Bij welke specifieke combinatie van zwavelzuurconcentratie en temperatuur moet een roestvrijstalen 316-mantel van 1,2 millimeter na-lassen worden uitgegloeid om interkristallijne corrosie in elektrische dompelverwarmers te voorkomen?

Het lassen van de bevestiging van montageflenzen en fittingen aan de 316 roestvrijstalen mantel moet worden gedaan door productie-ingenieurs en kwaliteitsborgingspersoneel dat verantwoordelijk is voor elektrische dompelaars voor gebruik in zwavelzuurservice. Lassen genereert warmte die sensibilisatie kan veroorzaken. De vorming van chroomcarbiden aan de korrelgrenzen in de hitte-beïnvloede zone. 316 die gevoelig is geworden, verliest zijn corrosieweerstand en wordt gevoelig voor intergranulaire corrosie, die bij voorkeur de korrelgrenzen aantast, waardoor snel materiaalverlies en mogelijk falen van de verwarming ontstaat. De wanddikte van de mantel bepaalt de snelheid van afkoeling na het lassen en de noodzaak van uitgloeien na het lassen. In dit werk bepaalden we de drempelwaarde voor de zwavelzuurconcentratie die uitgloeien na het lassen vereist om intergranulaire corrosie-aantasting te voorkomen in een 316-mantel van 1,2 mm.

Sensibilisatie en mechanisme van intergranulaire corrosie in 316
Wanneer roestvrij staal 316 wordt verwarmd tot temperaturen tussen 450°C en 850°C, het sensibilisatiebereik, slaan chroomcarbiden neer op de korrelgrenzen. Dergelijke dauw{4}}puntprecipitatie loogt chroom uit de gebieden naast de korrelgrenzen, waardoor deze uitgeput raken tot minder dan de 12% chroom die nodig is om een ​​passieve film te vormen. In een corrosieve omgeving worden deze zones met chroomdepletie bij voorkeur gecorrodeerd, wat resulteert in aantasting van de korrelgrens en uiteindelijk in de verwijdering van materiaal. De 1,2 mm dunne-wandige mantel heeft een lage thermische massa en de warmte kan na het lassen snel verdwijnen. Dit leidt tot een snelle afkoeling. De dunne wand koelt snel af van de lastemperatuur tot onder de 450°C en brengt weinig tijd door in het sensibiliseringsgebied. Een dik-wandige mantel > 3 mm heeft een langzamere afkoelsnelheid, wat het risico op sensibilisatie vergroot. Voor een wand van 1,2 mm is de afkoelsnelheid echter over het algemeen snel genoeg om sensibilisering onder conventionele gaswolfraambooglasomstandigheden te voorkomen. Niet alleen de wanddikte is bepalend, maar ook het koolstofgehalte van het 316-materiaal. Koolstofarm 316L (max. 0,03% C) is bijzonder goed bestand tegen sensibilisatie, ongeacht de wanddikte. Standaard 316 (max. 0,08% koolstof) kan gevoelig worden gemaakt als het te langzaam wordt gekoeld.

Kritische concentratie van zwavelzuur voor detectie van sensibilisatie
De intergranulaire corrosie van gevoelig gemaakt 316 is vooral ernstig bij bepaalde concentraties zwavelzuur. De Strauss-test (ASTM A262 Praktijk E) combineert kokend 16% zwavelzuur met kopersulfaat om te testen op sensibilisatie. Intergranulaire aantasting zal het meest waarschijnlijk optreden bij gebruik in 10 tot 40% zwavelzuur bij temperaturen boven 50°C. Bij minder dan 10% is het zuur niet krachtig genoeg om bij voorkeur de korrelgrenzen te bereiken. Bij ongeveer 40% wordt het zuur oxiderend en repassiveert het oppervlak, waardoor de sensibilisering wordt gemaskeerd. De drempelconcentratie voor het risico op intergranulaire corrosie voor een 316-omhulsel van 1,2 mm in zwavelzuur is ongeveer 15-25% bij temperaturen van 60-80° C. Onder de 15% kan een gevoelig omhulsel jarenlang leven zonder duidelijke aantasting. Bij concentraties boven de 25% kan het zuur voldoende oxideren om de intergranulaire aanval te stoppen, maar putvorming wordt dan een probleem. Binnen het kritische bereik van 15-25% kan een gevoelige omhulling elk jaar 0,5-2,0 mm materiaal verliezen langs de korrelgrenzen, waardoor binnen enkele maanden een wand van 1,2 mm wordt doorboord. Daarom wordt voor toepassingen met zwavelzuurconcentraties tussen 15% en 25% en temperaturen boven 50°C sterk aanbevolen na het lassen, tenzij 316L wordt gebruikt.

