316 Paslanmaz Çelik Isıtıcı Kılıflarının Borunun Düzleştirilmesinden Kaynaklanan Artık Gerilim Profili, Klorür Gerilim Korozyon Çatlaması Eşiğini Nasıl Değiştirir?

İstenmeyen kaynak: Düzleştirme işleminden kaynaklanan çekme yüzey gerilimi.

Silindirle doğrultma, genellikle 316 paslanmaz çelik kılıflı elektrikli ısıtma tüplerinin uzunluklarına göre kesilmeden ve bükülmeden önce üretim sürecindeki son adımdır. Bu prosedür,-çekilmiş (veya-tavlanmış) borudaki eğriliği, dengeleme silindirleri boyunca çalıştırarak ortadan kaldırır ve boru yüzeyine karmaşık bir artık gerilim profili ekler. Her bir düzleştirme silindiri temas noktasının gerilim tarafındaki kılıf duvarının dış 50-150 µm'lik kısmına 50-200 MPa'lık artık çekme gerilimleri uygulanır. Bu artık çekme gerilimleri, gerilimi azaltılmış malzeme için güvenli olabilecek gerilimlerde gerilimli korozyon çatlamasını (SCC) tetiklemek üzere, yüksek sıcaklıkta (60 derecenin üzerinde) klorür içeren ortamlarda termal genleşme ve iç basınç yoluyla uygulanan çember gerilimini arttırır. Bu makale, düzeltmeden kaynaklanan artık gerilim, klorür seviyesi ve SCC başlatma süresi arasındaki ilişkiyi değerlendirmekte ve korozif hizmette düzeltmeden sonra gerilimin azaltılması için spesifikasyon sınırları sağlamaktadır.

Düzleşmeyi tetikleyen yüzey geriliminin mekanizması

Paslanmaz çelik boru, boruyu alternatif yönlerde plastik olarak deforme eden bir dizi ofset merdane arasından geçerek merdaneyle düzleştirilir. Borunun dış fiberlerindeki çekme gerinimleri, başlangıç ​​eğriliğine ve düzleştirme silindiri ofsetine bağlı olarak genellikle %0,5 ile %2,0 arasında değişir. Yaklaşık 205 MPa akma mukavemetine sahip, tavlanmış 316 paslanmaz çelikte uygulanan %0,5'lik çekme plastik gerilimi, 150–200 MPa'lık bir artık gerilime (%75–100 akma mukavemeti) karşılık gelir. Artık gerilimlerin dağılımı oldukça lokaldir: en büyük gerilimler ince bir yüzey katmanında (20-100 µm derinlik) görülür, çünkü düzleşme deformasyonu çoğunlukla boru çekirdeğinde elastiktir ve yalnızca yüzeyde plastiktir. Çatlaklar yüzeyde çekirdeklenir ve toplu artık gerilim alanına doğru büyür. Bu ince, yüksek gerilimli katman, SCC'nin başlatılması için mükemmeldir. Genellikle, artık gerilimlerin yönü silindirlerle temas halinde olan boru yüzeyleri üzerinde ekseneldir (borunun uzunluğu boyunca), çevresel gerilimler ise silindir temasının kenarlarındadır. Eksenel artık gerilimler, ısıtıcı kılıf için özellikle sorunludur çünkü bunlar, iç basıncın neden olduğu çember gerilimi ile aynı yöndedir; iki gerilimin toplamı, kırılma gelişimini hızlandıran net bir çekme gerilimine ulaşır.

