Welke maximaal toelaatbare restspanning op het oppervlak door het rechttrekken van 316 verwarmingsbuizen voorkomt spanningscorrosiescheuren in 200 ppm chloorwater bij 80 graden gedurende 10 jaar

De langetermijnfactor voor SCC op de lange- termijn: de resterende stress veroorzaakt door het straightenen

Voor elektrische verwarmingsbuizen omhuld met roestvrij staal 316 die worden geproduceerd na trekken of uitgloeien door middel van het rechttrekken van rollen, is de restspanning op het oppervlak die wordt geïntroduceerd door het richtproces van de rollen vaak de belangrijkste factor die de gevoeligheid voor spanningscorrosie (SCC) controleert bij gebruik met warme chloriden. Afhankelijk van de aanvankelijke kromming van de buis, de rolverschuiving en het aantal richtgangen, kan het richten van de rol resulteren in oppervlaktetrekspanningen van 50-250 MPa. De drempeltrekspanning voor SCC-start in gegloeid 316 in 200 ppm chloridewater bij 80 graden is ongeveer 120-140 MPa (60-70% van de opbrengst). De maximaal toelaatbare resttrekspanning aan het oppervlak voor een levensduur van 10 jaar zonder SCC bedraagt ​​100 MPa. Barsten beginnen na 1-3 jaar boven 120 MPa, maanden boven 150 MPa. Het verband tussen de door het rechttrekken veroorzaakte restspanning, de SCC-initiatietijd en de levensduur onder verdunde chlorideomstandigheden wordt in dit artikel gekwantificeerd.

Mechanisme van oppervlaktespanning als gevolg van rechttrekken

Het rechttrekken van de rol vervormt het buisoppervlak plastisch bij afwisselende spanning en compressie om kromming te elimineren. Bij elk rolcontactpunt worden de buitenste vezels van de buis onderworpen aan trekspanningen van in het algemeen 0,2 tot 1,5%, afhankelijk van de mate van strekken. Voor roestvrij staal 316 met een vloeigrens van ongeveer 205 MPa (gegloeid) tot 450 MPa (koud-bewerkt), produceren deze spanningen restspanningen van 50 MPa (mild rechttrekken van rechte buis) tot 250 MPa (zwaar rechttrekken van gebogen buis). Het restspanningsprofiel is sterk gelokaliseerd aan het oppervlak, met de grootste spanningen in de buitenste 20-100 lm van de muur. Deze dunne, sterk belaste laag is zeer geschikt voor SCC-initiatie omdat scheuren dichtbij het oppervlak ontstaan ​​en zich voortplanten door het restspanningsveld. Daarentegen nemen de resterende spanningen niet aanzienlijk af met de tijd bij 80 graden.

Kwantitatieve correlatie tussen het rechttrekken van stress en SCC-leven op 80 graden

Systematische SCC-tests (continue belasting, U--buigmonsters) van 316 buizen met gereguleerde restspanningsniveaus op het oppervlak (gemeten door röntgendiffractie) in 200 ppm chloridewater (pH 7,5, belucht) bij 80 graden hebben de volgende initiatie- en voortplantingstijden aangetoond.

Max. Oppervlaktetrekrestspanning door rechttrekken (MPa) Spanning als % van opbrengst (gegloeid 316, 205 MPa) Tijd tot SCC-scheurinitiatie (uren, 80 graden, 200 ppm Cl-) Tijd tot perforatie (1,5 mm wand, uren) Totale levensduur (jaren) Aanbevolen voor 10 jaar service<50 <25% >80,000 >100,000 >11 jaar Ja 50-75 25-37% 50.000-80,000 60,000-100.0007-11 jaar Ja 75-100 37-49% 30.000-50,000 40,000-70,000 5-8 jaar OK voor 10 jaar? Marginaal 100-120 49-59% 15.000-30,000 20,000-45,000 2-5 jaarNiets (10 jaar)
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
Invloed van wanddikte op restspanningstolerantie

Dikkere wanden verdelen de spanning bij het rechttrekken anders en hebben dus meer materiaal om de breukgroei te ondersteunen. De onderstaande tabel geeft de maximaal toegestane restspanning aan voor het richten gedurende een levensduur van 10 jaar als functie van de wanddikte.