Matrix voor gloeivereisten voor gelaste 316-mantels
De onderstaande tabel bevat aanbevelingen voor het post-gloeien van 1,2 mm 316-mantels voor verschillende zwavelzuurconcentraties, bedrijfstemperaturen en specifieke gebruikte 316-kwaliteiten. Gloeien is het verwarmen van het gelaste geheel tot 1050°C gedurende 15 minuten, waarna het snel wordt afgekoeld (afschrikken met water of geforceerd gas).

Zwavelzuurconcentratie Bedrijfstemperatuur Graad 316 Na-lasgloeien vereist? Alternatieve aanbeveling
Minder dan 10 procent van elke temperatuur 316 of 316L Nee Standaardlassen OK
10 – 15% Onder 60°C 316L Geen voorkeur 316L
10 – 15% Onder 60°C 316 Nee, maar 316L aanbevolen Acceptabel zonder uitgloeien
10 – 15% 60 – 90°C 316L Nee Monitor op aanval 10 – 15% 60 – 90°C 316 Ja Uitgloeien of gebruiken 316L 15 – 25% Onder 50°C 316L Nee 316L acceptabel 15 – 25% Onder 50°C 316 Ja Uitgloeien vereist 15 – 25% 50 – 80°C 316 of 316L Ja Gloeien verplicht voor beide kwaliteiten 15 – 25% Boven 80°C Alle 316 Ja, plus overwegen legering upgrade Hoog aanvalsrisico; gebruik legering 20 25 – 40% Elke temperatuur Elke 316 Niet van toepassing Sensibilisatie niet de primaire storingsmodus; pitting domineert
Meer dan 40 procentElke temperatuur Elke 316 Niet van toepassing Oxiderend zuur; intergranulaire aanval onwaarschijnlijk
Als standaard 316 wordt gebruikt, is uitgloeien na het lassen vereist voor een 316-mantel van 1,2 mm in het kritische concentratiebereik van 15-25% bij temperaturen boven 50°C. Bij 316L is gloeien een extra veiligheidsmarge. Intergranulaire corrosie kan binnen 3 tot 12 maanden in de dunne wand doordringen, wat kan leiden tot het loskomen van de flens of het lekken van de mantel, zonder dat de gelaste flensbevestigingszone uitgloeien.

Praktische overwegingen bij het gloeien voor dun- buizen met wanden
In de praktijk doen zich problemen voor bij het post-uitgloeien van een 316-mantel van 1,2 mm. De hoge temperatuur van 1.050°C kan leiden tot oxidatie van de interne weerstandsdraad als het geheel niet goed is afgeschermd. Het gloeien moet worden uitgevoerd in een oven met gecontroleerde omgeving met argon of gedissocieerde ammoniak om oxidatie te voorkomen. Als alternatief kan de laszone plaatselijk worden uitgegloeid door inductieverwarming zonder de gehele verwarmer te verwarmen. De MgO-isolatie in de verwarmers zet anders uit dan het staal en kan de omhulling verbrijzelen. Daarom is het volledig ovengloeien van verwarmers die eerder zijn gesmeed met MgO-isolatie niet mogelijk. Het gloeien moet worden uitgevoerd na het lassen, maar vóór het smeden, of alleen gelokaliseerd in het lasgebied. Ingenieurs moeten specificeren dat alle lasnaden op 316-mantels voor 15-25% zwavelzuur moeten worden gevolgd door plaatselijk inductiegloeien van de door hitte beïnvloede zone. De uitgegloeide zone moet aan weerszijden van de las minimaal 10 mm bedragen. Het juiste uitgloeien kan worden gecontroleerd met behulp van een ferrietmeter of door een proeflas in te dienen voor ASTM A262 Practice E-testen. Een leverancier die geen post-lasgloeien kan uitvoeren of verificatietests kan aanbieden, mag niet worden ingezet voor zwavelzuurservice in het kritische concentratiebereik. De kosten van één intergranulaire corrosiefout, die meestal onverwacht en zonder waarschuwing is, zijn aanzienlijk hoger dan de kosten van goede uitgloeiprocessen. Bij nieuwe installaties elimineert het kiezen van 316L, in plaats van standaard 316, het potentieel van sensibilisatie voor muren van 1,2 mm onder alle omstandigheden, behalve de meest extreme, en wordt sterk aanbevolen voor elk zwavelzuurgebruik met een concentratie van meer dan 10%.