Mekkora a 316-os fűtőcső hengeres kiegyenesítéséből adódó maximális megengedett felületi húzófeszültség, amely megakadályozza a feszültségkorróziós repedést 200 ppm kloridos vízben 80 fokos hőmérsékleten 10 évig

Az SCC hosszú távú-hajtóereje: a kiegyenesedés okozta maradék stressz

A 316-os rozsdamentes acélból készült elektromos fűtőcsövek esetében, amelyeket húzás vagy hengeres egyengetéssel végzett izzítás után állítanak elő, a hengeres egyengetési folyamat által bevezetett felületi húzási maradékfeszültség gyakran az egyetlen legfontosabb tényező, amely szabályozza a feszültségkorróziós repedés (SCC) érzékenységét meleg kloridos üzemben. A kezdeti csőgörbülettől, a görgő eltolódásától és az egyengetési lépések számától függően a görgős egyengetés 50-250 MPa felületi húzófeszültséget eredményezhet. Az SCC küszöb húzófeszültsége 200 ppm kloridos vízben, 80 fokon 200 ppm kloridos vízben kezdődik (80 fokos hozam kb. A maximálisan megengedett maradó húzófeszültség a felületen 10 éves élettartamra SCC nélkül 100 MPa. A repedések 120 MPa felett 1-3 év alatt, 150 MPa felett hónapok múlva kezdődnek. Ez a cikk számszerűsíti az egyengetés által kiváltott maradék feszültség, az SCC iniciációs idő és a híg kloridos körülmények között fennálló élettartam közötti kapcsolatot.

Felületi feszültség mechanizmusa a kiegyenesedés következtében

A görgős egyengetés során a cső felületét váltakozó feszítésben és összenyomódásban plasztikusan deformálják, hogy kiküszöböljék a görbületet. A cső külső szálai minden egyes görgő érintkezési pontján általában 0,2-1,5%-os húzófeszültségnek vannak kitéve, az egyengetés mértékétől függően. A körülbelül 205 MPa (hevített) és 450 MPa (hidegen megmunkált) közötti folyáshatárú 316 rozsdamentes acélnál ezek a nyúlások 50 MPa (egyenes cső enyhe kiegyenesítése) és 250 MPa (íves cső erős kiegyenesítése) közötti maradékfeszültséget eredményeznek. A maradék feszültségprofil erősen lokalizált a felületen, a legnagyobb feszültségek a fal külső 20-100 lm-én vannak. Ez a vékony, erősen feszített réteg kiválóan alkalmas SCC iniciálására, mivel a repedések a felület közelében magot képeznek, és a maradék feszültségmezőn keresztül terjednek. Ezzel szemben a maradék feszültségek nem csökkennek jelentősen az idő múlásával 80 fokos szögben.

Kvantitatív korreláció a kiegyenesedési stressz és az SCC élettartama között 80 fokban

A 316-os csövek szisztematikus SCC-tesztelése (folyamatos terhelés, U-hajlítási minták) szabályozott felületi maradékfeszültség-szintekkel (röntgendiffrakcióval mérve) 200 ppm kloridos vízben (pH 7,5, levegőztetett) 80 fokon a következő iniciációs és terjedési időket mutatta.

Max. Kiegyenesítésből származó felületi húzó feszültség (MPa) Feszültség a hozam %-ában (hevített 316, 205 MPa) Az SCC repedés kialakulásáig eltelt idő (óra, 80 fok, 200 ppm Cl- ) Perforáció ideje (1,5 mm-es fal, óra) 10 éves élettartam (évre) Teljes élettartam<50 <25% >80,000 >100,000 >11 év Igen 50-75 25-37% 50 000-80,000 60, 000-100 0007-11 év Igen 75-100 37-49% 30 000-50,000 40 000-70,000 5-8 év Megfelelő 10 évre? Marginális 100-120 49-59% 15 000-30,000 20, 000-45,000 2-5 évSemmi (10 év)
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
A falvastagság hatása a maradékfeszültség-tűrésre

A vastagabb falak másképp osztják el az egyengetésből származó feszültséget, így több anyaguk van a törés növekedéséhez. Az alábbi táblázat a falvastagság függvényében mutatja a maximális megengedett maradékfeszültséget egyengetésnél 10 éves élettartamra.