Doğrultma gerilimleri nedeniyle SCC eşiğinde ölçülen azalma

Kaynayan magnezyum klorür içindeki 316 boru sistemi üzerinde yapılan sistematik testler (154 derece, standartlaştırılmış SCC testi),-sonradan doğrultma gerilim giderme işlemi yapılmayan düzleştirilmiş boruların, uygulanan 200 MPa gerilim altında 20-50 saat içinde başarısız olduğunu göstermektedir. Gerilimi giderilmiş durumdaki aynı boru (artık gerilim 30 MPa'nın altında) 500 saatten fazla dayanır. Daldırma tipi ısıtıcılar için geçerli olan hizmet koşullarında, 1.000 ppm klorür içeren - 90 derece su - sonuç, gerilimi azaltılmış önemli. 316 kılıfların SCC olmadan 5-8 yıl boyunca 1.000 ppm klorüre direnç göstermesidir. 150 MPa'dan fazla artık yüzey gerilimine sahip düzleştirilmiş kılıflar, aynı klorür seviyesinde 12-24 ay içinde SCC kırılmalarına neden olacaktır. Gerilim giderme altındaki kılıflar 500 ppm klorürde sonsuza kadar dayanır. Düzeltilen kılıflar 3-5 yıl içerisinde parçalanacaktır. Düzleştirme kuvvetleri uygulanmadan SCC'nin başlatılması için kritik eşik kombinasyonu 60 derece ve 300 ppm klorürdür. 80 derecenin üzerinde, 200 ppm'nin üzerindeki herhangi bir klorür konsantrasyonunun 100 MPa'yı aşan düzleştirici artık gerilimlerle birleşimi sonuçta SCC'ye yol açacaktır. Aşağıdaki tablo, artık yüzey gerilimi, klorür konsantrasyonu ve sıcaklığın bir fonksiyonu olarak SCC'nin başlatılmasına kadar geçen süreyi göstermektedir.

Düzleştirmeden Kaynaklanan Artık Yüzey Gerilimi (MPa) Klorür Konsantrasyonu (ppm) Kılıf Sıcaklığı (derece) SCC Çatlak Başlangıcına Kadar Süre (çalışma saati) Delinmeye Kadar Geçen Süre (1,5 mm duvar) Önerilen Eylem<30 (stress relieved) 1000 90 >70,000 (>8 years) >80.000 Kabul Edilebilir<30 (stress relieved) 2000 80 >50,000 >60.000İzleme ile kabul edilebilir 50-100 (hafif düzleştirme) 500 90 20,000-30.000 (2,5-3,5 yıl) 25.000-40.000 Marjinal; stres giderme önerilir
50-100 (hafif düzleştirme) 1000 80 15,000-20.000 (1,7-2,3 yıl) 18.000-25.000 Sürekli kullanım için önerilmez 100-150 (orta derecede düzleştirme) 300 90 10,000-15.000 (1,1-1,7 yıl) 12.000-18.000 Kabul edilemez 80 derecenin üzerinde 100-150 (orta derecede düzleşme) 500 80 8,000-12.000 (0,9-1,4 yıl) 10.000-15.000 Kabul edilemez
150-200 (ciddi düzleştirme) 200 90 3,000-6,000 (4-8 ay) 4,000-8,000 Herhangi bir klorür için kabul edilemez
150-200 (Şiddetli düzleştirme) 500 70 5,000-10,000 (7-14 ay) 6,000-12,000 Gerilimi giderilmiş tüple değiştirin
Düzeltmeden Kaynaklanan Artık Gerilimin Tespiti ve Giderilmesi

