Prečo si hrúbka steny plášťa 316 z nehrdzavejúcej ocele pod 1,1 milimetra vyžaduje dodatočné-žíhanie, aby sa predišlo praskaniu v dôsledku korózie pri namáhaní v aplikáciách s horúcou morskou vodou?

Kombinácia zvyškového napätia v ťahu z kovania a vystavenia chloridom predstavuje vysoké nebezpečenstvo korózneho praskania pod napätím pre výrobných inžinierov a špecialistov na koróziu zodpovedných za elektrické ponorné ohrievače v systémoch chladených morskou vodou, odsoľovacích zariadeniach a pobrežných plošinách. Korózne praskanie pod napätím je charakterizované súčasnou prítomnosťou troch podmienok (článok 10): citlivý materiál, ťahové napätie a chloridové prostredie presahujúce 60 stupňov. Metóda kovania použitá na kondenzáciu izolácie z oxidu horečnatého vytvára veľké zvyškové ťahové napätia na vnútornom povrchu plášťa 316. Tieto zvyškové napätia sú obzvlášť silné pre tenkostenné plášte s hrúbkou pod 1,1 mm a presahujú väčšie percento hrúbky steny, čím poskytujú takmer súvislý kanál pre iniciáciu a šírenie lomu. Tieto zvyškové napätia môžu byť uvoľnené a náchylnosť na korózne praskanie pod napätím výrazne znížená následným-zápustovým žíhaním, tj zahriatím hotovej zostavy ohrievača na 1050 stupňov a rýchlym kalením. Štúdia kvantifikuje súvislosť medzi hrúbkou steny, množstvom zvyškového napätia a potrebou dodatočného žíhania pre morskú vodu.

Veľkosť zvyškového napätia vs. hrúbka steny po kovaní
Počas procesu kovania je trubica 316 opracovaná za studena, pretože priemer sa zmenšil o 15-30% okolo jadra naplneného MgO. Opracovanie za studena vytvára dislokácie a deformáciu zŕn a ukladá elastickú energiu ako zvyškové napätie. Merania zvyškového napätia rôntgenovej difrakcie uskutočnené na vnútornom povrchu 316 stlačených puzdier odhaľujú značnú inverznú závislosť od hrúbky steny. Zvyškové ťahové napätie na vnútornom povrchu pre hrúbku steny 0,8 mm sa pohybuje od +250 do +350 MPa. Pre hrúbku steny 1,0 mm je rozsah +200 až +280 MPa. V prípade steny s hrúbkou 1,2 mm je rozsah znížený na +150 až +220 MPa. Pre 1,6 mm stenu je rozsah +100 až +160 MPa. Zvyškové napätia sú znížené na +50 až +100 MPa v stene s hrúbkou 2,0 mm. Tieto hodnoty sú blízko alebo za prahom korózneho praskania pod napätím v teplom chloridovom prostredí, čo je asi +150 MPa pre nehrdzavejúcu oceľ 316 v slanej vode pri 60 stupňoch . Plášte, ktorých zvyškové napätie na vnútornom povrchu je vyššie ako 150 MPa, pravdepodobne iniciujú trhliny v priebehu niekoľkých mesiacov od vystavenia. Pod 100 MPa je riziko podstatne menšie. Plášte s hrúbkou steny pod asi 1,2 mm majú teda zvyškové napätia na vnútornom povrchu prekračujúce bezpečnú úroveň, zatiaľ čo plášte nad 1,6 mm sú normálne pod prahovou hodnotou. Pre stredný rozsah 1,2 – 1,6 mm nebezpečenstvo súvisí s špecifickou redukciou zabíjania a teplotou morskej vody.

Proces žíhania a jeho vplyv na odolnosť proti korózii a zvyškové napätie.
Plášť 316 sa žíha po kovaní pri teplote 1 050 stupňov počas 15 až 30 minút v ochrannom prostredí, zvyčajne argóne alebo disociovanom amoniaku, aby sa rekryštalizovala štruktúra zŕn spracovaná za studena-. Metóda takmer úplne eliminuje zvyškové napätie, čím sa hodnoty vnútorného povrchu znížia na približne ±20 MPa bez ohľadu na počiatočnú hrúbku steny. Ale žíhanie má 3 možné nevýhody. Po prvé, vysoká teplota môže zoxidovať odporový drôt vo vnútri, ak nie je správne spravované prostredie. Zliatiny niklu-chrómu vytvárajú ochranný oxid pri 1 050 stupňoch, ale silná oxidácia znižuje-prierez drôtu a znižuje životnosť ohrievača. Po druhé, žíhanie zmäkčuje plášť 316, čím sa znižuje jeho mechanická pevnosť a tlak na približne 20 – 30 % jeho hodnoty ťahania za studena{20}. Ohrievač dimenzovaný na 40 barov v stave stlačenia môže byť po žíhaní znížený na 30 barov. Po tretie, pomalé rýchlosti ochladzovania počas žíhania môžu spôsobiť senzibilizáciu, tj precipitáciu karbidu chrómu na hraniciach zŕn. Rýchle chladenie, často ochladzovanie vodou alebo nútené chladenie plynom, zabraňuje senzibilizácii a zachováva odolnosť voči korózii. Dobre{29}}vykonané žíhanie neovplyvňuje odolnosť voči jamkovej alebo štrbinovej korózii. Môže dokonca zlepšiť homogenitu pasívneho povlaku. Pre tenkostenné plášte pod 1,1 mm výhody zníženia zvyškového napätia značne prevyšujú nevýhody, pretože inak by bola životnosť obmedzená na mesiace a nie na roky v dôsledku praskania koróziou pod napätím.