Falvastagság (mm) Maximálisan megengedhető maradék feszültség egyengetésből 10 éves élettartamra (MPa) Egyenértékű kiegyenesítésből származó maximális hidegmunka (%)
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 Gyakorlati jellemzők - Egyenesítés lágyítás után

A következő egyengetési paramétereket kell megemlíteni a beszerzési dokumentumokban a 316 burkolatú meleg kloridos üzemhez (80 fok, 200 ppm Cl⁻):

A cső állapota egyengetés előtt Maximális felületi maradó feszültség egyengetés után (MPa) Egyenesítés módszere Ellenőrzési módszer
100%-ban lágyított (feszültségmentes) röntgendiffrakció a mintán Több menet, kis görgő eltolás
Könnyű hidegen húzott (10-15% CW) 80Csökkentett görgős offset Ferritescope+XRD
60 Egymenetes, kis eltolás Mérsékelten hidegen-húzott (15-25% CW)Nem alkalmas klórszolgáltatásra. .
As-hajlítva (korábban nem egyenesített) 80 (egyenes szakaszon mérve)Csak ha szükséges, egyenesítse ki Kötelező XRD
A visszamaradó feszültség érvényesítése kiegyenesített csőben

Azok a vásárlók, akik tanúsított maradványfeszültségi szintet szeretnének, három ellenőrzési technikával rendelkeznek. Az első a röntgendiffrakció (XRD), amely a felületi maradékfeszültség közvetlen mérését adja ±20 MPa pontossággal. A második az ASTM G38 U{5}}hajlítási teszt, amelyben az as-csövek mintáját 180 fokban meghajlítják, majd forrásban lévő magnézium-kloridba (154 fok) vagy, összehasonlíthatóbb körülmények esetén, 80 fokos 200 ppm kloridba merítik. A repedés 100 órán belül MgCl 2-ben, vagy 2000 órán belül a szervíz{16}}szimuláló megoldásban történik, ha a maradó feszültség 100–120 MPa felett van. A harmadik módszer a mágneses permeabilitás mérése: a 316-ban az egyengetés által kiváltott maradékfeszültség nincs közvetlenül összefüggésben a permeabilitással, de a feszültségmaximumoknál lokalizált martenzitfejlődés kimutatható. Kulcsfontosságú alkalmazások esetén a legnagyobb megbízhatóságot minden egyes gyártási tételből egyetlen mintán végzett XRD mérésekkel érik el.

SCC terepi diagnosztikája egyenesítésből

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. E hibák orvoslása az, hogy a jövőbeni vásárlásokhoz egy egyengetés utáni feszültségcsökkentő lágyítást kell megadni (400-450 fok 1-2 órán keresztül), amely 50-70%-kal minimalizálja a maradó feszültséget anélkül, hogy a mechanikai tulajdonságokat észrevehetően megváltoztatná.

A kiegyenesedés és a hajlítás közötti maradékfeszültségek közötti összefüggés

Ha a fűtőtestet egyenesen (hajlítás előtt) gyártják, majd a végső formára hajlítják, mindkét eljárásból származó maradék feszültség hozzájárulhat. A legnagyobb maradék feszültség gyakran a külső hajlítási sugárnál tapasztalható azon az oldalon, ahol az egyengető feszültséget tapasztalták. Az ilyen fűtőtesteknél a megengedett egyengető feszültséget tovább kell csökkenteni. Konzervatív kritérium, hogy az egyengetési maradó feszültség és a hajlítási maradó feszültség összege (ugyanazon a helyen mérve) ne legyen nagyobb 100 MPa-nál 10 -éves élettartamra 200 ppm Cl-ben 80 fokon.

Következtetés: A Chloride Service alacsony egyengető igénybevételi specifikációja

A 316 rozsdamentes acél tokozású fűtőelemek SCC indításának alapvető küszöbértéke 200 ppm kloridos vízben 80 fokon a ~100-120 MPa felületi húzófeszültség. A 120 MPa feletti egyengető igénybevételek esetén a törés 1-3 év elteltével kezdődik, a 100 MPa alatti nyúlásnál pedig 10 éves élettartamot kapunk. Meleg kloridos szervizeléshez a 316 hüvelyt előíró mérnököknek meg kell határozniuk a csövek kiegyenesítését minimális görgő-eltolással, a maradékfeszültség ellenőrzését XRD-vel a mintacsöveken, és feszültségmentesítést kell végezni az egyengetés után (400 fok 1 órán át), ha a klorid meghaladja a 200 ppm-et vagy a hőmérséklet meghaladja a 70 fokot. Az itt javasolt megközelítés az egyengetés által kiváltott maradék feszültséget a mérhető SCC indítási és perforációs időkkel kapcsolja össze, lehetővé téve a vásárlók számára, hogy meghatározzák a gyártási technikákat, hogy elkerüljék ezt a rejtett, de jelentős repedési kockázatot.