איזה מתח מרבי מותר למתיחת פני השטח מישור רולר של צינורות חימום 316 מונע פיצוח קורוזיה במתח ב-200 ppm מי כלוריד ב-80 מעלות למשך 10 שנים

מנהל ה-SCC לטווח ארוך-: המתח השיורי שנגרם עקב יישור

עבור צינורות חימום חשמליים המנופים מנירוסטה 316 המיוצרים לאחר שרטוט או חישול על ידי יישור גלגלים, הלחץ השיורי של מתיחה פני השטח המוכנס בתהליך יישור הגלילים הוא לעתים קרובות הגורם החשוב ביותר השולט ברגישות לפצח קורוזיה (SCC) בשירות כלוריד חם. בהתאם לעקמומיות הראשונית של הצינור, היסט הגליל ומספר מעברי היישור, יישור גלגלות יכול לגרום למתחי מתיחה של 50-250 MPa. מתח המתיחה של הסף לתחילת SCC ב-316 ב-200 ppm כלוריד במים ב-80 מעלות של 020%-1ד הוא בערך 4020 MPa. מתח המתיחה המרבי המותר על פני השטח למשך 10 שנות חיי שירות ללא SCC הוא 100 MPa. סדקים מתחילים בעוד 1-3 שנים מעל 120 MPa, חודשים מעל 150 MPa. הקשר בין הלחץ השיורי המושרה על ידי יישור, זמן התחלת SCC וחיי השירות בתנאי כלוריד מדולל מכמת במאמר זה.

מנגנון של מתח פני השטח עקב יישור

יישור רולר מעוות פלסטית את פני הצינור במתח ודחיסה לסירוגין על מנת למנוע עקמומיות. בכל נקודת מגע עם גליל הסיבים החיצוניים של הצינור נתונים למתיחות של בדרך כלל בין 0.2 ל-1.5% בהתאם למידת היישור. עבור נירוסטה 316 עם חוזק תפוקה של כ-205 MPa (חישול) עד ​​450 MPa (עבודה קרה-), זנים אלו מייצרים מתחים שיוריים של 50 MPa (יישור מתון של צינור ישר) עד 250 MPa (יישור כבד של צינור מעוקל). פרופיל המתח השיורי הוא מקומי מאוד על פני השטח, עם הלחצים הגדולים ביותר ב-20-100 lm החיצוניים של הקיר. שכבה דקה ומאומצת זו מתאימה היטב להתחלת SCC מכיוון שסדקים מתגלעים ליד פני השטח ומתפשטים דרך שדה הלחץ השיורי. לעומת זאת, מתחים שיוריים אינם מצטמצמים במידה ניכרת עם הזמן ב-80 מעלות.

מתאם כמותי בין יישור מתח וחיי SCC ב-80 מעלות

בדיקת SCC שיטתית (עומס מתמשך, U-דגימות כיפוף) של צינורות 316 עם רמות מתח שיורית משטח מווסתות (נמדדת על ידי עקיפה של קרני X-) במים כלוריים של 200 ppm (pH 7.5, מאווררים) ב-80 מעלות, הראתה את זמני התחלת ההתפשטות וההתפשטות הבאים.

מקסימום מתח שיורי מתיחה מיישור (MPa) מתח כ-% מהתפוקה (חיתוך 316, 205 MPa) זמן עד תחילת סדק SCC (שעות, 80 מעלות, 200 ppm Cl- ) זמן עד לנקב (1.5 מ"מ קיר, שעות) 10 חיי שירות מומלצים בסך הכל (שנים)<50 <25% >80,000 >100,000 >11 שנים כן 50-75 25-37% 50,000-80,000 60,000-100,0007-11 שנים כן 75-100 37-49% 30,000-50,000 40,000-70,000 5-8 שנים בסדר ל-10 שנים? שוליים 100-120 49-59% 15,000-30,000 20,000-45,000 2-5 שנים כלום (10 שנים)
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
השפעת עובי הדופן על סבילות למתח שיורי

קירות עבים יותר מפיצים את הלחץ מהיישור בצורה שונה, ובכך יש יותר חומר לתמוך בצמיחת שבר. הטבלה שלהלן מציינת מתח שיורי מרבי מותר ליישור למשך 10 שנים כפונקציה של עובי הדופן.

