Pri akej špecifickej kombinácii zvyškového napätia a koncentrácie chloridov sa po 5 rokoch prevádzky vyvinie plášť ohrievača 316 l v okolitej (25-stupňovej) vode v bazéne napäťové korózne praskanie

Nízkoteplotný{0}}prah SCC pre dlhodobé-ponorenie

The likelihood of stress corrosion cracking (SCC) is normally regarded as insignificant for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes placed in ambient temperature (25°C) swimming pool water or other unheated chloride-containing pools (spas, decorative fountains, cooling ponds, fire suppression storage tanks). SCC of austenitic stainless steels generally requires temperatures above 50-60°C. However, long term immersion (5+ years) in pool water with 500-2,000 ppm chloride (typical for chlorinated pools) combined with sustained tensile residual stresses from manufacturing (drawing, bending, straightening) can initiate SCC at room temperature, but with much longer induction times. The key combination is residual stress greater than around 70-80% of the yield strength of the material (140-165 MPa for annealed 316L with 205 MPa yield) and chloride concentration greater than 1,000-1,500 ppm. SCC cracking initiated at 2000 ppm Cl- and residual stress >150 MPa za 3-5 rokov s prechodom do perforácie za 6-10 ​​rokov. Pri nižších chloridoch (500-800 ppm) musí byť zvyškové napätie vyššie ako 180-190 MPa pre praskanie. Tento článok kvantifikuje prah zvyškového napätia-chlorid pre SCC pri izbovej teplote v 316 l po dlhodobom (5+ roku) ponorení.

Mechanizmus nízkoteplotného SCC s dlhým indukčným časom

Kinetika chloridového SCC pri teplote okolia (25 stupňov) je asi o dva rády pomalšia ako pri teplote 80-100 stupňov. Indukčný čas pre iniciáciu trhliny súvisí s Arrheniovou rovnicou s aktivačnou energiou 60-80 kJ/mol. S klesajúcou teplotou sa zvyšuje prahové napätie pre SZB; pri 25 stupňoch je prah vyšší (70-85 % výťažku) ako pri 80 stupňoch (50-60 %). Ale praskanie môže stále nastať v priebehu niekoľkých rokov, ak je trvalé zvyškové napätie nad prahovou hodnotou. Mechanizmus vyžaduje lokálnu degradáciu pasívneho filmu na miestach s vysokým napätím (kroky sklzu, rozhrania inklúznej matrice) a prítomnosť agresívnej lokálnej chémie (vysoký chlorid, nízke pH) v rastúcej trhline. Difúzia pri izbovej teplote je pomalšia, ale je k dispozícii dostatok času (roky) na vytvorenie požadovaných koncentračných gradientov.

Kvantifikovaný zvyškový stres - 5-ročný chloridový prah iniciácie SCC

Prahové hodnoty zvyškového napätia pre iniciáciu trhlín v priebehu 5 rokov, ako sú určené kontrolovaným testovaním konštantného zaťaženia vzoriek 316L U-ohybu a C{3}}krúžku v chloridových roztokoch pri 25 stupňoch počas 5-ročného obdobia (43 800 hodín) sú:

Koncentrácia chloridu (ppm) Minimálne zvyškové napätie pre iniciáciu SCC do 5 rokov (MPa) Napätie ako % z výťažnosti (205 Mpa) Čas do iniciácie prasknutia (hodiny) Prah+20 MPaČas do perforácie po iniciácii (1,5 mm stena, hodiny) Odporúčané pre 5-ročnú prevádzku<200 >250 (no cracking at yield) >120% No cracking N/A Yes 200-500 190-210 93-102% 35,000-45,000 >50 000 Áno (s monitorovaním)
500-800 170-190 83-93% 30,000-40,000 40,000-60,000 Acceptable 800-1,200 150-170 73-83% 25,000-35,000 30,000-50,000 Marginal 1,200-1,500 140-160 68-78% 20,000-30,000 25,000-40,000Not recommended 1,500-2,000 130-150 63-73% 15,000-25,000 20,000-35,000 No 2,000-3,000 120-140 59-68% 10,000-20,000 15,000-30,000 No >3,000 <120 <59% <10,000 <15,000 Unacceptable
Vplyv práce za studena na vznik zvyškového stresu

Zdroj a distribúcia zvyškového napätia ovplyvňujú citlivosť SCC. Ohýbanie spôsobuje zvyškové napätia (lokalizované na vonkajšom polomere ohybov), ktoré sú škodlivejšie ako tie, ktoré sa získajú pri rovnomernom ťahaní, pretože gradient napätia je strmší a maximálne napätie je väčšie.

