Millä erityisellä jäännösjännityksen ja kloridipitoisuuden yhdistelmällä 316 litran lämmittimen vaippa ympäristössä (25 astetta) allasvedessä aiheuttaa stressikorroosiohalkeilua 5 vuoden käytön jälkeen

Matala-lämpötilan SCC:n kynnys-pitkän aikavälin upotukseen

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 3-5 vuodessa ja eteneminen rei'itykseen 6-10 ​​vuodessa. Pienemmillä klorideilla (500-800 ppm) jäännösjännityksen tulee olla suurempi kuin 180-190 MPa halkeilua varten. Tässä artikkelissa määritetään jäännösjännitys-kloridi-kynnys huoneenlämpöiselle SCC:lle 316 litrassa pitkän (5+ vuoden) upotuksen jälkeen.

Matalan lämpötilan SCC:n mekanismi pitkällä induktioajalla

Kloridin SCC-kinetiikka ympäristön lämpötilassa (25 astetta) on noin kaksi suuruusluokkaa hitaampi kuin 80{10}}100 asteessa. Halkeaman alkamisen induktioaika liittyy Arrhenius-yhtälöön, jonka aktivointienergia on 60-80 kJ/mol. Lämpötilan laskiessa SCC:n kynnysjännitys kasvaa; 25 asteessa kynnys on korkeampi (70-85 % saannosta) kuin 80 asteessa (50-60 %). Mutta halkeilua voi silti esiintyä usean vuoden ajan, jos jatkuva jäännösjännitys on kynnyksen yläpuolella. Mekanismi vaatii passiivisen kalvon paikallista hajoamista paikoissa, joissa on suuri jännitys (liukuvaiheet, inkluusio-matriisirajapinnat) ja aggressiivisen paikallisen kemian (korkea kloridi, matala pH) läsnäolo kasvavassa halkeamassa. Diffuusio huoneenlämpötilassa on hitaampaa, mutta riittävästi aikaa (vuosia) on käytettävissä vaadittujen pitoisuusgradienttien muodostamiseen.

Määrällisesti mitattu jäännösstressi - 5-v SCC-aloituskloridikynnykset

Jäännösjännitysrajat halkeamien alkamiselle 5 vuoden sisällä määritettynä kontrolloidulla vakiokuormitustestillä 316 litran U-taivutus- ja C--rengasnäytteillä kloridiliuoksissa 25 asteessa 5 vuoden aikana (43 800 tuntia):

Kloridipitoisuus (ppm) Vähimmäisjäännösjännitys SCC:n käynnistymiselle 5 vuoden sisällä (MPa) Jännitys prosentteina tuotosta (205 MPa) Halkeaman alkamisaika (tuntia) Kynnys+20 MPa-aika rei'ittämiseen aloituksen jälkeen (1,5 mm seinä, huolto) 5<200 >250 (no cracking at yield) >120% No cracking N/A Yes 200-500 190-210 93-102% 35,000-45,000 >50 000 Kyllä (seurannan kanssa)
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
Kylmän työn vaikutus jäännösstressin alkuperään

Jäännösjännityksen lähde ja jakautuminen vaikuttavat SCC-herkkyyteen. Taivutus aiheuttaa jäännösjännityksiä (paikallistettuina mutkien ulkosäteelle), jotka ovat haitallisempia kuin tasaisella vedolla saadut, koska jännitysgradientti on jyrkempi ja huippujännitys suurempi.

Jäännösjännityksen lähde Tyypillinen maksimirasitus (MPa) kloridin jännityksen jakautumisen kynnys 5 vuodeksi SCC (ppm) Allashuollon ehdotettu taivutussädesuhde (R/D)
Roller (straightening) 50-150Surface, axial >2000 NA
Piirustus (kylmätyöstö) 100-250 Tasainen, aksiaalinen 1500-2500 N/A
Bending (R/D=2) 200-400 (tension face)Localised, hoop 500-1,000 >3.0 suositellaan
Bending (R/D=3) 150-250Localised 800-1,500 >2.5 hyväksyttävä
Bending (R/D=4) 100-180 Localised 1,200-2,000 >2.0 marginaali
Hitsaus (päätykappale) 100 -300 Paikallinen HAZ 500-1 500 N/A (hitsauksen jälkeinen jännityksen rentoutuminen on suositeltavaa)
Käytännön suosituksia altaan vedenlämmitinsovelluksiin

Jäännösjännityksen rajoitukset ja kloridin hallintamenetelmät 316 litran päällystetyille lämmittimille ympäröivässä (25 astetta) uima-altaassa tai kylpylässä ovat seuraavat.

Uima-altaan tyyppi Tyypillinen kloridipitoisuus (ppm) Suositeltu enimmäisjäännösjännitys (MPa) vaadittu jälki{0}}muovauskäsittely Lämmittimen odotettu käyttöikä (vuosia)
Makean veden allas (matala Cl)<500 <200 (acceptable as-drawn)>10 Ei yhtään
Kloorattu allas (vakio) 500-1500<150 Stress relief (400°C, 1h) for bends R/D <3 5-8
Suolavesiallas (elektrolyysi) 1 500-5 000 < 100 3-5 Täydellinen liuoshehkutus taivutuksen jälkeen
Salt water pool (high Cl) >5000 <50 (316L not recommended) Upgrade to duplex 2205 5-8 (with duplex)
Spa (bromi/kloori, 35-40 astetta) 500-2000<120 Stress release + electropolish 4-6 Room Temperature SCC Field Identification

Jos 316 litran lämmitin hajoaa ympäröivässä uima-altaan vedessä 3-8 vuoden käytön jälkeen, huoneenlämpöistä SCC:tä tulee harkita, jos halkeamat ovat rakeiden läpi kulkevia, haarautuneita ja alueilla, joilla on merkittävä jäännösjännitys (taivutuksen ulkosäde, suoristetut osat tai hitsaus HAZ). Murtuman pinnalla voi näkyä rantamerkkejä halkeamien asteittaisesta leviämisestä. Vesikemian tietueiden tulee osoittaa kloridiarvot > 1 000–1 500 ppm. Tulevissa ostoissa tulisi vaatia taivutusjännityksen jälkeistä käsittelyä (400-450 astetta 1-2 tunnin ajan), jotta jäännösjännitys minimoidaan alle 100-120 MPa vastaavissa vioissa.

Johtopäätös: Pitkäaikainen{0}}huonelämpötilan SCC-vastus jäännösstressin hallinnan avulla

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. Insinöörien, jotka määrittelevät 316 litran vaipat uima-altaisiin, kylpylöihin tai muihin lämmittämättömiin kloridivesisovelluksiin, on vähennettävä taivutusjännityksiä (käytä R/D > 3,0 tai jännityksenpoisto taivutuksia 400 asteessa 1 tunnin ajan) ja suoristamisesta. Kun vesianalyysi osoittaa kloridipitoisuuden > 1500 ppm, päivitä duplex 2205:een tai titaaniin ympäristön lämpötilassa. Tässä esitetty viitekehys liittää jäännösjännityksen ja kloridipitoisuuden mitattavissa oleviin 5-vuoden SCC-aloituskynnyksiin 25 asteessa, jolloin ostajat voivat määrittää valmistusprosesseja (taivutussäteet, taivutusjännityksen jälkeinen{15}}vähennys) ja vesikemialliset rajat, jotka estävät pitkän induktiolämpötilan ja käyttöjännityskorroosion kestävyyden.