Ako objemová frakcia Stringerovho-typu inklúzií sulfidu mangánu (MnS) v 316L rúrke ohrievača riadi pomer hĺbky jamky-k-šírke v chlórovanej morskej vode pri 35 stupňoch

Vplyv tvaru inklúzie na tvar jamky a rýchlosť rastu

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, dĺžka 20-100 µm, vyrobené jednosmerným tuhnutím a ťažkým ťahaním za studena) majú za následok dlhé úzke jamy s pomerom hĺbky k šírke 5:1 až 20:1, ktoré rýchlo prenikajú hrúbkou steny (0,5-1,5 mm/rok). Globulárne inklúzie MnS (pomer strán<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Morfológia inklúzie a riadenie mechanizmu geometrie jamiek

Keď sa jamka iniciuje pri inklúzii MnS v 316L v chlórovanej morskej vode, inklúzia sa prednostne rozpustí (elektrochemicky alebo chemicky) a zanechá prázdnotu. Ak je inklúzia guľovitá, je prázdnota približne guľová. Keď sa otvor šíri do okolitej austenitickej matrice, predná časť šírenia zostáva približne pologuľová. Ak je inklúzia pozdĺžna (predĺžená pozdĺž osi rúrky), pôvodná dutina je dlhý, úzky kanál. V tomto kanáli je udržiavaná lokalizovaná chémia (vysoký chlorid, nízke pH) a jamka sa rýchlo šíri v pozdĺžnom smere, dlho predtým, než dôjde k značnému laterálnemu rozpusteniu. Výsledná jamka „červej diery“ môže mať veľký pomer hĺbky k šírke a môže preniknúť do hrúbky steny za zlomok času potrebného na jamku iniciovanú globulárnou inklúziou.

Stringer Length, Pit Aspect Ratio a perforation time: kvantifikovaný vzťah

Kontrolované expozičné testovanie 316 l hadičiek obsahujúcich inklúzne morfológie MnS rôznych morfológií (vyplývajúce z rôznych postupov výroby ocele a zníženia ťahania) v chlórovanej syntetickej morskej vode (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 350 stupňov a nasledujúcich 0 hodín) sa stanovila rýchlosť šírenia geo.5

Max. Dĺžka MnS Stringer (µm) Priemerný pomer strán (dĺžka:šírka) Hĺbka jamky-k{2}}Pomer šírky Po 1 000 hodinách Rýchlosť šírenia jamky (mm/rok)Čas do perforácie (1,5 mm stena, hodiny) Odporúčané pre 35-stupňovú chlórovanú morskú vodu<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
Morfológia MnS Vplyv oceliarskej praxe

Tvar inklúzií MnS je ovplyvnený najmä postupom výroby ocele a následnou prácou za studena.

Obsah síry (hmot. %) Postup výroby ocele Typická dĺžka struny MnS (µm) Obsah kyslíka (ppm) Kontrola tvaru inklúzie Odporúča sa pre chlórovanú morskú vodu
EAF (elektrická oblúková pec) 0.010-0.025 30-80 50-150 Stringer, neriadená č
EAF + AOD (argón-dekarbonizácia kyslíkom) 0.005-0.015 10-40 30-80 Zmiešaná (globulárna + strunová) okrajová
Ca-Si (AOD s úpravou vápnikom) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globularizované Prijateľné
AOD + Ca + nízke S 0.001-0.005 2-8 10-20 Guľový, jemný Áno VAR (pretavený vákuovým oblúkom) 0.003 5 10 Veľmi jemný globulárny Najlepší ESR (pretavený elektrotroskou) 0.005 8 15 Jemný globulárny Vynikajúce praktické odporúčania pre ohrievače chlórovanej morskej vody

Nasledujúce morfologické parametre sú navrhnuté pre 316L plášťové ohrievače v prevádzke s chlórovanou morskou vodou (1-2 ppm Cl2, 35 stupňov).

$ast$ Požadovaná životnosť (roky) Maximálna dĺžka struny MnS ($mu$m) Maximálny obsah síry (hmot. %) Požadovaná metóda overovania oceliarskej praxe 3 Neaplikovateľné (zliatina nevhodná) Akékoľvek Aktualizácia na duplex 2205 3-5 15 0.008 AOD + úprava vápnikom ASTM E45, typ A, závažnosť 1.5 5-8 10 0.005 AOD + E8} Ca + nízka, AS{S ASTM E45, typ A, závažnosť 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Potvrdenie morfológie MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 znamená, že iniciácia je riadená strunami.

Dlhá životnosť v chlórovanej morskej vode; Záver: Stanovenie globulárnych inklúzií

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1), ktoré prenikajú do steny rýchlosťou 0,6-1,2 mm/rok, čo spôsobuje perforáciu v priebehu 1-3 rokov. Rovnoosé jamky rastú rýchlosťou 0,1-0,3 mm/rok a dávajú životnosť 5-15 rokov. Takéto jamky sú produkované guľovitými inklúziami (dĺžka<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.