Как обемната фракция на включванията на манганов сулфид (MnS) тип Стрингер- в 316L нагревателна обвивка на тръбите контролира съотношението дълбочина-към-ширина на ямата в хлорирана морска вода при 35 градуса

Ефектът на формата на включване върху формата на ямата и скоростта на растеж

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, дължина 20-100 µm, произведени чрез еднопосочно втвърдяване и тежко студено изтегляне) водят до дълги тесни вдлъбнатини със съотношения на дълбочина към ширина от 5:1 до 20:1, които бързо проникват в дебелината на стената (0,5-1,5 mm/година). Кълбовидни MnS включвания (аспектно съотношение<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Морфология на включването и контрол на механизма на геометрията на ямата

Когато яма се инициира при включване на MnS в 316L в хлорирана морска вода, включването се разтваря преференциално (електрохимично или химически), оставяйки празнина. Празнотата е приблизително сферична, ако включването е кълбовидно. Тъй като дупката се разпространява в заобикалящата аустенитна матрица, фронтът на разпространение остава приблизително полусферичен. Ако включването е стрингер (удължен по оста на тръбата), първоначалната кухина е дълъг, тесен канал. В този канал локализираната химия (високо съдържание на хлорид, ниско рН) се поддържа и ямата се разпространява бързо в посока на стрингера, много преди да настъпи значително странично разтваряне. Получената дупка на червеева дупка може да има голямо съотношение на дълбочина към ширина и може да проникне през дебелината на стената за част от времето, необходимо за яма, инициирана от кълбовидно включване.

Дължина на стрингера, аспектно съотношение на вдлъбнатината и време на перфорация: количествена връзка

Контролирано изпитване на експозиция на 316L тръби, съдържащи морфологии на включване на MnS с различни морфологии (в резултат на различни практики за производство на стомана и намаления на изтегляне) в хлорирана синтетична морска вода (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 35 градуса) за 5000 часа установи следната яма геометрии и скорости на разпространение.

Макс. Дължина на MnS стрингер (µm) Средно съотношение на аспектите на включване (дължина:ширина) Дълбочина на вдлъбнатината-към-Съотношение на ширина след 1000 часа Скорост на разпространение на вдлъбнатината (mm/година) Време до перфорация (1,5 mm стена, часове) Препоръчва се за обслужване с 35 градуса хлорирана морска вода<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
Влияние на морфологията на MnS върху практиката за производство на стомана

Формата на включванията на MnS се влияе главно от процедурата за производство на стомана и последващата студена обработка.

Съдържание на сяра (wt%) Практика за производство на стомана Типична MnS дължина на стрингера (µm) Съдържание на кислород (ppm) Контрол на формата на включване Препоръчва се за хлорирана морска вода
EAF (електродъгова пещ) 0.010-0.025 30-80 50-150 Стрингер, неконтролиран No
EAF + AOD (аргон-кислородна декарбуризация) 0.005-0.015 10-40 30-80 Смесен (глобулен + стрингер) Маргинален
Ca-Si (AOD с обработка с калций) 0.003-0.008 5-15 15-30 Глобуларизирано Приемливо
AOD + Ca + ниско S 0.001-0.005 2-8 10-20 Кълбовидно, фино Да VAR (претопено чрез вакуумна дъга) 0.003 5 10 Много фино кълбовидно Най-добро ESR (претопено електрошлаково) 0.005 8 15 Фино кълбовидно Отлични Практически препоръки за нагреватели с хлорирана морска вода

Предлагат се следните морфологични параметри на включване за нагреватели с обшивка 316L в обслужване с хлорирана морска вода (1-2 ppm Cl 2 , 35 градуса).

$ast$ Желан експлоатационен живот (години) Максимална дължина на стрингера MnS ($mu$m) Максимално съдържание на сяра (тегл.%) Изисква се практика за производство на стомана Метод 3 Неприложим (неподходяща сплав) Всякакви Надстройки до дуплекс 2205 3-5 15 0.008 AOD + обработка с калций ASTM E45, тип A, строгост 1.5 5-8 10 0.005 AOD + Ca + ниска S ASTM E45, тип A, степен на тежест 1.0 8-12 8 0.003 VAR или ESR ASTM E45, тип A, степен на тежест 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Потвърждение на морфологията на MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 означава, че започването се контролира от стрингери.

Дълъг живот в хлорирана морска вода; Заключение: Определяне на глобуларни включвания

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1), които проникват през стената с 0,6-1,2 mm/година, причинявайки перфорация в рамките на 1-3 години. Равноосните ями растат с 0,1-0,3 mm/годишно и осигуряват живот от 5-15 години. Такива ями се получават от кълбовидни включвания (дълж<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.