در چه ترکیب خاصی از غلظت سوزاننده و دمای سطح غلاف، غلاف فولادی ضد زنگ 1.2 میلی‌متری 316 ترک خوردگی ناشی از تنش سوزی را در سرویس هیتر هاضمی صنعت خمیر و کاغذ تجربه می‌کند؟

استفاده از مهندسان فرآیند مسئول گرمکن های غوطه وری الکتریکی در هاضم های خمیر و کاغذ، ترکیب هیدروکسید سدیم و سولفید سدیم در دماهای بالا محیطی را ایجاد می کند که در آن ترک خوردگی ناشی از تنش سوزآوری علت اصلی شکست است. ترک سوزاننده ترک خوردگی بین دانه‌ای شکننده ایجاد می‌کند که می‌تواند در عرض چند هفته به غلاف 1.2 میلی‌متری 316 نفوذ کند، برخلاف خوردگی حفره‌ای یا معمولی. فرآیند خمیر کرافت از مشروب سفید با 15-20٪ NaOH و 5-10٪ Na2S در دمای 150-170 درجه استفاده می کند. این بخاری ها به دلیل فضای محدود در ظروف هاضم معمولاً دارای ضخامت دیواره 1.2 میلی متر هستند. این مقاله ترکیب خاصی از غلظت سوزآور و دمای سطح غلاف را شناسایی می‌کند که در آن یک غلاف 1.2 میلی‌متری 316 ترک خوردگی تنش سوزآور را در 1000 ساعت سرویس مداوم ایجاد می‌کند.

مکانیسم ترک خوردگی تنش سوز آور در 316
ترک خوردگی تنش سوزآور فولاد ضد زنگ 316 به سه شرط نیاز دارد: غلظت سوزآوری بیش از یک مقدار آستانه، دمای بالاتر از آستانه ترک و تنش کششی. روش نوسانی که برای فشرده سازی عایق MgO استفاده می شود، کرنش های کششی باقیمانده زیادی را در سطح داخلی غلاف ایجاد می کند-معمولاً 150-250 مگاپاسکال برای دیوار 1.2 میلی متری. این تنش‌های پسماند منبع تنش کششی مورد نیاز برای ترک هستند. غلظت سوزاننده برای ترک در 316 در دمای 150 درجه سانتیگراد حدود 5 درصد NaOH است. دمای آستانه در 10 درصد NaOH به 130 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. ترک در 15% NaOH بالای 110 درجه است. ترک در 20٪ NaOH بیش از 100 درجه سانتیگراد. شرایط در مشروب سفید (15-20٪ NaOH، 150-170 درجه) بسیار بالاتر از آستانه ترک است. ترک‌ها در یک غلاف 1.2 میلی‌متری 316 معمولاً از سطح داخلی که در آن تنش‌های پسماند پس از 100 تا 500 ساعت قرار گرفتن در معرض بالاترین میزان است، شروع می‌شود. پس از ایجاد، ترک ها با سرعت 0.1-1.0 میلی متر در هفته منتشر می شوند و در عرض 1-3 ماه به دیوار 1.2 میلی متری نفوذ می کنند.

غلاف 1.2 آستانه ترک بحرانی برای 1.2
بر اساس آزمایش‌های آزمایشگاهی 316 نمونه غلاف در شبیه‌ساز مشروب سفید و تجزیه و تحلیل شکست مزرعه از هاضم‌های آسیاب خمیر کاغذ، ترکیب‌های زیر از غلظت سوزآور و دمای سطح غلاف منجر به ترک خوردگی تنش سوزآور در عرض 1000 ساعت می‌شود.

غلظت هیدروکسید سدیم (وزن %) غلظت سولفید سدیم (وزن %) دمای بحرانی برای شروع ترک خوردگی زمان شروع ترک در 150 درجه سانتی گراد زمان سطح غلاف تا عبور{1}}ترک دیوار (1.2 میلی متر) در دمای 150 درجه سانتی گراد 5 تا 8 درصد 14 - 0 درجه سانتی گراد 10 - 4% ساعت 1200 - 2000 ساعت 8 - 10٪ 4 - 6٪ 130 درجه سانتیگراد 500 - 800 ساعت 800 - 1500 ساعت 10 - 12٪ 5 - 7٪ 120 درجه سانتیگراد 300 - 500 ساعت 500 - 1000 ساعت
12 – 15 % 6 – 8 % 115 درجه 200 – 400 ساعت 400 – 800 ساعت 15 – 18 % 7 – 9 % 110 درجه 150 – 300 ساعت 300 – 600 ساعت
18 - 20٪ 8 - 10٪ 100 درجه 100 - 200 ساعت 200 - 400 ساعت
بیش از 20٪ بیش از 10٪ کمتر از 100 درجه 50 - 150 ساعت 100 - 300 ساعت
برای هاضم کرافت که با 16 درصد NaOH در دمای توده 155 درجه کار می کند، دمای سطح غلاف تقریباً 155-160 درجه است (با فرض افزایش دما به دلیل چگالی وات کم در هاضم های بزرگ). این بیش از آستانه ترک 110 درجه سانتیگراد است و در 150 تا 300 ساعت ترک ایجاد می کند. غلاف 1.2 میلی متری احتمالاً پس از 1-2 ماه کار مداوم سوراخ می شود. تجربه میدانی نشان می‌دهد که غلاف‌های سرویس مشروب سفید معمولاً در 3-6 ماه با شکستن حالت غالب شکست می‌شکنند.

