При каква конкретна комбинация от концентрация на сярна киселина и температура 1,2 милиметрова обвивка от неръждаема стомана 316 изисква отгряване след -заваряване, за да се предотврати междукристална корозия в електрически потопяеми нагреватели?

Заваряването на закрепването на монтажните фланци и фитингите към обвивката от неръждаема стомана 316 трябва да се извърши за производствените инженери и персонала за осигуряване на качеството, отговарящ за електрическите потопяеми нагреватели за използване в услуги със сярна киселина. Заваряването генерира топлина, която може да предизвика сенсибилизация, образуването на хромни карбиди по границите на зърната в топлинно-засегнатата зона. 316, чувствителната губи своята устойчивост на корозия и става податлива на междукристална корозия, която атакува предимно границите на зърната, което води до бърза загуба на материал и възможна повреда на нагревателя. Дебелината на стената на обвивката контролира скоростта на охлаждане след заваряване и необходимостта от отгряване след -заваряване. В тази работа ние определихме прага на концентрацията на сярна киселина, изискваща отгряване след -заваряване, за да се избегне атаката на междукристална корозия в 1,2 mm 316 обвивка.

Сенсибилизация и механизъм на междукристална корозия в 316
Когато неръждаема стомана 316 се нагрява до температури между 450°C и 850°C, диапазонът на сенсибилизация, хромните карбиди се утаяват по границите на зърната. Такова-утаяване на точката на оросяване извлича хром от регионите до границите на зърната, оставяйки ги изчерпани до по-малко от 12% хром, необходим за образуване на пасивен филм. В корозивна среда, тези зони на изчерпване на хром са за предпочитане корозирали, което води до атака на границата на зърното и в крайна сметка до отстраняване на материала. Обвивката с тънки-стени от 1,2 mm има ниска топлинна маса и топлината може бързо да се разсее след заваряване. Това води до бърза скорост на охлаждане. Тънката стена се охлажда бързо от температурата на заваряване до под 450°C и прекарва малко време в зоната на сенсибилизация. Обвивка с дебели-стени > 3 mm има по-бавна скорост на охлаждане, което увеличава риска от сенсибилизация. Въпреки това, за 1,2 mm стена, скоростта на охлаждане обикновено е достатъчно бърза, за да се избегне сенсибилизация при условия на конвенционално заваряване с газова волфрамова дъга. Ключът не е само дебелината на стената, но и въглеродното съдържание на материала 316. Нисковъглеродният 316L (макс. 0,03% C) е особено устойчив на сенсибилизация, независимо от дебелината на стената. Стандарт 316 (макс. 0,08% въглерод) може да бъде сенсибилизиран, ако се охлажда твърде бавно.

Критична концентрация на сярна киселина за откриване на сенсибилизация
Междукристалната корозия на сенсибилизиран 316 е особено тежка при определени концентрации на сярна киселина. Тестът на Strauss (ASTM A262 Practice E) комбинира кипяща 16% сярна киселина с меден сулфат за тестване за сенсибилизация. Най-вероятно е да настъпи междугранулна атака при работа в 10 до 40% сярна киселина при температури над 50°C. При по-малко от 10% киселината не е достатъчно силна, за да се насочи за предпочитане към границите на зърната. При около 40% киселината става оксидираща и репасивира повърхността, маскирайки сенсибилизацията. Праговата концентрация за риск от междукристална корозия за 1,2 mm 316 обвивка в сярна киселина е около 15–25% при температури 60–80° C. Под 15% сенсибилизираната обвивка може да живее години без видимо нападение. При концентрации над 25% киселината може да се окислява достатъчно, за да спре междузърнестите атаки, но питингът тогава се превръща в проблем. В рамките на критичния диапазон от 15–25%, сенсибилизираната обвивка може да загуби 0,5–2,0 mm материал всяка година по границите на зърната, пробивайки стена от 1,2 mm в рамките на месеци. Следователно, за приложения с концентрации на сярна киселина между 15% и 25% и температури над 50°C, горещо се препоръчва отгряване след заваряване, освен ако не се използва 316L.