Požiadavky na žíhanie a matica hrúbky steny pre službu s morskou vodou
V nasledujúcej tabuľke sú zhrnuté pokyny pre následné- žíhanie 316 plášťov pre použitie s horúcou morskou vodou pri teplotách presahujúcich 60 stupňov . Hodnoty pre nepretržité alebo prerušované vystavenie chloridom a plánovanú životnosť viac ako dva roky.

Hrúbka steny plášťa Zvyškové napätie na vnútornom povrchu Riziko namáhania Korózia praskanie Kovanie bez podpery-Žíhanie klátovania Žíhanie Odporúčané alternatívne odporúčania
Pod 0,8 mm Nad 350 MPaVeľmi vysoká; týždne neúspechuPovinné Vylepšenie hrubšej steny alebo zliatiny?
250 – 350 MPa Výška 0,8 – 1,0 mm; zlyhanie za 1 – 6 mesiacov Povinné žíhanie potrebné pre všetky služby s morskou vodou
1,0 – 1,2 mm 200 – 280 Mpa Stredná až vysoká; zlyhanie po 6–18 mesiacoch Dôrazne sa odporúča Prijateľné bez žíhania Len pre prerušovanú prevádzku
1,2 – 1,4 mm 150 – 220 MPa Stredná; Porucha 1–3 rokyPre trvalú prevádzku Odporúčaná Každoročná kontrola bez žíhania 1,4 – 1,6 mm 100 – 160 MpaNízka až stredná; zlyhanie za 3 až 5 rokov Voliteľná 5-ročná životnosť môže byť primeraná bez žíhania
1,6 – 2,0 mm 50 – 100 MPaNízka – nie je pravdepodobné, že by sa zrútila v priebehu nasledujúcich 5 rokov Nevýhodné Žíhanie nie je veľmi prospešné
Viac ako 2,0 mm< 50 MPaVery low Not necessaryNo annealing needed, might weaken strength
Pre plášte v slanej vode nad 60 stupňov a menej ako 1,2 mm je špecifikácia žíhania po zápuste rozdielom medzi ohrievačom, ktorý zlyhá za jeden rok, a ohrievačom, ktorý vydrží päť alebo viac rokov. Dodatočné náklady na žíhanie, zvyčajne 15 – 25 % nákladov na ohrievač, sú kompenzované zvýšenou životnosťou a odstráneným rizikom neočakávaného prasknutia.

Praktické aspekty špecifikácie žíhaných tenkých-stenových plášťov
Tenkostenné 316 plášte by mali inžinieri dodatočne vyžíhať- a do špecifikácie obstarávania by mali byť zahrnuté tri dodatočné požiadavky. Prvá požiadavka na certifikáciu prostredia žíhania a rýchlosti chladenia. Osvedčenie o zhode, že žíhanie bolo vykonané v -neoxidačnom prostredí pri 1,{7}} stupni po dobu minimálne 15 minút a vodou ochladzované alebo nútene chladené plynom zaisťuje správne spracovanie. Po druhé, vyžiadajte si test senzibilizácie v súlade s ASTM A262 Practice E. Test pozostáva z ponorenia vzorky žíhaného materiálu plášťa do vriaceho roztoku síranu meďnatého a skúmania intergranulárneho napadnutia. Hodnotenie vyhovenia naznačuje, že žíhanie neviedlo k senzibilizácii. Tretím je vyžadovanie overenia, či vnútorný odporový drôt nebol zoxidovaný a poškodený. Jednoduchý test izolačného odporu pri izbovej teplote-minimálne 100 megaohmov{18}}potvrdzuje, že MgO a vodič sú stále na svojom mieste. Ohrievače, ktoré boli nesprávne žíhané na vzduchu, môžu mať odporový drôt úplne zoxidovaný a ohrievač bude vykazovať skrat alebo veľmi nízky odpor. Pre veľkoobjemovú výrobu by inžinieri mali hľadať deštruktívne vzorky prierezu z počiatočného výrobného cyklu, aby potvrdili štruktúru zŕn a nedostatok medzikryštalických karbidov. Táto kvalifikácia je relatívne lacná v porovnaní s nákladmi na poruchy v teréne v aplikáciách s morskou vodou, kde zlyhanie ohrievača zvyčajne vedie k odstaveniu nádoby, jej vypusteniu a čisteniu. Správne žíhaná tenká-stena 316 kombinuje výhody tepelnej odozvy tenkých stien a odolnosť hrubých stien proti korózii a praskaniu - to najlepšie z oboch svetov, keď sa vyžaduje rýchle zahriatie a odolnosť voči morskej vode.