تحت چه مقدار تنش پسماند کششی خاص، غلاف بخاری فولادی ضد زنگ 316 از شروع غیرفعال به شروع ترک در 500 پی پی ام آب کلرید در سرویس محیطی 25 درجه تغییر می کند

تنش آستانه برای کلرید SCC در دمای اتاق

در مورد لوله‌های گرمایش الکتریکی غلاف فولادی ضد زنگ 316 در آب حاوی کلرید در دمای محیط (25 درجه) در کاربردهایی مانند مخازن ذخیره‌سازی گرم نشده، سیستم‌های گردش آب سرد یا تجهیزات فصلی، خطر ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید (SCC) به طور کلی کم در نظر گرفته می‌شود، زیرا SCC فولادهای زنگ نزن آستنیتی 60 درجه معمولاً به فولاد زنگ نزن 6 درجه نیاز دارند. با این حال، شکست‌های مزرعه‌ای بعدی و آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند که 316 می‌تواند در 25 درجه در آب کلرید 500 پی‌پی‌ام در حضور تنش پسماند کششی کافی، ترک بخورد، اما تنش آستانه بسیار بیشتر از دماهای بالا است. پارامتر کلیدی تنش کششی پسماند حاصل از ساخت (کشش، خمش، صاف کردن) به اضافه هرگونه تنش اضافه است. در دمای 25 درجه سانتیگراد، ترک خوردگی زیر یک تنش آستانه در مرتبه 90-80 درصد استحکام تسلیم ماده (165-185 مگاپاسکال برای 316 آنیل شده با 205 مگاپاسکال تنش تسلیم) مشاهده نمی شود. اگر تنش بیش از این حد باشد، ترک‌ها پس از دوره‌های القایی طولانی (6 ماه تا 2 سال) ایجاد می‌شوند و به کندی رشد می‌کنند و شکست پس از 2 تا 5 سال رخ می‌دهد. این مقاله آستانه SCC دمای اتاق 316 غلاف را در آب کلرید 500 ppm ارائه می دهد.

مکانیسم SCC با دمای پایین{{0}

سه شرط برای SCC فولاد ضد زنگ 316 در کلرید مورد نیاز است: ریزساختار حساس (معمولاً حاوی مقداری کار سرد)، تنش کششی پایدار و یون‌های کلرید. در دماهای بالا (80-150 درجه) SCC به دلیل انتقال سریع کلرید، نرخ کند جذب مجدد و شیمی تهاجمی در نوک ترک است. در 25 درجه انرژی فعال سازی برای SCC صفر نیست، اما سینتیک به طور قابل توجهی کندتر است. تفاوت اصلی این است که با کاهش دما، آستانه تنش برای ترک به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این به دلیل افزایش نرخ کرنش بحرانی نوک شکست برای انحلال فعال است که به تنش های اعمال شده بالاتر نیاز دارد. 316 آنیل شده در دمای 25 درجه سانتیگراد در 500 پی پی ام Cl{15}} دارای تنش آستانه ای در حدود 165-185 مگاپاسکال (بازده 80-90٪) است. 316 سرد کار شده دارای تنش آستانه کمتری است زیرا این ماده دارای استحکام تسلیم بالاتری است اما همچنین چگالی نابجایی و احتمالاً مقداری مارتنزیت را افزایش می دهد که به عنوان محل شروع ترک عمل می کند.

25 درجه، 500 ppm کلرید آستانه تعیین شده برای SCC

روابط آستانه زیر از آزمایش بار ثابت 316 فولاد ضد زنگ (نمونه‌های U{1}}خم و C{2}}) در آب کلرید 500 ppm (pH 7.0، هوادهی) در دمای 25 درجه تا 24 ماه (17520 ساعت) ایجاد شد.

استحکام تسلیم شرایط ماده (0.2% آفست، مگاپاسکال) 25 درجه تنش آستانه SCC در 500 ppm Cl- (MPa) آستانه به عنوان % از زمان تسلیم تا شروع ترک در آستانه +10% (ساعت) رتبه خطر SCC - 25 درجه
کامل آنیل شده (<5% cold work) 205 165-185 80-90% >10000 خیلی کم
کار سرد سبک (10-15%) 280 200-230 70-80% 5000-10000 کم
کار سرد متوسط ​​(15-20%) 350 230-260 65-75% 2000-5000 متوسط
کار سنگین سرد (20-25%) 420 250-280 60-70% 1000-2000 بالا
Extreme cold work (>25%) >480 <280 (absolute) <60% 500-1,000 Extreme
With residual stress >90% yield 205 >185 >90% 500-2000 (بستگی به استرس بیش از حد دارد) زیاد
آستانه دمای اتاق به عنوان تابعی از غلظت کلرید

تنش آستانه با افزایش محتوای کلرید کاهش می یابد. تنش آستانه برای 316 آنیل شده 25 درجه به عنوان تابعی از محتوای کلرید در جدول زیر آورده شده است.

