Как процент предварительной холодной обработки от уменьшения пилотной трубки оболочки нагревателя 316L контролирует анизотропию скорости распространения точечной коррозии в продольном и поперечном направлениях в 5000 ppm хлоридной воды при 50 градусах

Микроструктурное выравнивание вследствие деформации и его влияние на геометрию карьера

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, т.е. ямки распространяются вдоль оси трубы в 5 раз быстрее, чем по окружности. Эта анизотропия может привести к преждевременной продольной перфорации даже при значительной средней потере стенки в 5000 ppm хлоридной воды при 50 градусах. В этом исследовании количественно оценена связь между процентом холодной обработки, коэффициентом питтинговой анизотропии и эффективным сроком службы.

Механизм развития анизотропной ямки.

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30% холодная работа). Во-вторых, включения сульфида марганца (MnS), которые являются ключевыми местами для зарождения ямок, прорастают в стрингеры, ориентированные параллельно оси трубы. В-третьих, полосы деформации и дислокационные ячейки выровнены в продольном направлении. Когда образуется ямка, она распространяется преимущественно вдоль этих выровненных объектов. Ямка может мигрировать на большие расстояния вдоль продольной оси без границ зерен и зон, свободных от включений. В поперечном направлении ямка должна пересекать границы зерен и прожилки включений, замедляя распространение.

Количественная оценка корреляции между холодной обработкой и питтинговой анизотропией

Следующие коэффициенты анизотропии были определены в результате контролируемого холодного волочения трубок из 316L (полностью отожженное начало, 2,2% Mo, 0,02% C) до различных процентов восстановления с последующим испытанием на погружение в 5000 ppm Cl -воды (pH 7,0, аэрированная) при 50 градусах в течение 5000 часов, измеряя глубину ямок в продольном (параллельно оси) и поперечном направлении. (круговые) направления.

Холодная обработка (%) Соотношение зерен (длина: ширина) Длина стрингера MnS (мм) Скорость распространения продольных углублений (мм/год) Скорость роста поперечных углублений (мм/год) Коэффициент анизотропии (длинная/поперечная) Время до продольной перфорации (стенка 1,5 мм, годы) Время до поперечной перфорации (лет) Рекомендуется для 5000 частей на миллион Cl^-, эксплуатация при 50 градусах 0 (отжиг) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 Нет
Влияние концентрации хлоридов на степень анизотропии

Увеличение содержания хлоридов в большей степени увеличивает продольное распространение, чем поперечное, и, следовательно, коэффициент анизотропии.

Содержание хлоридов (ppm) Коэффициент анизотропии при 20% скорости холодной обработки Продольная (мм/год) Поперечная скорость (мм/год) Эффективный коэффициент сокращения срока службы (продольный) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (базовый уровень) 3,000 3.5:1 0.30-0.45 0.09-0.13 1.5× 5,000 4.5:1 0.40-0.60 0.09-0.13 2.0× 10,000 6:1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Практические рекомендации по работе с высоким-хлоридом

Следующие ограничения по холодным работам и проектированию должны применяться к нагревателям в корпусе из стали 316L, погруженным в воду с концентрацией Cl⁻ 5000 ppm и температурой 50 градусов.

Желаемый срок службы, лет Максимальная холодная работа для контроля питтинговой коррозии, %Максимально допустимый коэффициент анизотропии. Рекомендуемая производственная спецификацияОтожженная или световая вытяжка 5-8 10-15 2.0:1 Легкая вытяжка, снятие напряжений 3-5 15-20 (не рекомендуется) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Проверка питтингового риска

Для покупателей существует два способа проверки с точными ограничениями на питтинговую анизотропию. Первый — металлографическая оценка соотношения размеров зерен на продольном сечении. Приемка: Соотношение сторон зерна<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Вывод: технические условия ограничивают холодную работу для контроля питтинговой анизотропии

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15-20%, что приводит к анизотропному распространению питтинга со скоростью в 3-5 раз большей, чем поперечная. Эта анизотропия влияет на эффективный срок службы на 30–50 % по сравнению с отожженным материалом. Инженеры, выбирающие оболочки из 316L для работы в средах с высоким содержанием хлоридов, обязаны ограничить предварительные холодные работы<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20% требует после-отжига для рекристаллизации зеренной структуры и устранения анизотропии. Описанная здесь модель соотносит процент холодной обработки с коэффициентом питтинговой анизотропии и временем перфорации при 5000 ppm Cl- при 50 градусах, что позволяет заказчику выбрать уменьшение вытяжки, которое не приведет к раннему разрушению продольной питтинговой коррозии.