Как процентът на предишната студена работа от намаляването на пилотната тръба на обвивката на нагревателя 316L контролира анизотропията на скоростта на разпространение на питинг в надлъжни спрямо напречни посоки в 5000 ppm хлоридна вода при 50 градуса

Микроструктурно подравняване поради деформация и нейния ефект върху геометрията на ямата

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, т.е. ямките се разпространяват 5 пъти по-бързо по оста на тръбата, отколкото около обиколката. Тази анизотропия може да доведе до преждевременна надлъжна перфорация дори при значителна средна загуба на стени в 5000 ppm хлоридна вода при 50 градуса. В това изследване се определя количествено връзката между процента на студена работа, коефициента на анизотропия на питинг и ефективния експлоатационен живот.

Механизмът на анизотропно разпространение на яма

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30% студена работа). Второ, включванията на манганов сулфид (MnS), които са ключовите места за иницииране на ями, израстват в стрингери, ориентирани успоредно на оста на тръбата. Трето, ивици на деформация и дислокационни клетки, подредени надлъжно. Когато се инициира яма, тя се разпространява за предпочитане по тези подравнени характеристики. Ямата може да мигрира на големи дължини по надлъжната ос без граници на зърната или зони без включения. В напречна посока ямата трябва да пресече границите на зърната и струните за включване, забавяйки разпространението.

Количествено определяне на корелацията между студена работа и питинг анизотропия

Следните съотношения на анизотропия са определени от контролирано студено изтегляне на 316L тръби (напълно закалено начало, 2,2% Mo, 0,02% C) до различни проценти на редукция, последвано от тестване с потапяне в 5000 ppm Cl -вода (pH 7,0, аерирана) при 50 градуса за 5000 часа измервателна яма дълбочини в надлъжна (успоредна на оста) и напречна (периферентна) посока.

Студена работа (%) Съотношение на аспекта на зърното (дължина: ширина) MnS Дължина на стрингера (mm) Скорост на разпространение на надлъжна ямка (mm/година) Скорост на растеж на напречна ямка (mm/год) Коефициент на анизотропия (дълъг/преместен) Време до надлъжна перфорация (1,5 mm стена, години) Време до напречна перфорация (години) Препоръчва се за 5000 ppm Cl^-, 50 градуса Обслужване 0 (закалено) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 бр
Влияние на концентрацията на хлорид върху степента на анизотропия

Увеличаването на съдържанието на хлорид подобрява повече надлъжното разпространение, отколкото напречното разпространение и следователно коефициента на анизотропия.

Съдържание на хлорид (ppm) Коефициент на анизотропия при 20% Скорост на студена работа Надлъжна (mm/an) Напречна скорост (mm/год) Ефективен фактор на намаляване на живота (надлъжна) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (базова линия) 3,000 3.5:1 0.30-0.45 0.09-0.13 1.5× 5,000 4.5:1 0.40-0.60 0.09-0.13 2.0× 10,000 6:1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Практически препоръки за обслужване с високи-хлориди

Следните ограничения за студена работа и съображения за проектиране се прилагат за нагреватели с корпус 316L в 5000 ppm Cl⁻ вода при 50 градуса.

Желан експлоатационен живот, години Максимална студена работа за контрол на питинга, % Максимално допустимо съотношение на анизотропияПроизводствени спецификации Предложено Отгрято или леко изтеглено 5-8 10-15 2.0:1 Леко изтегляне, освобождаване на напрежението 3-5 15-20 (не се препоръчва) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Проверка на риска от питинг

Има два начина за проверка за купувачи с точни ограничения върху анизотропията на питинг. Първият е металографска оценка на аспектното съотношение на зърното върху надлъжен разрез. Приемане: Съотношение на зърното<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Заключение: Спецификацията ограничава студената работа за контрол на анизотропията на питинг

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15-20%, което води до анизотропно разпространение на питинг с надлъжни скорости 3-5 пъти по-бързи от напречните скорости. Тази анизотропия влияе върху ефективния експлоатационен живот с 30–50% в сравнение с темперирания материал. Инженерите, определящи обвивките 316L за работа в среда с високо съдържание на хлорид, трябва да ограничат предварителната студена работа до<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20% изискват-отгряване след изтегляне за прекристализация на структурата на зърната и елиминиране на анизотропията. Моделът, описан тук, корелира процента на студена работа със съотношението на анизотропия на питинга и времето на перфорация в 5000 ppm Cl- при 50 градуса, което позволява на клиента да избере намаления на чертежа, които няма да причинят ранна надлъжна повреда на питинг.