Pri akej konkrétnej kombinácii koncentrácie kyseliny sírovej a teploty si 1,2-milimetrový plášť z nehrdzavejúcej ocele 316 vyžaduje dodatočné-žíhanie zváraním, aby sa zabránilo medzikryštalickej korózii v elektrických ponorných ohrievačoch?

Zváranie upevnenia montážnych prírub a armatúr k plášťu z nehrdzavejúcej ocele 316 sa musí vykonať pre výrobných technikov a pracovníkov zabezpečujúcich kvalitu, ktorí majú na starosti elektrické ponorné ohrievače na použitie v prevádzke s kyselinou sírovou. Zváranie generuje teplo, ktoré môže spôsobiť senzibilizáciu, tvorba karbidov chrómu na hraniciach zŕn v tepelne-ovplyvnenej zóne. 316 senzibilizovaná stráca svoju odolnosť proti korózii a stáva sa náchylnou na medzikryštalickú koróziu, ktorá prednostne napáda hranice zŕn, čo spôsobuje rýchlu stratu materiálu a možné zlyhanie ohrievača. Hrúbka steny plášťa riadi rýchlosť ochladzovania po zváraní a nutnosť žíhania po zvare. V tejto práci sme určili prahovú hodnotu koncentrácie kyseliny sírovej vyžadujúcu po-zváraní žíhanie, aby sa zabránilo medzikryštalickému korózii v 1,2 mm 316 plášti.

Senzibilizácia a mechanizmus medzikryštalickej korózie v 316
Keď sa nehrdzavejúca oceľ 316 zahreje na teploty medzi 450 °C a 850 °C, v rozsahu senzibilizácie sa na hraniciach zŕn vyzrážajú karbidy chrómu. Takéto vyzrážanie-rosného bodu vylúhuje chróm z oblastí pri hraniciach zŕn, čím sa ochudia na menej ako 12 % chrómu potrebného na vytvorenie pasívneho filmu. V korozívnom prostredí sú tieto zóny ochudobnenia chrómu prednostne korodované, čo vedie k napadnutiu hraníc zŕn a v konečnom dôsledku k odstráneniu materiálu. 1,2 mm tenký-stenný plášť má nízku tepelnú hmotnosť a teplo sa po zváraní môže rýchlo rozptýliť. To vedie k rýchlej rýchlosti chladenia. Tenká stena sa rýchlo ochladí z teploty zvárania pod 450 °C a strávi málo času v oblasti senzibilizácie. Hrubé-steny > 3 mm majú pomalšiu rýchlosť chladenia, čo zvyšuje riziko senzibilizácie. Avšak pre stenu s hrúbkou 1,2 mm je rýchlosť ochladzovania vo všeobecnosti dostatočne rýchla, aby sa predišlo senzibilizácii pri konvenčných podmienkach zvárania plynovým volfrámovým oblúkom. Kľúčom nie je len hrúbka steny, ale aj obsah uhlíka v materiáli 316. Nízky uhlík 316L (max 0,03% C) je obzvlášť odolný voči senzibilizácii nezávisle od hrúbky steny. Standard 316 (max 0,08 % uhlíka) môže byť senzibilizovaný, ak sa chladí príliš pomaly.

Kritická koncentrácia kyseliny sírovej na detekciu senzibilizácie
Medzikryštalická korózia senzibilizovaného 316 je obzvlášť závažná pri určitých koncentráciách kyseliny sírovej. Straussov test (ASTM A262 Practice E) kombinuje vriacu 16% kyselinu sírovú so síranom meďnatým na testovanie senzibilizácie. Medzikryštalické napadnutie sa najpravdepodobnejšie vyskytuje pri prevádzke v 10 až 40 % kyseline sírovej pri teplotách nad 50 °C. Pri menej ako 10 % kyselina nie je dostatočne silná na to, aby sa prednostne zamerala na hranice zŕn. Pri asi 40 % sa kyselina stáva oxidačnou a repasivuje povrch, čím maskuje senzibilizáciu. Prahová koncentrácia pre riziko medzikryštalickej korózie pre 1,2 mm plášť 316 v kyseline sírovej je asi 15–25 % pri teplotách 60–80 °C. Pod 15 % môže senzibilizovaný plášť žiť roky bez zjavného napadnutia. Pri koncentráciách nad 25 % môže kyselina oxidovať dostatočne na to, aby zastavila intergranulárny útok, ale jamkovanie sa potom stáva problémom. V rámci kritického rozsahu 15 – 25 % môže senzibilizovaný obal stratiť 0,5 – 2,0 mm materiálu každý rok pozdĺž hraníc zŕn, pričom v priebehu mesiacov prerazí 1,2 mm stenu. Preto pre aplikácie s koncentráciou kyseliny sírovej medzi 15 % a 25 % a teplotami nad 50 °C sa dôrazne odporúča žíhanie po zváraní, pokiaľ sa nepoužije 316L.