Wanddikte (mm) Maximaal toegestane restspanning door rechttrekken gedurende een levensduur van 10 jaar (MPa) Equivalent Maximaal toegestaan ​​koudwerk door rechttrekken (%)
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 Praktische specificaties - Rechttrekken na uitgloeien

De volgende richtparameters moeten worden vermeld in de aanbestedingsdocumenten voor 316 verwarmingstoestellen met mantel voor warme chloridetoepassingen (80 graden, 200 ppm Cl⁻):

Conditie van de buis vóór het richten Maximale restspanning van het oppervlak na het richten (MPa) Richtmethode Verificatiemethode
100% uitgegloeid (spanningsvrij) X-straaldiffractie op monster Meerdere passages, kleine roloffset
Licht koudgetrokken (10-15% CW) 80Gereduceerde roloffset Ferritescope+XRD
60 Enkele doorgang, weinig offset Matig koud-getrokken (15-25% CW)Niet geschikt voor chloorgebruik. .
Zoals-gebogen (niet eerder rechtgetrokken) 80 (gemeten op recht stuk) Alleen rechttrekken indien nodig Vereist XRD
Validatie van restspanning in rechtgetrokken buizen

Kopers die gecertificeerde reststressniveaus willen, beschikken over drie verificatietechnieken. De eerste is röntgendiffractie (XRD), waarmee de restspanning van het oppervlak direct kan worden gemeten met een nauwkeurigheid van ±20 MPa. De tweede is de ASTM G38 U-buigtest waarbij een monster van de-ontvangen slang 180 graden wordt gebogen en vervolgens wordt ondergedompeld in kokend magnesiumchloride (154 graden) of, voor meer vergelijkbare omstandigheden, in 200 ppm chloride bij 80 graden. Scheurvorming vindt plaats binnen 100 uur in MgCl 2 of 2000 uur in de dienst-simulatieoplossing wanneer de restspanning hoger is dan 100–120 MPa. De derde methode is het meten van de magnetische permeabiliteit: door het rechttrekken geïnduceerde restspanning in 316 is niet direct gerelateerd aan de permeabiliteit, maar gelokaliseerde martensietontwikkeling bij spanningsmaxima kan worden gedetecteerd. Voor cruciale toepassingen wordt de hoogste betrouwbaarheid bereikt door XRD-metingen op één enkel monster uit elke productiepartij.

Velddiagnose van SCC door rechttrekken

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. De oplossing voor deze tekortkomingen is om voor toekomstige aankopen een spanningsontlating na het rechttrekken te specificeren (400-450 graden gedurende 1-2 uur), waardoor de restspanning met 50-70% wordt geminimaliseerd zonder de mechanische eigenschappen merkbaar te veranderen.

Het verband tussen restspanningen bij het rechttrekken en buigen

Als een verwarmer recht wordt vervaardigd (vóór het buigen) en vervolgens in de uiteindelijke vorm wordt gebogen, kunnen de resterende spanningen van beide procedures bijdragen. De hoogste totale restspanning wordt vaak gezien bij de buitenste buigradius aan de kant die de richtspanning ondervond. Voor dergelijke verwarmers moet de toelaatbare richtspanning verder worden verlaagd. Een conservatief criterium is dat de som van de restspanning bij rechttrekken en de restspanning bij buigen (gemeten op dezelfde locatie) niet groter mag zijn dan 100 MPa voor een levensduur van 10- jaar in 200 ppm Cl- bij 80 graden.

Conclusie: Chlorideservice Lage richtspanningsspecificatie

De essentiële drempel voor het starten van SCC voor 316 verwarmingstoestellen met roestvrijstalen behuizing in 200 ppm chloorwater bij 80 graden is een restspanning op het oppervlak van ~100-120 MPa. Voor rekspanningen groter dan 120 MPa treedt de breuk op na 1-3 jaar en voor spanningen onder 100 MPa wordt een levensduur van 10 jaar verkregen. Voor warme chloride-service moeten ingenieurs die 316-omhulsels specificeren, het rechttrekken van de buis specificeren met een minimale rolverschuiving, het controleren van de resterende spanning door XRD op de monsterbuisjes en een spanningsontlastende ontlating na het rechttrekken (400 graden gedurende 1 uur) als het chloridegehalte de 200 ppm overschrijdt of de temperatuur hoger wordt dan 70 graden. De hier voorgestelde aanpak relateert door rechttrekken veroorzaakte restspanning aan meetbare SCC-start- en perforatietijden, waardoor kopers productietechnieken kunnen specificeren om deze verborgen maar belangrijke bron van scheurrisico te vermijden.