Матрица на изискванията за отгряване за заварени 316 обвивки
Таблицата по-долу изброява препоръки за отгряване след заваряване на 1,2 mm 316 обвивки за различни концентрации на сярна киселина, работни температури и специфични използвани степени 316. Отгряването представлява нагряване на заварения възел до 1050°C за 15 минути, след което бързо охлаждане (закаляване с вода или принудителен газ).

Концентрация на сярна киселина Работна температура Клас 316 Изисква ли се отгряване след-заваряване? Алтернативна препоръка
По-малко от 10 процента от Всяка температура 316 или 316L Не Стандартно заваряване OK
10 – 15% под 60°C 316L Не се предпочита 316L
10 – 15% Под 60°C 316 Не, но се препоръчва 316L Приемливо без отгряване
10 – 15% 60 – 90°C 316L Не Монитор за атака 10 – 15% 60 – 90°C 316 Да Отгряване или използване 316L 15 – 25% Под 50°C 316L Не 316L приемливо 15 – 25% Под 50°C 316 Да Изисква се отгряване 15 – 25% 50 – 80°C 316 или 316L Да Отгряване задължително за всеки клас 15 – 25% Над 80°C Всякакви 316 Да, плюс обмисляне на подобрение на сплавта Висок риск от атака; използвайте сплав 20 25 – 40% Всякаква температура Всякаква 316 Не е приложимо Сенсибилизацията не е основният режим на повреда; доминира питингът
Повече от 40 процента Всякаква температура Всякаква 316 Не е приложимо Оксидираща киселина; междугрануларна атака е малко вероятна
Ако се използва стандарт 316, е необходимо отгряване след заваряване за 1,2 mm 316 обвивка в диапазона на критичната концентрация от 15-25% при температури над 50°C. При 316L отгряването е допълнителна граница на безопасност. Интергрануларната корозия може да проникне през тънката стена за 3–12 месеца, което води до отделяне на фланеца или изтичане на обвивката, без отгряване на зоната на закрепване на заварения фланец.

Практически съображения за отгряване за тънкостенни-тръби
Проблеми на практика възникват при след{0}}отгряване на 1,2 mm 316 обвивка. Високата температура от 1050°C може да доведе до окисляване на вътрешния съпротивителен проводник, ако модулът не е добре екраниран. Отгряването трябва да се извърши в пещ с контролирана среда с аргон или дисоцииран амоняк, за да се избегне окисляването. Като алтернатива, заваръчната зона може да бъде локално загрята чрез индукционно нагряване, без да се нагрява целия нагревател. Изолацията от магнезиев оксид в уплътненията на нагревателя се разширява по различен начин от стоманата и може да счупи обвивката, поради което пълното отгряване в пещта на нагреватели, които преди това са били щамповани с изолация от магнезиев оксид, не е възможно. Отгряването трябва да се извърши след заваряване, но преди щанцоване или локализирано само в областта на заварката. Инженерите трябва да уточнят, че всички заварки на 316 обвивки за работа с 15–25% сярна киселина трябва да бъдат последвани от локализирано индукционно отгряване на засегнатата от топлина-зона. Зоната на загряване трябва да бъде минимум 10 mm от двете страни на заваръчния шев. Правилното отгряване може да бъде проверено с помощта на феритомер или чрез изпращане на проба от заваръчен шев за тестване ASTM A262 Practice E. Доставчик, който не може да извърши отгряване след -заваряване или да предложи изпитване за проверка, не трябва да бъде нает за услуги със сярна киселина в критичния диапазон на концентрация. Цената на една повреда от междукристална корозия, която обикновено е неочаквана и без предупреждение, е значително по-висока от цената на добрите процеси на отгряване. За нови инсталации изборът на 316L, вместо стандартен 316, елиминира потенциала за сенсибилизация за 1,2 mm стени при всички условия, освен при най-екстремните, и е силно препоръчително за всяка услуга със сярна киселина над 10% концентрация.