Mekkora a maximálisan megengedhető felületi csiszolási nyomok mélysége a 316-os fűtőcső középpont nélküli befejezése után, megakadályozza a feszültségkorróziós repedés kialakulását 500 ppm-es kloridos vízben 90 fokon

A felületi karc, mint a feszültségkoncentráció helye az SCC iniciálásához

A feszültségkorróziós repedés (SCC) klorid környezetben történő kiváltásának küszöbét 316 rozsdamentes acél burkolatú elektromos fűtőcső esetében, amelyeket a végső befejező műveletként a szűk átmérőtűrések vagy sima felületek elérése érdekében mechanikusan csiszoltak, közvetlenül a maradék csiszolási nyomok mélysége és az előtolási sebességtől függően 5-50 µm szabályozza. Minden csiszolási jel egy geometriai feszültségkoncentrátor, amelynek elméleti feszültségkoncentrációs tényezője (K_t) 1,5-től sima, sekély nyom (mélység)<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µm, gyökérsugár<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

Az SCC iniciálási mechanizmusa a felületi hornyoknál

A forró kloridokban a feszültségkorróziós repedéshez három feltétel szükséges: érzékeny mikrostruktúra (általában némi hideg munka), hosszan tartó húzófeszültség és agresszív klorid környezet. A felületi köszörülési jel alján a helyi húzófeszültséget a $σ_{local}=σ_{alkalmazott}×K_{t}$ adja meg, ahol $K_{t}$ a jel geometriájának függvénye (mélység-sugár arány). Egy tipikus köszörülési jel d mélységgel és ρ gyökérsugárral K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ) adja. Egy sekély, lekerekített horpadás (d=5 µm, ρ=10 µm) K_t≈1+2×sqrt(0,5)=2.4. Mély éles nyomot (d=20 $\\mu$m, $\\rho${18}}} $ap\\xKmu) eredményez. 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . 100 MPa-os maradék feszültség esetén a helyi feszültség 240-730 MPa-val meghaladja a 205 MPa folyáshatárt, messze azon a területen, ahol az SCC gyorsan előfordul. A repedés a feszültségkoncentrációnál kezdődik, és a repedés csúcsánál anódos feloldódással halad előre, az alkalmazott feszültség hatására mindaddig, amíg a burkolat falát át nem szúrják.

Kvantitatív kapcsolat a csiszolási nyom mélysége és az SCC kezdete között

Ellenőrzött SCC-teszt (folyamatos terhelés, U-hajlítás vagy C-gyűrűs minták) 316-os csövek ellenőrzött mélységű felületi csiszolási jeleivel (amelyet a csiszolószemcse és az adagolási sebesség megváltoztatásával érnek el) 500 ppm-es kloridos vízben, 90 fokon, meghatározták az SCC lényeges mélységeit egy adott időszakon belül.

Maximális csiszolási nyommélység (µm) Tipikus felületi érdesség (Ra, µm) Nyom gyökér sugara (µm, tipikus) Feszültségkoncentrációs tényező (K_t) Idő az SCC kezdetéig (óra, 500 ppm Cl-, 90 fok, 100 MPa per 5 mm feszültség után) 500 ppm Cl-, 90 fokos kiszolgáláshoz ajánlott<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30 000 igen (elektropolírozott megfelelője)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 Igen 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15,000 Elfogadható 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8000 Margó 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4000 Nem ajánlott
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1,000-2000 Nem fogadható el
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
A maradék feszültség mértékének hatása a megengedett jelölésmélységre

A köszörülési nyomok megengedett mélysége nagymértékben változik a burkolat maradék húzófeszültségétől függően. A nagyobb maradékfeszültséghez sekélyebb jelölésekre van szükség az SCC megelőzésére. A maximális megengedett jelölésmélység számos maradék feszültségszinthez, 500 ppm Cl⁻, 90 fok, az alábbi táblázatban látható.