Klorür kullanımı için 316 muhafazalı ısıtıcıyı belirten alıcılar, düzleştirmeden kalan gerilim durumunu kontrol etmenin üç yoluna sahiptir. Bunlardan ilki, U-bükme numunelerinin üretimine yönelik ASTM G38 standart uygulamasıdır. Alınan borunun bir kısmı-bir mandrel üzerinde 180° bükülür ve kaynayan magnezyum klorür içerisine daldırılır. Çatlama 100 saat içinde meydana gelmişse, düzleştirmeden kaynaklanan kalan gerilim, uygulanan gerilim olmadan SCC'ye neden olmak için yeterliydi. İkinci teknik, tüp yüzeyindeki artık gerilimin X-ışını kırınımı (XRD) ile tespitidir. 100 MPa'nın üzerindeki değerler, düzeltme sonrasında gerilimin azaltılmasının tavsiye edildiğini göstermektedir. Üçüncü ve en kolay yöntem,-"ferroksil testi" olarak adlandırılan yöntemdir (bakır sülfat-sülfürik asitle aşındırma), bu yöntem, önemli artık gerilim alanlarını daha koyu aşındırma desenleri olarak gösterir. 200 ppm'nin üzerinde klorürlerle 70 derecenin üzerinde hizmet vermesi amaçlanan ısıtıcılar için 30 MPa'nın altındaki artık gerilimler, 1-2 saat süreyle 400-500 derecede sonradan düzeltme gerilim giderici tavlamayla elde edilir. Tam çözelti tavlaması (1040 derece) artık gerilimleri tamamen ortadan kaldırır ancak borunun bozulmasına neden olabilir ve genellikle yalnızca kritik uygulamalar için belirtilir. Alıcılar, uygulanabilir kalite güvencesi sağlayan, düzleştirmeden sonra boru tedarikçisi tarafından gerçekleştirilen gerilim giderme işleminin (veya tavlanmış borularda düzleştirme yapılmadığının) doğrulanmasına ihtiyaç duyabilir.

Doğrultma kalıntılarından SCC alanında tanımlama

Düzleşme artıklarının nedeni, ısıtıcının SCC nedeniyle arızalanması durumunda oluşan çatlakların şekli ile ayırt edilir. Çatlaklar genellikle kılıfın düz bölümlerinden kaynaklanır; bükülmeler veya kaynaklarda değil, düzleştirmenin yarattığı gerilimlerden kaynaklanır. Bunlar genellikle uzunlamasınadır (yani tüp eksenine paraleldir) ve silindir temas modeline karşılık gelen, 5-15 mm aralıklarla ayrılmış bir dizi paralel çizgi halinde oluşabilirler. Kırıklar, SCC tipik dallanma ile büyütme altında 80°C'nin üzerindeki klorür ortamlarında 316 için transgranüler (tane sınırlarını geçen) niteliktedir. Kırılma yüzeyi çok sünek değildir. Arızalı ısıtıcı, düzleştirmeden sonra gerilimi hafifletilmemiş bir partiden geliyorsa ve servis koşulları, 70 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda 300 ppm'nin üzerinde klorürleri içeriyorsa, temel neden muhtemelen kesinlikle düzleştirmeden kaynaklanan artık gerilimdir. Geriye kalan tüm ısıtıcılar hizmetten çıkarılmalı veya bu tür kurulumlar için mümkün olan yerlerde gerilim giderme işlemiyle değiştirilmelidir.

Sonuçlar: Klorür Hizmeti için Artık Gerilim Kontrolünün Tanımı

Silindirle düzleştirmeden sonra 316 paslanmaz çelik boruya uygulanan artık gerilim profili, klorür SCC eşiğini 3 ila 5 kat azaltabilen gizli bir değişkendir. Sıcak klorür ortamları, gerilimi azaltılmış boruların 5-10 yıl dayandığı ayarlar altında 1-2 yıl içinde 100 MPa'nın üzerinde yüzey artık gerilimleri olan boruyu çatlatacaktır. 200 ppm'nin üzerinde klorürler ve 70 derecenin üzerinde sıcaklıklar içeren herhangi bir hizmet için, 316 kılıflı ısıtıcıları belirten mühendisler aşağıdakilerden birine ihtiyaç duymalıdır: düzeltme sonrası gerilim giderme (1-2 saat boyunca 400-500 derece) veya borunun, kalan gerilimi en aza indirecek şekilde ayarlanan silindir ofsetleriyle tamamen tavlanmış durumda düzleştirildiğinin sertifikasyonu. Önerilen çerçeve, genellikle "malzeme kalitesine" atfedilen, ancak aslında boru düzleştirmeyle ilişkili yönetilmeyen artık gerilimden kaynaklanan erken çatlama hatalarını önlemek için, düzleştirme sürecini ölçülebilir SCC başlangıç ​​süreleriyle ilişkilendirerek kullanılabilir.