پاکت عملیاتی ایمن برای غلاف 1.2 میلی متری در سرویس کاستیک
جدول زیر حداکثر غلظت ایمن سوزاننده را برای یک غلاف 1.2 میلی متری 316 در دماهای مختلف سطح غلاف فهرست می کند تا از ترک خوردگی تنش سوز آور در طول عمر 1000 ساعته جلوگیری شود. مقادیر، تنش‌های کششی پس‌ماند را پس از چرخاندن در نظر می‌گیرند، که نمی‌توان آن را بدون بازپخت{5}}پس از تاب کاهش داد.

دمای سطح غلاف حداکثر غلظت NaOH ایمن برای جلوگیری از ترک خوردگی (بدون سولفید) حداکثر غلظت NaOH ایمن با 5% Na2S زمان مورد انتظار برای ترک در حداکثر غلظت ایمن اقدام توصیه شده 80 درجه سانتی گراد 20% 15% 2000 – 3000 درجه سانتی گراد 2000 – 300% مارجینال 1% ساعت خدمات مداوم 1500 – 2500 ساعت عمر سرویس محدود 100 درجه سانتی گراد 12% 10% 1000 – 2000 ساعت 316 توصیه نمی شود 110 درجه سانتی گراد 10% 8% 800 – 1500 ساعت استفاده از آلیاژ آنیل شده یا ارتقاء آلیاژی 120% 120 – 10% درجه سانتی گراد مورد نیاز 130 درجه سانتی گراد 6% 4% 300 – 800 ساعت ارتقاء آلیاژ اجباری 140 درجه سانتی گراد 4% 2% 200 – 500 ساعت 316 نامناسب
بالاتر از 150 درجه سانتیگراد ایمن نیست ایمن نیست زیر 200 ساعت از آلیاژ نیکل استفاده کنید
پاکت عملیاتی ایمن برای غلاف 1.2 میلی متری 316 برای سرویس هاضم خمیر و کاغذ با 16 درصد NaOH در دمای 155 درجه سانتی گراد وجود ندارد. قطعاً این ترک در هفته ها یا ماه ها خواهد آمد. مهندسان باید آلیاژ بادوام تری انتخاب کنند.

تغییرات طراحی برای جلوگیری از ترک خوردگی سوزاننده
هنگامی که قرار است از غلاف 316 در سرویس سوزاننده استفاده شود، سه تنظیم طراحی می تواند طول عمر را افزایش دهد، اما هیچ کدام 316 را برای شرایط هاضم کرافت قابل اعتماد نمی کند. مرحله اولیه بازپخت کردن پست{3}}در 1050 درجه برای حذف کشش های باقیمانده است. بازپخت تنش پسماند سطح داخلی را از 150 تا 250 مگاپاسکال به زیر 20 مگاپاسکال کاهش می‌دهد و جزء کششی مورد نیاز برای ترک را از بین می‌برد. بازپخت غلاف 1.2 میلی متری 316 در 16 درصد NaOH در دمای 150 درجه سانتی گراد می تواند عمر آن را به 3 تا 6 ماه افزایش دهد تا 1 تا 2 ماه. تغییر دوم این است که سطح بیرونی را به روشی دیگر تحت فشار قرار دهید. لایه فشاری در برابر انتشار ترک مقاومت می کند اما تنش های کششی روی سطح داخلی را کاهش نمی دهد. تغییر نهایی این است که با کاهش چگالی وات و افزایش گردش خون، در کمترین دمای سطح غلاف ممکن عمل کند. کاهش 10 درجه ای دمای سطح، زمان شروع ترک را دو برابر می کند. این تغییرات برای اکثر کاربردهای خمیر و کاغذ کافی نیست. آلیاژ 625 یا آلیاژ C{28}}276 ماده معمولی برای غلاف های بخاری مشروب سفید است. این آلیاژهای مبتنی بر نیکل در برابر خوردگی تنش سوزآور در تمام غلظت‌ها و دماهایی که در هاضم‌ها دیده می‌شود، مقاومت می‌کنند. یک غلاف 1.6 میلی متری آلیاژی 625 معمولاً 5-10 سال در سرویس روح سفید در مقابل 2-6 ماه برای 316 دوام می آورد. هزینه اولیه بالاتر با صرفه جویی در زمان خرابی و کار جایگزین جبران می شود. مهندسانی که بخاری‌ها را برای عملیات هاضم انتخاب می‌کنند، نباید 316 را برای هیچ برنامه‌ای که غلظت سوزآوری بالای 10 درصد در دماهای بیش از 100 درجه سانتی‌گراد است، بپذیرند. هزینه شکست سریع ترک خوردگی در هاضم تحت فشار شامل از دست دادن محصول، خنک شدن ظرف و جایگزینی به طور قابل توجهی بیشتر از هزینه افزایشی یک آلیاژ نیکل بالا است. اگر سازنده ای 316 را برای خدمات ارواح سفید توصیه می کند و در مورد ترک خوردگی ناشی از تنش سوزاننده صحبت نمی کند، مشاوره مهندسی مناسبی ارائه نمی دهد. ترک ها در یک غلاف 1.2 میلی متری به سرعت و بدون هیچ گونه شواهد ظاهری ایجاد می شوند تا زمانی که غلاف نشت کند. تنها راه حل مطمئن، پیشگیری با انتخاب صحیح آلیاژ است.