Maradék húzófeszültség (MPa) Maximális megengedett csiszolási nyommélység 10 000 - óra SCC-mentes élettartamhoz (µm) Szükséges felületi érdesség (Ra, µm) Javasolt befejezési módszer<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (rajz)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100-150 (közepes rajz)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (hajlított-, nincs stresszoldás)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Gyakorlati klorid befejező műszaki adatok szolgáltatás

A következő felületminőségi kritériumok javasoltak 316 burkolt fűtőtesthez 200 ppm feletti kloridos vízben, 80 fok feletti hőmérsékleten, a becsült maradékfeszültségi állapot alapján.

Végső feldolgozási módszer Maximális csiszolási nyom mélység Maximum Ra Ellenőrzési módszer Maradék feszültség állapot
Feszültségcsillapított (formázás után lágyított) Középpont nélküli köszörülés, 400-600 szemcseméret10 µm 0,5 µmVisual + profilméter 50×
Húzott vagy hajlított (nincs feszültségcsillapítás) Finomcsiszolás + enyhe polírozás 5 µm 0,3 µm Profilométer
Magas kloridtartalom: Rajz szerint Hajlított elektropolírozás (20-30 µm eltávolítása)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Bármilyen, kritikus szolgáltatáshoz Electropolisz + passziválás0 (a jelek teljesen eltávolítva)<0.1 µmComplete surface inspection
A köszörülési jel által kiváltott SCC terepi azonosítása

Azoknál a fűtőberendezéseknél, amelyeknél az SCC meghibásodott a kloridos üzemben, a törési felületet meg kell vizsgálni a törés keletkezési helye szempontjából. Nagyításnál (100-500×) a repedés keletkezési pontja gyakran egybeesik egy csiszolási nyommal vagy karcolással. A jelet egy élesen meghatározott horonynak tekintjük, ahol gyakran a korróziós termék elsősorban a horonyba gyűlik össze. Az SCC repedések a köszörülési jel irányához képest normálisan terjednek (ha a nyomok kerületiek, akkor a repedések tengelyirányúak, ha pedig tengelyirányúak, akkor a repedések általában kerületiek, de követhetik a jelet). Ha csiszolási nyomok vannak, és a szervizkörnyezetben a kloridtartalom meghaladja a 200 ppm-et, és a hőmérséklet meghaladja a 80 fokot, akkor az őrlési nyomok miatti SCC-re kell gyanakodni. A válasz az, hogy a jövőbeni vásárlásokhoz elektropolírozott vagy finomra polírozott felületekre van szükség, és a jelenlegi fűtőberendezéseket le kell vonni, vagy ha hozzáférhető (ritkán kivitelezhető), a burkolat felületét a helyére kell polírozni.

Következtetés: Az őrlési nyom mélységének határai a klorid-szolgáltatáshoz

Grinding markings >A 10-12 µm feszültségkoncentrátorokat biztosít, és 20,000+ óráról 2000-5000 órára csökkenti a 316 rozsdamentes acél tokozású fűtőelem SCC iniciációs idejét 500 ppm kloridos vízben 90 fokon. Az SCC 500-1000 óra alatt kezdődik a normál maradék feszültségszintek mellett 20 µm-nél mélyebb mélységben. A kloridos szolgáltatáshoz a 316 hüvelyt választó mérnököknek meg kell határozniuk a csiszolási nyomok maximális mélységét (pl. 8 µm-nél kisebb vagy azzal egyenlő), vagy ezzel egyenértékű maximális felületi érdesség értékét (pl. Ra 0,5 µm vagy annál kisebb), és kérniük kell profilometriával történő ellenőrzést. A legrosszabb kloridos körülmények között, vagy ahol a maradék feszültségeket nem lehet minimalizálni, a hidegen megmunkált, karcos felületi réteg eltávolítására végzett elektropolírozás teljesen eltávolítja a csiszolási nyomokhoz kapcsolódó feszültségkoncentrátorokat. Az itt javasolt megközelítés a csiszolási nyom mélységét a mérhető SCC iniciációs időzítésekkel kapcsolja össze, lehetővé téve a vevő számára, hogy meghatározza azokat a felületkezelési technikákat, amelyek elkerülik a korai repedés kialakulását a felületi hibáknál.