316 Paslanmaz Çelik Kılıf Et Kalınlığının Seçimi, 60 Santigrat Derecenin üzerindeki Sıcak Klorür Ortamlarında Stres Korozyon Çatlaması Riskini Nasıl Etkiler?

Kimya tesisi mühendisleri ve bakım personelinin, deniz suyu-soğutmalı ısı eşanjörleri, tuzlu su konsantrasyon tankları ve belirli gıda işleme ekipmanları gibi sıcak klorür çözeltileri içeren uygulamalar için elektrikli daldırma ısıtıcıları belirlemesi durumunda, gerilimli korozyon çatlaması, genel çukurlaşma veya çatlak korozyonundan ayrı bir arıza modu oluşturur. Homojen duvar incelmesinin aksine, stresli korozyon çatlaması, 316 paslanmaz çelik kılıfı haftalar veya aylar içinde, genellikle çok az görünür uyarıyla delebilen dallanmış taneler arası veya taneler arası çatlaklara neden olur. Uygulanan veya artık çekme gerilimi, klorür konsantrasyonu, sıcaklık ve duvar kalınlığının karşılıklı etkileşimi, belirli bir kılıfın yıllarca dayanıp dayanmayacağına veya felaketle sonuçlanıp arızalanmayacağına karar verir. Bu makale, duvar kalınlığının, üretimden kaynaklanan artık gerilimlerin boyutu ve çatlağın duvar boyunca yayılması için gereken süre üzerindeki etkisiyle, gerilimli korozyon çatlağı riski üzerindeki etkisini ölçmektedir.

316 Kılıfta Stres Korozyonu Çatlaması için Üç Temel Koşul
316 gibi östenitik paslanmaz çeliklerin stresli korozyon çatlaması, üç eşzamanlı koşulun meydana gelmesini gerektirir; hassas bir malzeme, kritik düzeyde bir çekme gerilimi ve genellikle 60 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda klorür içeren aşındırıcı bir ortam . 316, saldırıya karşı 304'ten daha az hassastır ancak bağışık değildir. Çekme gerilimleri, sistem basıncı veya termal genleşme yoluyla harici olarak uygulanabilir veya kılıfın bükülmesi, dövülmesi ve kaynaklanması gibi imalat prosedürlerinden kaynaklanan artık gerilimler olabilir. Isıtıcı kılıflardaki direnç teli etrafındaki magnezyum oksit yalıtımını yoğunlaştırmak için kullanılan dövme işlemi, 316 tüpün dış yüzeyinde büyük artık çevresel çekme gerilimleri oluşturur. Bu artık gerilimler, malzemenin akma mukavemeti kadar yüksek olabilir ve uygulanan düşük gerilimlerde çatlağın başlaması için itici faktördür. Bir çukurda veya yüzey kusurunda gerilimli korozyon çatlağının başlangıç ​​sonrasında yayılma hızı, klorür içeriğine ve sıcaklığa bağlı olarak ayda 0,1-10 milimetredir. Çatlak yayılması, kalan duvar kalınlığı basıncı içeride tutmak için yetersiz olana kadar devam eder veya çatlak iç duvara nüfuz ederek proses sıvısının girmesine ve elektrik arızasına neden olur.

Duvar kalınlığının çatlak başlangıcı ve yayılması üzerindeki etkisi
Duvar kalınlığının stres korozyonu çatlaması riski üzerinde iki zıt etkisi vardır. İlk olarak, daha ince duvarlar, aynı dövme azaltımı için daha yüksek artık gerilimlere sahip olma eğilimindedir çünkü soğuk iş, duvar enine kesitine daha da uzanır. 0,8 mm'lik bir kılıf, dövme sonrasında 400-500 MPa'lık yüzey artık gerilimine sahip olabilir, ancak aynı dış çapa sahip 2,0 mm'lik bir kılıf, soğuk iş etkisi genel kalınlığa göre daha sığ bir yüzey katmanıyla sınırlı olduğundan yalnızca 200-300 MPa artık gerilime sahip olabilir. Artık gerilimin yüksek olması çatlağın başlama süresini kısaltır. İkinci olarak, belirli bir çatlak yayılma hızı için delinmeye kadar geçen süre, bir çatlak 2,0 mm'lik bir kılıfı delmeye . 4 ay başladıktan sonra kalan duvar kalınlığıyla doğru orantılıdır, ancak ayda 0,5 mm hızla yayılan bir kırılma 0,8 mm'lik bir kılıfı 1,6 ayda nüfuz edecektir. Net etki monoton olmayan bir risk profilidir. Çok ince kılıflar (<1.0 mm) develop cracks quickly yet have little material to penetrate. Very thick sheaths (above 2.0 mm) break more slowly, but take longer to perforate. Intermediate thicknesses 1.2–1.6 mm are the highest risk category, because they start at moderate rates, but have enough wall thickness to conceal developing cracks for a long time before abrupt failure.