Zdroj zvyškového napätia Typické maximálne napätie (MPa) Prah distribúcie napätia chloridov na 5 rokov SCC (ppm) Bazénová služba Navrhovaný pomer polomeru ohybu (R/D)
Roller (straightening) 50-150Surface, axial >2 000 NA
Kreslenie (práca za studena) 100-250 Jednotné, axiálne 1500-2500 N/A
Bending (R/D=2) 200-400 (tension face)Localised, hoop 500-1,000 >Odporúča sa 3.0
Bending (R/D=3) 150-250Localised 800-1,500 >2,5 prijateľné
Bending (R/D=4) 100-180 Localised 1,200-2,000 >2,0 marginálne
Zváranie (koncový uzáver) 100-300 Lokalizované HAZ 500-1500 N/A (odporúča sa uvoľnenie napätia po zváraní)
Praktické odporúčania pre aplikácie ohrievačov vody v bazénoch

Obmedzenia zvyškového napätia a metódy kontroly chloridov pre 316L plášťové ohrievače v okolitej (25 stupňovej) vode bazéna alebo kúpeľa sú nasledovné.

Typ bazéna Typický obsah chloridu (ppm) Odporúčané maximálne zvyškové napätie (MPa) Požadované po-úprave tvarovania Životnosť ohrievača (roky) Očakáva sa
Bazén so sladkou vodou (nízky Cl)<500 <200 (acceptable as-drawn)>10 Žiadne
Chlórovaný bazén (štandard) 500-1 500<150 Stress relief (400°C, 1h) for bends R/D <3 5-8
Bazén so slanou vodou (elektrolýza) 1 500 – 5 000 < 100 3-5 Kompletné žíhanie roztoku po ohnutí
Salt water pool (high Cl) >5000 <50 (316L not recommended) Upgrade to duplex 2205 5-8 (with duplex)
Kúpele (bróm/chlór, 35-40 stupňov) 500-2000<120 Stress release + electropolish 4-6 Room Temperature SCC Field Identification

Ak sa ohrievač s objemom 316 l pokazí v okolitej vode v bazéne po 3-8 rokoch prevádzky, mal by sa zvážiť SCC pri izbovej teplote, ak sú trhliny transgranulárne, rozvetvené a v oblastiach so značným zvyškovým napätím (vonkajší polomer ohybu, narovnané úseky alebo HAZ zvaru). Povrch lomu môže vykazovať plážové znaky postupného šírenia trhlín. Chemické záznamy vody by mali uvádzať hodnoty chloridov > 1 000 – 1 500 ppm. Budúce nákupy by mali vyžadovať ošetrenie namáhaním po ohybe (400-450 stupňov počas 1-2 hodín), aby sa minimalizovalo zvyškové napätie pod 100-120 MPa pri podobných poruchách.

Záver: Dlhodobá{0}}odolnosť SCC voči izbovej teplote prostredníctvom zvládania zvyškového stresu

For 316L stainless steel heater sheaths in ambient (25°C) pool water with chloride concentrations of 1,000-1,500 ppm, an ongoing tensile residual stress of 140-160 MPa (65-80% of yield) results in SCC in 5 years. Crack arises at 2000 ppm Cl- with residual stresses >120-140 MPa. Technici, ktorí špecifikujú 316L plášte pre bazény, kúpele alebo iné aplikácie s nevyhrievanou chloridovou vodou, musia znížiť zvyškové napätia z ohybu (použite R/D > 3,0 alebo ohyby na uvoľnenie napätia pri 400 stupňoch na 1 hodinu) a z vyrovnávania. Keď analýza vody ukazuje chlorid > 1 500 ppm, upgradujte na duplex 2205 alebo titán pri teplote okolia. Tu prezentovaný rámec spája zvyškové napätie a koncentráciu chloridov s kvantifikovateľnými 5- ročnými prahmi iniciácie SCC pri 25 stupňoch, čo umožňuje kupujúcim špecifikovať výrobné procesy (polomery ohybu, uvoľnenie napätia po ohybe) a limity chemického zloženia vody, ktoré zabránia koróznemu praskaniu spôsobenému dlhou indukciou pri teplote okolia.