עובי דופן (מ"מ) מתח שיורי מרבי מותר עקב יישור במשך 10 שנים חיים (MPa) שווה ערך לעבודה קרה מקסימלית המותרת מהישור (%)
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 מפרטים מעשיים - יישור לאחר חישול

יש להזכיר את פרמטרי היישור הבאים בניירות רכש עבור 316 תנורי חימום בעלי מעטה עבור שימוש בכלוריד חם (80 מעלות, 200 ppm Cl⁻):

מצב הצינור לפני היישור מתח שיורי משטח מרבי לאחר היישור (MPa) שיטת יישור שיטת אימות
100% חישול (ללא מתח) דיפרקציה של קרני רנטגן- בדגימה מעברים מרובים, היסט רולר קטן
משיכה קרה קלה (10-15% CW) 80 אופסט רולר מופחת Ferritescope+XRD
60 מעבר בודד, מעט היסט מתון קר-נמשך (15-25% CW) לא מתאים לשירות כלור. .
כפי-מכופף (לא יישר בעבר) 80 (נמדד בקטע ישר) ישר רק במידת הצורך. נדרש XRD
אימות של מתח שיורי בצינורות מיושרים

לקונים המעוניינים ברמות מתח שאריות מאושרות יש שלוש טכניקות אימות. הראשון הוא דיפרקציית קרני X- (XRD), הנותנת מדידה ישירה של מתח שיורי פני השטח בדיוק של ±20 MPa. השני הוא בדיקת ASTM G38 U-, שבה דגימה של הצינור כפי שהתקבל- מכופפת ב-180 מעלות ואז טבולה במגנזיום כלורי רותח (154 מעלות ) או, בתנאים דומים יותר, ב-200 ppm כלוריד ב-80 מעלות. פיצוח מתרחש תוך 100 שעות ב-MgCl 2 או 2,000 שעות בפתרון המדמה שירות- כאשר הלחץ השיורי הוא מעל 100-120 MPa. השיטה השלישית היא מדידת חדירות מגנטית: יישור מתח שיורי המושרה ב-316 אינו קשור ישירות לחדירות אך ניתן לזהות התפתחות מרטנזיט מקומית במקסימום מתח. עבור יישומים חיוניים, הביטחון הגבוה ביותר מושג על ידי מדידות XRD על דגימה בודדת מכל מגרש ייצור.

אבחון שדה של SCC מהיישור

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. התרופה לכשלים אלו היא לציין, עבור רכישות עתידיות, חישול שחרור מתח לאחר יישור (400-450 מעלות למשך 1-2 שעות) אשר ימזער את הלחץ השיורי ב-50-70% מבלי לשנות באופן ניכר את האיכויות המכניות.

יחסי הגומלין בין יישור וכיפוף מתחים שאריות

אם מחמם מפוברק ישר (לפני כיפוף) ולאחר מכן מכופף לצורה סופית, הזנים הנותרים משני ההליכים יכולים לתרום. הלחץ השיורי הכולל הגבוה ביותר נראה לעתים קרובות ברדיוס העיקול החיצוני בצד שחווה מאמץ יישור. עבור תנורים כאלה, יש להפחית עוד יותר את מתח היישור המותר. קריטריון שמרני הוא שסכום המתח שיורי היישור ומתח השיורי הכיפוף (נמדד באותו אתר) לא צריך להיות גדול מ-100 MPa למשך 10- שנות חיים ב-200 ppm Cl- ב-80 מעלות.

מסקנה: מפרט מתח יישור נמוך של שירות כלוריד

הסף החיוני להתחלת SCC עבור תנורי חימום עטופים מנירוסטה 316 במים כלוריים של 200 ppm ב-80 מעלות הוא מתח שיורי של מתיחה של 100-120 MPa. עבור מתחי יישור העולים על 120 מגפ"ס התחלת השבר מתרחשת לאחר 1-3 שנים ובמתיחות מתחת ל-100 מג"פ מתקבלים חיי שירות של 10 שנים. עבור שירות כלוריד חם, מהנדסים המציינים 316 מעטפות צריכים לציין יישור צינורות עם היסט רולר מינימלי, בדיקת מתח שיורי על ידי XRD על צינורות דגימה וחישול שחרור מתח לאחר יישור (400 מעלות למשך שעה אחת) אם הכלוריד עולה על 200 ppm או הטמפרטורה עולה על 70 מעלות. הגישה המוצעת כאן מתייחסת למתח שיורי המושרה על ידי יישור עם זמני התחלה וניקוב SCC הניתנים למדידה, המאפשרת לרוכשים לציין טכניקות ייצור כדי להימנע מהמקור החבוי אך המשמעותי הזה של סכנת פיצוח.