vlačno zaostalo naprezanje od ravnanja (MPa) Naprezanje kao % tečenja (žareno 316, 205 MPa) Vrijeme do SCC inicijacije pukotine (sati, 80 stupnjeva, 200 ppm Cl- ) Vrijeme do perforacije (1,5 mm zid, sati) Ukupni radni vijek (godine) Preporučeno za 10 godina usluge<50 <25% >80,000 >100,000 >11 godina Da 50-75 25-37% 50,000-80,000 60,000-100,0007-11 godina Da 75-100 37-49% 30,000-50,000 40,000-70,000 5-8 godina OK za 10 godina? Granični 100-120 49-59% 15,000-30,000 20,000-45,000 2-5 godina Ništa (10 godina)
59-68% 8,000-15,000 10,000-25,000 1-3 years 120-140No 140-160 68-78% 3,000-8,000 5,000-15,000 6-18 monthsNo 160-200 78-98 % 1,000-3,000 2,000-6,000 3-8 monthsNo >200 >98% <1,000 <2,000 <3 months No
Utjecaj debljine stijenke na toleranciju zaostalog naprezanja

Deblje stijenke drugačije raspoređuju naprezanje od ispravljanja, pa imaju više materijala za podržavanje rasta loma. Donja tablica pokazuje maksimalno dopušteno zaostalo naprezanje za ravnanje za 10-godišnji život kao funkciju debljine stijenke.

Debljina stijenke (mm) Maksimalno dopušteno preostalo naprezanje od ravnanja za 10-godišnji život (MPa) Ekvivalent maksimalnog dopuštenog hladnog rada od ravnanja (%)
1.0 60 5-8 1.2 75 8-10 1.5 100 10-12 2.0 120 12-15 2.5 130 15-18 3.0 140 18-20 Praktične specifikacije - Ravnanje nakon žarenja

Sljedeći parametri ravnanja trebaju biti spomenuti u dokumentima o nabavi za 316 obložene grijače za topli klorid (80 stupnjeva, 200 ppm Cl⁻):

Stanje cijevi prije ravnanja Maksimalno površinsko zaostalo naprezanje nakon ravnanja (MPa) Metoda ravnanja Metoda provjere
100% žarena (bez stresa) difrakcija X-zraka na uzorku Više prolaza, mali pomak valjka
Lagano hladno vučeno (10-15% CW) 80 Feritoskop sa smanjenim pomakom valjka + XRD
60 Jednostruki prolaz, mali pomak Umjereno hladno{1}}vučeno (15-25% CW)Nije prikladno za rad s klorom. .
Kao -savijen (prethodno nije ispravljen) 80 (mjereno na ravnom dijelu) Ispravite samo ako je potrebno. Potreban XRD
Validacija zaostalog naprezanja u ispravljenoj cijevi

Kupci koji žele certificirane razine zaostalog naprezanja imaju tri tehnike provjere. Prva je difrakcija X-zraka (XRD), koja daje izravno mjerenje površinskog zaostalog naprezanja s točnošću od ±20 MPa. Drugi je ASTM G38 U-test savijanja u kojem se uzorak-primljene cijevi savija za 180 stupnjeva i zatim uranja u kipući magnezijev klorid (154 stupnja) ili, za usporedive uvjete, u 200 ppm klorida na 80 stupnjeva. Do pucanja dolazi unutar 100 sati u MgCl 2 ili 2000 sati u-simulacijskoj otopini kada je zaostalo naprezanje iznad 100–120 MPa. Treća metoda je mjerenje magnetske propusnosti: zaostalo naprezanje inducirano ravnanjem u 316 nije izravno povezano s propusnošću, ali se može detektirati lokalizirani razvoj martenzita na maksimumu naprezanja. Za ključne primjene najveća pouzdanost postiže se XRD mjerenjima na jednom uzorku iz svake proizvodne serije.

Terenska dijagnostika SCC-a od ispravljanja

For a 316 heater that fails by SCC in 80°C, 200 ppm chloride water, straightening-induced residual stress should be suspected if the cracks are located in straight sections of the sheath (not at bends or welds) and are orientated longitudinally (parallel to tube axis) corresponding to the straightening roller contact direction. The cracks can be in several parallel lines, 10-20 mm apart. Under magnification the fractures are transgranular and branching typical of chloride SCC. Residual stress measurements of a piece of remnant sheath from the failure (XRD) are generally >120-150 MPa. Lijek za ove kvarove je navesti, za buduće kupnje, žarenje za ublažavanje naprezanja nakon ravnanja (400-450 stupnjeva tijekom 1-2 sata) koje će smanjiti zaostalo naprezanje za 50-70% bez značajnog mijenjanja mehaničkih svojstava.

Međuodnos između zaostalih naprezanja pri ravnanju i savijanju

Ako je grijač proizveden ravno (prije savijanja) i naknadno savijen do konačnog oblika, zaostala naprezanja iz oba postupka mogu pridonijeti. Najveće ukupno zaostalo naprezanje često se vidi na vanjskom radijusu savijanja na strani koja je doživjela naprezanje pri ravnanju. Za takve grijače treba dodatno smanjiti dopušteno naprezanje ravnanja. Konzervativni kriterij je da zbroj zaostalog naprezanja pri ravnanju i zaostalog naprezanja pri savijanju (izmjeren na istom mjestu) ne smije biti veći od 100 MPa za 10-godišnji vijek u 200 ppm Cl- na 80 stupnjeva.

Zaključak: Specifikacija niske razine naprezanja pri ispravljanju klorida

Osnovni prag za SCC početak za grijače od nehrđajućeg čelika 316 u 200 ppm kloridne vode na 80 stupnjeva je površinski vlačni zaostali napon od ~100-120 MPa. Za naprezanja ispravljanja veća od 120 MPa početak loma se javlja nakon 1-3 godine, a za naprezanja ispod 100 MPa dobiva se vijek trajanja od 10 godina. Za topli kloridni servis, inženjeri koji određuju 316 plašta trebaju specificirati ravnanje cijevi s minimalnim pomakom valjka, provjeru zaostalog naprezanja XRD-om na cijevima s uzorcima i žarenje za smanjenje naprezanja nakon ravnanja (400 stupnjeva tijekom 1 sata) ako klorid prelazi 200 ppm ili temperatura prelazi 70 stupnjeva. Ovdje predloženi pristup povezuje zaostalo naprezanje izazvano ravnanjem s mjerljivim vremenom početka SCC i perforacije, omogućujući kupcima da specificiraju proizvodne tehnike kako bi izbjegli ovaj skriveni, ali značajan izvor rizika od pucanja.