316 Kılıf Sıcaklık ve Klorür Konsantrasyonu Eşikleri
316 stainless steel is not susceptible to stress corrosion cracking in chloride solutions below 60°C. Cracking will only occur in concentrated chlorides >1.000 ppm ve 60 derece ila 80 derece arasında güçlü çekme gerilmeleri. 100-500 ppm'lik orta düzeydeki klorür seviyelerinde, risk 80 derece ile 120 derece arasında şiddetli hale gelir . 316, 120 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda, duvar kalınlığına bakılmaksızın, çekme gerilimi olan herhangi bir klorür ortamı için uygun değildir. Isıtıcı kılıfların kullanıldığı bu yüksek riskli sıcaklık aralıklarında, pratik mühendislik tepkisi ya klorür konsantrasyonunu 10 ppm'nin altına düşürmek, ya da üretimden sonra tamamen tavlama yoluyla çekme gerilimlerini ortadan kaldırmak ya da Incoloy 825 ya da titanyum gibi daha dirençli bir alaşıma yükseltmektir. Klorür hizmetinde 316 kılıflık duvar kalınlığına ilişkin tavsiyeler, dövmeden kaynaklanan artık gerilimlerin ortadan kaldırılamayacağı varsayılarak, sıcaklık ve klorür konsantrasyonuna dayalı olarak aşağıdaki gibidir:

Çalışma Sıcaklığı Klorür Konsantrasyonu Önerilen Minimum 316 Kılıf Duvar Kalınlığı Gerilim Korozyon Çatlaması Riskinden Önce Beklenen Hizmet Ömrü Alternatif Öneri
60–80 derece < 100 ppm 1,2 mm Düşük risk, > 5 yıl 316 kabul edilebilir 60–80 derece 100–1.000 ppm 1,6 mm Orta risk, 2–4 yıl Yıllık olarak izleyin 60–80 derece > 1.000 ppm 2,0 mm Yüksek risk, 1–2 yıl Alaşım yükseltmeyi düşünün
80 - 100 derece < 100 ppm 1,6 mm Orta risk, 2 - 3 yıl alaşım yükseltmesi 80-100 derece 100-500 ppm 2,0 mm Yüksek risk, 1-2 yıl Önerilen alaşım yükseltmesi .
80-100oC > 500ppmÖnerilmez Öngörülemez,<1 yearUse titanium or Incoloy 825;
100-120 derece ölçülebilir herhangi bir Cl Tavsiye edilmez Hızlı arıza olasılığı Zorunlu alaşım yükseltmesi 120 derece Herhangi bir klorür Uygun değil Yakın arıza Malzeme özelliklerini değiştirin
Duvar kalınlığını artırmadan stres korozyonu çatlama riskini en aza indirecek tasarım değişiklikleri
Mühendisler, daha kalın bir duvarın ısı maliyetini kabul etmeden önce, gerilimli korozyon çatlağı denkleminin çekme gerilimi bileşenini en aza indiren üç tasarım ayarlamasını dikkate almalıdır. İlk ve en önemlisi, tüm dövme ve bükme prosedürlerinden sonra bitmiş ısıtıcı grubunun tamamen tavlanmasıdır. 1050 derecede tavlama ve ardından hızlı soğutma, kalan gerilimleri kabaca %80-90 oranında azaltır ve korozyon direnci üzerinde çok az etki yaratır. Bu değiş tokuş-iç direnç telinin oksitlenme potansiyelini ve ekstra üretim maliyetini içerir. 2. değişiklik, düşük-artık-gerilmeli dövme işlemlerinin tanımıdır. Orta düzeyde gerilim azaltma ile birden fazla hafif dövme geçişi, tek bir ağır azaltmadan daha az artık gerilime neden olur. Yüksek güvenilirliğe sahip ısıtıcıların üreticileri genellikle 1,2 mm duvar kılıflarında bile 150 MPa'nın altındaki yüzey artık gerilimlerine ulaşabilmektedir. Üçüncü değişiklik, sistemi uygulanan çekme gerilimlerini en aza indirecek şekilde tasarlamaktır. Düşük sistem basıncına yönelik tasarım, esnek elektrik bağlantıları ve termal genleşmeyi önleyen esnek olmayan kurulumdan kaçınılması, kılıf üzerindeki toplam çekme geriliminin azaltılmasına hizmet eder. Bu modifikasyonların kullanıldığı durumlarda, 1,2 mm'lik bir 316 kılıf, yüksek artık gerilimlerle 2,0 mm'lik bir kılıfı bozabilecek koşullarda yeterli hizmet ömrü sağlayabilir.

