Kuinka Stringer{0}}tyyppisen mangaanisulfidin (MnS) inkluusioiden tilavuusosuus 316 litran lämmittimen vaippaletkussa säätelee kuopan syvyyttä---leveyteen kloorivedessä 35 asteessa

Inkluusiomuodon vaikutus kuopan muotoon ja kasvunopeuteen

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, pituus 20-100 µm, tuotettu yksisuuntaisella jähmettymisellä ja raskaalla kylmävedolla) johtavat pitkiin kapeisiin kuoppiin, joiden syvyys-leveyssuhde on 5:1 - 20:1, jotka tunkeutuvat seinämän paksuuden läpi nopeasti (0,5-1,5 mm/vuosi). Globulaariset MnS-sulkeumat (kuvasuhde<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.

Inkluusiomorfologia ja kuoppageometrian mekanismin ohjaus

Kun kuoppa aloitetaan MnS-inkluusiossa 316 litrassa klooratussa merivedessä, inkluusio liukenee ensisijaisesti (sähkökemiallisesti tai kemiallisesti) jättäen tyhjän tilan. Tyhjyys on suunnilleen pallomainen, jos inkluusio on pallomainen. Kun reikä etenee ympäröivään austeniittimatriisiin, etenemisrintama pysyy suunnilleen puolipallon muotoisena. Jos inkluusio on stringer (pitkänomainen pitkin putken akselia), alkuperäinen tyhjiö on pitkä, kapea kanava. Tässä kanavassa paikallinen kemia (korkea kloridi, matala pH) säilyy ja kuoppa etenee nopeasti stringerin suuntaan kauan ennen kuin huomattavaa lateraalista liukenemista tapahtuu. Tuloksena olevalla "madonreiällä" voi olla suuri syvyyden ja leveyden suhde, ja se voi tunkeutua seinämän paksuuden läpi murto-osassa ajasta, joka tarvitaan pallomaisen inkluusion aloittamaan kuoppaan.

Stringerin pituus, Pit Aspect Ratio ja rei'itysaika: kvantifioitu suhde

Hallittu altistustestaus 316 litran letkulle, joka sisältää eri morfologioita (johtuen erilaisista teräksenvalmistuskäytännöistä ja vedon vähenemisestä) MnS-inkluusiomorfologioita, klooratussa synteettisessä merivedessä (1,5 ppm Cl2, 20 000 ppm Cl⁻, pH 8,0) on vahvistanut kuopan geometriaa 35 ja 0 asteen jälkeen 0,0 tuntia leviämisnopeudet.

Max. MnS Stringerin pituus (µm) Keskimääräinen inkluusiokuvasuhde (Pituus:Leveys) Kuopan syvyys---Leveyssuhde 1 000 tunnin jälkeen Kuopan leviämisnopeus (mm/vuosi) Rei'itysaika (1,5 mm:n seinämä, tuntia) Suositeltu huolto 35 asteelle.<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
MnS-morfologian vaikutus teräksenvalmistuskäytäntöön

MnS-sulkeumien muotoon vaikuttaa pääasiassa teräksen valmistusprosessi ja sitä seuraava kylmätyöstö.

Rikkipitoisuus (paino-%) Teräksenvalmistuskäytäntö Tyypillinen MnS Stringerin pituus (µm) Happipitoisuus (ppm) Sisällysmuodon säätö Suositeltu klooratulle merivedelle
EAF (sähkökaariuuni) 0.010-0.025 30-80 50-150 Stringer, hallitsematon Nro
EAF + AOD (argon-hapenpoisto) 0.005-0.015 10-40 30-80 Sekoitettu (pallo + stringer) marginaali
Ca-Si (AOD kalsiumkäsittelyllä) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globularisoitu hyväksyttävä
AOD + Ca + alhainen S 0.001-0.005 2-8 10-20 Pallomainen, hieno Kyllä VAR (tyhjiökaari uudelleensulatettu) 0.003 5 10 Erittäin hieno pallomainen Paras ESR (sähkökaari uudelleensulatettu) 0.005 8 15 Hieno pallomainen Erinomaisia ​​käytännön suosituksia klooratuille meriveden lämmittimille

Seuraavia morfologisia inkluusioparametreja ehdotetaan 316L päällystetyille lämmittimille klooratussa merivesipalvelussa (1-2 ppm Cl 2, 35 astetta).

$ast$ Haluttu käyttöikä (vuosia) Suurin MnS Stringerin pituus ($mu$m) Suurin rikkipitoisuus (paino-%) Vaadittu teräksenvalmistuskäytännön varmistusmenetelmä 3 Ei sovelleta (seos ei sovellu) Mikä tahansa päivitys dupleksiin 2205 3-5 15 0.008 AOD + kalsiumkäsittely ASTM E45, tyyppi A, ASTM E45, tyyppi A, vakavuus 1.5 5-8 10 0.005 ASTM + vakavuus 1.0 8-12 8 0.003 VAR tai ESR ASTM E45, tyyppi A, vakavuus 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
MnS-morfologian vahvistus

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 tarkoittaa, että aloitusta ohjaavat stringerit.

Pitkä käyttöikä klooratussa merivedessä; Johtopäätös: pallomaisten sulkeumien määritys

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), jotka tunkeutuvat seinään nopeudella 0,6-1,2 mm/vuosi aiheuttaen perforaatiota 1-3 vuodessa. Tasapainoiset kuopat kasvavat 0,1-0,3 mm/vuosi ja antavat käyttöiän 5-15 vuotta. Tällaisia ​​kuoppia tuottavat pallomaiset sulkeumat (pituus<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.