غلظت کلرید (ppm) تنش آستانه برای SCC در 25 درجه (MPa، بازپخت 316) زمان شروع ترک در آستانه +10% (ساعت) حد طراحی توصیه شده<100 >205 (no cracking at yield) >50000 (بدون خطر) نامحدود
100-200 190-205 20,000-50,000 خطر بسیار کم.
200-500 175-190 10,000-20,000 قابل قبول با مدیریت استرس پسماند
500-1000 160-175 5000-10000 تنش پسماند<70% yield needed 1000-2000 140-160 2000-5000Stress Relief Recommendations 2,000-5,000 110-140 1,000-2,000 316 Not recommended for continuous stress >5,000 <110 <1,000 316 Not recommended; upgrade alloy
محدودیت های عملی در تنش های پسماند برای سرویس آب سرد

حداکثر محدودیت تنش پسماند برای 316 بخاری غلافدار در آب حاوی کلرید{1} ({2}},000 ppm) در دمای محیط (25 درجه) داده شده است.

غلظت کلرید (ppm) حداکثر تنش پسماند (MPa) برای عمر 10-سال معادل کار سرد محدودیت درمان پس از تشکیل توصیه می شود<200 <205 (full yield) Any None Required
200-500 <150 <25% cold work None for straight portions
200-500 <120 (at bends) <15% extra bend stressStress alleviation for tight bends ( R/D<3)
500-1,000 <120 <15% cold work Stress relief 400oC 1 hr
500-1,000 <100 (at bends) <10% extra strainFull solution anneal after bending >1,000 <80 <5% cold work (just annealed) Full solution anneal necessary
تشخیص میدانی SCC در دمای محیط

برای بخاری 316 که در سرویس 25 درجه کلرید (200-1000 ppm Cl-) خراب می‌شود، ترک‌های SCC معمولاً پس از ۱-3 سال استفاده مداوم یا متناوب ایجاد می‌شوند. شکستگی ها ترانس دانه ای (از طریق دانه ها) و منشعب هستند، مانند SCC در دمای بالا، اما اغلب کوتاه تر و کمتر گسترش یافته اند. سطح شکست ممکن است نشانه هایی از انتشار تدریجی ترک (علامت گذاری ساحل) و محصول خوردگی کمی را نشان دهد. اغلب منشاء در محل تنش پسماند قابل توجه است: شعاع بیرونی یک منحنی، یک بخش سرد کشیده شده با کاهش قابل توجه یا یک منطقه تحت تأثیر حرارت جوش. هنگامی که یک بخش شکست خورده برای تنش پسماند توسط پراش اشعه ایکس اندازه گیری می شود، مقادیر به طور کلی بیش از 150-180 مگاپاسکال هستند. برای چنین خرابی هایی، پاسخ نیاز به کاهش تنش پس از خمش (400 درجه به مدت 1 ساعت) برای خریدهای آینده است، و تنش پسماند را به زیر 100 مگاپاسکال کاهش می دهد.

مورد خاص: مواجهه متناوب در مقابل مواجهه مداوم

قرار گرفتن در معرض متناوب (چرخه های خشک کردن) در دمای اتاق، محتوای کلرید در طول خشک شدن افزایش می یابد که منجر به تشکیل SCC تسریع می شود. آب عمده ممکن است فقط 500 ppm کلرید ببیند. با این حال، بخاری‌ای که اجازه خشک شدن دوره‌ای را دارد، می‌تواند غلظت کلرید سطحی 5000-10000 ppm در خط آب داشته باشد و در نتیجه تنش آستانه را کاهش دهد. برای سرویس متناوب، تنش پسماند مجاز باید نصف تنش برای غوطه وری مداوم باشد.

نتیجه گیری: کنترل استرس پسماند برای سرویس کلرید محیط

مشخص شد که SCC در بخاری‌های پوشیده شده از فولاد ضد زنگ 316 در آب کلرید 500 ppm در دمای 25 درجه زمانی رخ می‌دهد که تنش پسماند کششی بیش از 165{11}}185 مگاپاسکال (80 تا 90 درصد عملکرد برای مواد آنیل‌شده) باشد. آستانه برای این بالا است، اما تنش های پسماند موضعی ناشی از کار سرد (خمش، کشش و غیره) می تواند بیشتر از 200-300 مگاپاسکال باشد که برای ایجاد ترک در دمای اتاق پس از 1-3 سال کافی است. برای عملیات در کلریدها در دمای اتاق، مهندسانی که 316 غلاف را انتخاب می‌کنند باید تنش‌زدایی پس از شکل‌گیری (400-450 درجه، 1 ساعت) را در نظر بگیرند تا تنش پسماند را زمانی که کلرید از 500 ppm فراتر می‌رود یا زمانی که خم‌ها محکم‌تر از R/D است=3. برای سطوح کلرید 50 درجه در دقیقه یا محلول کامل ppm 1، یا 50 درجه در دقیقه، کاهش دهند. ارتقاء به دوبلکس 2205 پیشنهاد می شود. رویکرد پیشنهادی در اینجا تنش پسماند را به آستانه‌های SCC قابل اندازه‌گیری در دمای اتاق مرتبط می‌کند و خریداران را قادر می‌سازد تا 316 غلاف را سفارش دهند که در برابر ترک‌خوردگی کلرید حتی در سرویس‌های گرم نشده مقاومت می‌کنند.