Mevcut Tesislerin Denetimi ve İzleme Stratejileri
Bir ısıtıcı, sıcak klorür ortamında hizmete girdiğinde, duvar kalınlığı seçimleri geriye dönük olarak değiştirilemez. Bunun yerine, stresli korozyon çatlağının tespiti için sık sık denetim yapılması gerekmektedir. Kılıf yüzeyinin boya penetrant testi, yeni oluşan çatlakları duvara nüfuz etmeden önce tespit edebilir. 80 derece, 500 ppm klorür servisi, 1,2–1,6 mm et kalınlığına sahip kılıflar için üç ayda bir muayene yapılması tavsiye edilir. 2,0 mm ve üzeri daha kalın kılıflar için, artan yayılma süresi daha fazla uyarı sağladığı için altı ayda bir-kontroller yeterli olabilir. Akustik emisyon izleme, çalışma sırasında çatlama etkinliğini gerçek zamanlı olarak tespit edebilir ancak bu yaklaşım genellikle kritik veya yüksek değerli tesislere uygulanır. Temel uyarı göstergesi, kılıfın yüzeyinde, genellikle yalnızca büyütme altında veya bir boya penetrantının kullanılmasıyla görülebilen ince dallanma kırıklarının gelişmesidir. Çatlaklar görülürse, yayılma hızı öngörülemeyen bir şekilde hızlanabileceğinden, duvar kalınlığı ne kadar olursa olsun ısıtıcı hızlı bir şekilde değiştirilmelidir.

Sonuç: Gerilimli Korozyon Çatlama Kontrolü için Duvar Kalınlığının Bilgilendirilmiş Belirtimi
Duvar kalınlığı bir dayanıklılık ölçütü değil, yüksek klorürlü ortamlarda elektrikli daldırma ısıtıcılar için 316 paslanmaz çelik kılıf seçen mühendisler için bir risk yönetimi aracıdır. Daha kalın duvarlar kırılma yayılma süresini geciktirir, ancak artık gerilimler büyükse çatlağın başlamasını engellemez. Daha ince duvarlar çatlakların daha hızlı oluşmasına neden olabilir ancak daha erken delinerek daha az gizli bozulma sağlar. Gerilim korozyonu çatlamasını önlemenin en iyi yolu, bunun meydana gelebileceği koşullardan kaçınmaktır; yani sıcaklıkları 60 o C'nin altında, klorürleri 100 ppm'nin altında veya kalıntı gerilimleri 100 MPa'nın altında tutmak. Uygulama durumunda bu koşullar kaçınılmazdır, bu durumda kırılma başlangıcı ve çatlak ilerleme marjının optimum uyumu, tam tavlama ile 1,6-2,0 mm'lik bir duvar kalınlığı ile sağlanır. Klorür seviyeleri 1000 ppm'i aşarsa veya sıcaklıklar 100 dereceyi aşarsa, uygun olan tek mühendislik tavsiyesi farklı bir kılıf alaşımı seçmektir. Incoloy 825 veya titanyuma yükseltmenin maliyeti, bir ürün grubunun kirlenmesine, bir proses hattının kaybına veya iletken klorür çözeltileriyle temas halinde açıkta kalan elektrikli parçalar nedeniyle güvenlik tehlikesine neden olan beklenmedik bir ısıtıcı arızasının maliyetiyle karşılaştırıldığında minimum düzeydedir.