Matica požiadaviek na žíhanie pre zvárané 316 plášte
Nižšie uvedená tabuľka uvádza odporúčania pre post{0}}žíhanie 1,2 mm 316 plášťov pre rôzne koncentrácie kyseliny sírovej, prevádzkové teploty a konkrétne používané 316 triedy. Žíhanie je zahriatie zváranej zostavy na 1050 °C počas 15 minút, potom rýchle ochladenie (ochladenie vodou alebo nútený plyn).

Koncentrácia kyseliny sírovej Stupeň prevádzkovej teploty 316 po-požadovanom žíhaní zvaru? Alternatívne odporúčanie
Menej ako 10 percent akejkoľvek teploty 316 alebo 316 l Žiadne štandardné zváranie OK
10 – 15 % pod 60 °C 316L Nie je preferované 316L
10 – 15 % Pod 60 °C 316 Nie, ale odporúča sa 316 l Prijateľné bez žíhania
10 – 15 % 60 – 90 °C 316L Nie Monitor na napadnutie 10 – 15 % 60 – 90 °C 316 Áno Žíhanie alebo použitie 316L 15 – 25 % Pod 50 °C 316L Nie 316L prijateľný 15 – 25 % Požadovaný 15 °C 15 % Áno Pod 315 50 – 80 °C 316 alebo 316L Áno Žíhanie povinné pre každý stupeň 15 – 25 % Nad 80 °C Akékoľvek 316 Áno, plus zvážiť aktualizáciu zliatiny Vysoké riziko napadnutia; použite zliatinu 20 25 – 40 % Akákoľvek teplota Akákoľvek 316 Neaplikovateľné Senzibilizácia nie je primárny režim zlyhania; dominuje pitting
viac ako 40 percentAkákoľvek teplota Akákoľvek 316 Nehodí sa Oxidujúca kyselina; intergranulárny útok nepravdepodobný
Ak sa použije štandard 316, je potrebné žíhanie po zvare pre 1,2 mm plášť 316 v kritickom koncentračnom rozsahu 15 – 25 % pri teplotách nad 50 °C. Pri 316L je žíhanie dodatočnou bezpečnostnou rezervou. Medzikryštálová korózia môže preniknúť tenkou stenou za 3–12 mesiacov, čo vedie k oddeleniu príruby alebo úniku plášťa bez žíhania zóny pripevnenia zváranej príruby.

Praktické úvahy o žíhaní pre tenkostenné-rúrky
Problémy v praxi nastávajú pri post{0}}žíhaní 1,2 mm 316 plášťa. Vysoká teplota 1 050 °C môže viesť k oxidácii vnútorného odporového drôtu, ak zostava nie je dobre tienená. Žíhanie sa musí vykonávať v kontrolovanej peci s argónom alebo disociovaným amoniakom, aby sa zabránilo oxidácii. Alternatívne môže byť zvarová zóna lokálne žíhaná indukčným ohrevom bez ohrevu celého ohrievača. Izolácia MgO v zápustkách ohrievača sa rozpína ​​inak ako oceľ a môže rozbiť plášť, preto nie je možné úplné žíhanie ohrievačov, ktoré boli predtým zakované izoláciou MgO. Žíhanie sa musí vykonať po zváraní, ale pred kovaním alebo lokalizované iba v oblasti zvaru. Inžinieri by mali špecifikovať, že po akýchkoľvek zvaroch na 316 plášťoch pre použitie s 15 – 25 % kyselinou sírovou by malo nasledovať lokálne indukčné žíhanie tepelne-ovplyvnenej zóny. Žíhaná zóna musí byť minimálne 10 mm na každej strane zvaru. Správne žíhanie je možné skontrolovať pomocou feritového merača alebo odoslaním vzorky zvaru na testovanie ASTM A262 Practice E. Dodávateľ, ktorý nemôže vykonávať po{20}}žíhaní po zváraní alebo ponúkať overovacie testovanie, nesmie byť zamestnaný v prevádzke s kyselinou sírovou v kritickom rozsahu koncentrácií. Náklady na jednu poruchu medzikryštalickej korózie, ktorá je zvyčajne neočakávaná a bez varovania, sú výrazne vyššie ako náklady na dobré procesy žíhania. Pre nové inštalácie výber 316L namiesto štandardného 316 eliminuje potenciál senzibilizácie pre steny s hrúbkou 1,2 mm za všetkých okrem tých najextrémnejších podmienok a dôrazne sa odporúča pre akékoľvek použitie kyseliny sírovej s koncentráciou nad 10 %.