A kénsav koncentrációjának és hőmérsékletének milyen specifikus kombinációja esetén szükséges egy 1,2 milliméteres 316-os rozsdamentes acél köpeny utó-hegesztési izzítása a szemcseközi korrózió megelőzése érdekében az elektromos merülőmelegítőkben?

A 316-os rozsdamentes acél köpenyhez szerelőkarimák és szerelvények rögzítésének hegesztését a gyártómérnököknek és a minőségbiztosítási személyzetnek kell elvégeznie, akik felelősek a kénsavas szolgáltatásban használt elektromos merülőmelegítőkért. A hegesztés hőt fejleszt, amely érzékenységet okozhat, a króm-karbidok képződése a szemcsehatárokon az érzékenyített -hatászónában. 316 elveszti korrózióállóságát, és érzékeny lesz a szemcseközi korrózióra, amely elsősorban a szemcsehatárokat támadja meg, ami gyors anyagveszteséget és a fűtőelem esetleges meghibásodását okozza. A köpeny falvastagsága szabályozza a hegesztés utáni lehűlés ütemét és a hegesztés utáni izzítás szükségességét. Ebben a munkában meghatároztuk a kénsav koncentráció küszöbértékét, amely hegesztési varrat utáni izzítást{7}} igényel, hogy elkerüljük a szemcseközi korróziós támadást egy 1,2 mm-es 316-os hüvelyben.

Szenzibilizáció és a szemcseközi korrózió mechanizmusa a 316-ban
Amikor a 316-os rozsdamentes acélt 450 °C és 850 °C közötti hőmérsékletre hevítik, az érzékenységi tartomány, a króm-karbidok kicsapódnak a szemcsehatárokon. Az ilyen harmatpontos csapadék kioldja a krómot a szemcsehatárok melletti területekről, így a króm mennyisége kevesebb, mint a passzív film kialakításához szükséges 12% lesz. Korrozív környezetben ezek a krómszegény zónák elsősorban korrodálódnak, ami szemcsehatár-támadást és végül az anyag eltávolítását eredményezi. Az 1,2 mm vékony falú köpeny alacsony termikus tömegű, és a hegesztés után a hő gyorsan eloszlik. Ez gyors hűtési sebességhez vezet. A vékony fal gyorsan lehűl a hegesztési hőmérsékletről 450°C alá, és kevés időt tölt az érzékenyítési területen. A 3 mm-nél nagyobb vastag falú hüvely lassabb hűtési sebességgel rendelkezik, ami növeli az érzékenység kockázatát. Egy 1,2 mm-es fal esetén azonban a hűtési sebesség általában elég gyors ahhoz, hogy elkerülhető legyen az érzékenység a hagyományos gázvolfrám ívhegesztési körülmények között. Nem csak a falvastagság a kulcs, hanem a 316-os anyag széntartalma is. Az alacsony széntartalmú 316L (max. 0,03% C) falvastagságtól függetlenül különösen ellenáll az érzékenységnek. A Standard 316 (max. 0,08% szén) túl lassú hűtés esetén érzékeny lehet.

A kénsav kritikus koncentrációja az érzékenység kimutatására
Az érzékenyített 316 szemcseközi korróziója különösen súlyos kénsav bizonyos koncentrációinál. A Strauss-teszt (ASTM A262 Practice E) forrásban lévő 16%-os kénsavat kombinál réz-szulfáttal az érzékenység tesztelésére. A szemcsék közötti támadás a legvalószínűbb, ha üzem közben 10-40%-os kénsavban, 50°C feletti hőmérsékleten történik. 10%-nál kisebb mennyiségben a sav nem elég erős ahhoz, hogy előnyösen megcélozza a szemcsehatárokat. Körülbelül 40%-nál a sav oxidálóvá válik, és újrapassziválja a felületet, elfedve az érzékenységet. A szemcseközi korrózió kockázatának küszöbkoncentrációja egy 1,2 mm-es 316-os kénsavban lévő köpeny esetén 60-80 °C hőmérsékleten körülbelül 15-25%. 15% alatt az érzékenyített hüvely évekig élhet nyilvánvaló támadás nélkül. 25% feletti koncentrációban a sav eléggé oxidálódhat ahhoz, hogy megállítsa a szemcsék közötti támadást, de ekkor a gödrösödés problémát jelent. A kritikus 15–25%-os tartományon belül az érzékenyített hüvely évente 0,5–2,0 mm anyagot veszíthet a szemcsehatárok mentén, és hónapokon belül áthatol egy 1,2 mm-es falon. Ezért 15% és 25% közötti kénsavkoncentráció és 50 °C feletti hőmérséklet esetén erősen javasolt a hegesztés utáni izzítás, kivéve, ha 316 litert használnak.

Hegesztett 316-os hüvelyek izzítási követelményeinek mátrixa
Az alábbi táblázat az 1,2 mm-es 316-os burkolatok utólagos-hegesztési izzítására vonatkozó ajánlásokat sorolja fel, különböző kénsavkoncentrációk, üzemi hőmérsékletek és specifikus 316-os alkalmazott minőségek esetén. Az izzítás a hegesztett szerelvény felmelegítése 1050°C-ra 15 percig, majd gyors hűtés (vízhűtés vagy kényszergáz).

Kénsav-koncentráció, üzemi hőmérséklet, 316-os fokozat, utó{1}}hegesztési izzítás szükséges? Alternatív ajánlás
Kevesebb, mint 10 százaléka Bármilyen hőmérséklet 316 vagy 316L Nincs szabványos hegesztés OK
10–15% 60°C alatt 316L Nem preferált 316L
10 – 15% 60°C alatt 316 Nem, de 316L ajánlott Lágyítás nélkül is elfogadható
10 – 15% 60 – 90°C 316L Nem Támadási monitor 10 – 15% 60 – 90°C 316 Igen Lágyítás vagy használat 316L 15 – 25% 50°C alatt 316L Nem 316L elfogadható 15 – 25°C Kevesebb 15 – 25°C Kevesebb 31500 25% 50 – 80°C 316 vagy 316L Igen Lágyítás kötelező bármelyik fokozatnál 15 – 25% 80°C felett Bármely 316 Igen, plusz fontolja meg az ötvözet korszerűsítését Magas támadási kockázat; használjon ötvözet 20 25 – 40% Bármilyen hőmérséklet Bármely 316 Nem alkalmazható Szenzibilizáció nem az elsődleges hibamód; pitting dominál
Több mint 40 százalék Bármilyen hőmérséklet Bármely 316 Nem alkalmazható Oxidáló sav; intergranuláris támadás valószínűtlen
Ha a 316-os szabványt használják, akkor 1,2 mm-es 316-os köpeny esetén utólagos hegesztésre van szükség a 15-25%-os kritikus koncentrációtartományban 50°C feletti hőmérsékleten. A 316 liternél az izzítás további biztonsági ráhagyást jelent. A szemcseközi korrózió 3-12 hónap alatt áthatolhat a vékony falon, ami a karima leválásához vagy a burkolat szivárgásához vezethet, anélkül, hogy a hegesztett karima rögzítési zónáját izzítanák.

Gyakorlati szempontok a vékony{0}}falú csövek izzításával kapcsolatban
A gyakorlatban problémák lépnek fel az 1,2 mm-es 316-os burkolat utólagos-hegesztésénél. A magas, 1050°C-os hőmérséklet a belső ellenálláshuzal oxidációjához vezethet, ha a szerelvény nincs megfelelően árnyékolva. Az izzítást ellenőrzött környezetű kemencében kell végezni argonnal vagy disszociált ammóniával az oxidáció elkerülése érdekében. Alternatív megoldásként a hegesztési zóna helyileg hőkezelhető indukciós melegítéssel anélkül, hogy a teljes fűtőtestet fel kellene melegíteni. A fűtőelemek MgO szigetelése az acéltól eltérően tágul, és széttörheti a burkolatot, ezért a korábban MgO szigeteléssel átitatott fűtőtestek teljes kemencehevítése nem lehetséges. Az izzítást hegesztés után, de a hegesztés előtt kell elvégezni, vagy csak a hegesztési tartományra kell lokalizálni. A mérnököknek elő kell írniuk, hogy a 15–25%-os kénsav használatához 316 köpenyen végzett hegesztéseket a hőhatás-zóna helyi indukciós izzításának kell követnie. Az izzított zóna legalább 10 mm legyen a varrat mindkét oldalán. A megfelelő izzítás ellenőrizhető ferritmérővel vagy az ASTM A262 Practice E vizsgálathoz mintahegesztéssel. Az a beszállító, aki nem tud utólagos hegesztési hegesztést{20}} végezni vagy ellenőrző vizsgálatot nem kínál, nem alkalmazható kénsav szolgáltatásra a kritikus koncentrációtartományban. Egy szemcseközi korróziós meghibásodás költsége, amely általában váratlan és figyelmeztetés nélkül történik, lényegesen magasabb, mint a jó izzítási eljárások költsége. Új telepítéseknél a 316L választása a standard 316 helyett kiküszöböli az 1,2 mm-es falak érzékenyítésének lehetőségét a legszélsőségesebb körülmények között, és erősen ajánlott minden 10% feletti kénsav-szolgáltatáshoz.