Suurin sallittu pinnan hiontajäljen syvyys 316 lämmitinputken keskittömän viimeistelyn jälkeen estää jännityskorroosion halkeilun alkamisen 500 ppm kloridivedessä 90 asteessa

Pintanaarmu jännityskeskittymispaikkana SCC-aloitusta varten

Jännityskorroosiohalkeilun (SCC) alkamiskynnystä kloridiympäristöissä 316 ruostumattomasta teräksestä päällystetylle sähkölämmitysputkelle, jotka on viimeistelty tiukan halkaisijatoleranssin tai sileiden pintojen saavuttamiseksi, on hiottu keskittömästi tai mekaanisesti kiillotettu, ohjataan suoraan jäännöshiontajälkien syvyyden ja syöttönopeuden mukaan, normaalisti 5-50 µm. Jokainen hiontajälki on geometrinen jännityskeskittäjä, jonka teoreettinen jännityskeskittymiskerroin (K_t) vaihtelee välillä 1,5 sileälle, matalalle jäljelle (syvyys).<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µm, juuren säde<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

SCC-aloitusmekanismi pinnan lovissa

316 jännityskorroosiohalkeilu kuumissa klorideissa vaatii kolme ehtoa: herkkä mikrorakenne (yleensä jonkin verran kylmätyötä), pitkittynyt vetojännitys ja aggressiivinen kloridiympäristö. Pintahiontamerkin pohjassa paikallinen vetojännitys saadaan kaavalla $σ_{local}=σ_{applied}×K_{t}$, missä $K_{t}$ on merkin geometrian funktio (syvyyden ja säteen suhde). Tyypillinen hiontamerkki, jonka syvyys d ja juuren säde ρ, antaa K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ). Matala, pyöristetty lommo (d=5 µm, ρ=10 µm) tuottaa K_t≈1+2×sqrt(0,5)=2.4. Syvän terävän jäljen (d=20 $\\mu$m, $\\rho${18}}} $ap\\xmu 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . Käytettäessä 100 MPa:n jäännösjännitystä paikallinen jännitys on 240-730 MPa 205 MPa:n myötörajan yläpuolella ja pitkälle alueelle, jossa SCC esiintyy nopeasti. Halkeama alkaa jännityskonsentraatiosta ja etenee anodisen liukenemisen kautta halkeaman kärjessä kohdistetun jännityksen ohjaamana, kunnes vaipan seinämä lävistetään.

Hiontajäljen syvyyden ja SCC-aloitusten välinen määrällinen suhde

Hallittu SCC-testaus (jatkuva kuormitus, U-taivutus tai C-rengasnäytteet) 316 putkelle, jossa on kontrolloidun syvyyspinnan hiontajäljet ​​(saavutetaan muuttamalla hiomahiontaa ja syöttönopeutta) 500 ppm:n kloridivedessä 90 asteessa, on määrittänyt olennaiset syvyydet SCC:lle tietyn ajan kuluessa.

Suurin hiontajäljen syvyys (µm) Tyypillinen pinnan epätasaisuus (Ra, µm) Merkin juuren säde (µm, tyypillinen) Jännityspitoisuuskerroin (K_t) Aika SCC:n alkamiseen (tuntia, 500 ppm Cl-, 90 astetta , 100 MPa jäännösseinään 5 mm. Suositellaan 500 ppm Cl-, 90 asteen huoltoon<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30 000 Kyllä (elektronioitua vastaava)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 Kyllä 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15 000 Hyväksyttävä 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8000 Marginaali 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4,000 Ei suositella
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1,000-2000 Ei hyväksytä
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
Jäännösjännityksen tason vaikutus sallittuun merkin syvyyteen

Hiontajälkien sallittu syvyys vaihtelee suuresti vaipan jäännösvetolujuuden mukaan. Suurempi jäännösjännitys vaatii matalampia merkintöjä SCC:n estämiseksi. Suurin sallittu merkkisyvyys useille jäännösjännitystasoille, 500 ppm Cl⁻, 90 astetta, on esitetty alla olevassa taulukossa.

Jäännösvetolujuus (MPa) Suurin sallittu hiontajäljen syvyys 10 000 - tunnin SCC-vapaa käyttöikä (µm) Vaadittu pinnan karheus (Ra, µm) Suositeltu viimeistelymenetelmä<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (piirustus)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100-150 (kohtalainen piirustus)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (taivutettu-, ei stressin lievitystä)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Käytännön kloridikäsittelyn tekniset tiedot

Seuraavia pinnan viimeistelykriteerejä suositellaan 316-vaippaisille lämmittimille, joita käytetään yli 200 ppm:n kloridivedessä yli 80 asteen lämpötiloissa arvioituun jäännösjännitystilaan perustuen.

Lopullinen käsittelymenetelmä Suurin hiontajäljen syvyys Maksimi Ra tarkistusmenetelmä Jäännösjännitystila
Jännitystä lievitetty (hehkutettu muovauksen jälkeen)Keskiton maa, 400-600 grit10 µm 0,5 µmVisuaalinen + profilometri 50×
Vedettynä tai taivutettuna (ei jännityksen lievitystä) Hienohiottu + mieto kiillotus 5 µm 0,3 µm Profilometri
Korkeat kloridit Piirrettynä Taivutettuna sähkökiillotusaineena (poista 20-30 µm)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Mikä tahansa, kriittiseen huoltoon Sähkökiillotus + passivointi0 (merkit poistettu kokonaan)<0.1 µmComplete surface inspection
Hiontamerkin aiheuttaman SCC:n kenttätunniste

SCC:n kloridikäytössä vikaantuneiden lämmittimien osalta murtumapinta tulee tutkia murtuman syntypaikan perusteella. Suurennuksessa (100-500×) halkeaman alkukohta osuu usein yhteen hiontajäljen tai naarmun kanssa. Merkki nähdään jyrkästi määriteltynä urana, johon usein kerääntyy korroosiotuote ensisijaisesti uraan. SCC-halkeamat etenevät normaalisti hiontamerkin suuntaan (jos jäljet ​​ovat kehän suuntaisia, halkeamat ovat aksiaalisia, ja jos jäljet ​​ovat aksiaalisia, halkeamat ovat yleensä kehän suuntaisia, mutta voivat seurata merkkiä). Jos hiontajälkiä on ja huoltoympäristössä on yli 200 ppm klorideja ja yli 80 astetta lämpötiloja, hiontajälkien aiheuttamaa SCC:tä on syytä epäillä. Vastaus on vaatia sähkökiillotettuja tai hienokiillotettuja pintoja tulevia ostoksia varten ja poistaa nykyiset lämmittimet tai kiillottaa vaipan pinta paikoilleen, jos se on saatavilla (harvoin käytännössä).

Johtopäätös: Hiontajäljen syvyyden rajat kloridihuollossa

Grinding markings >10-12 µm tarjoaa jännityksen keskittimet ja lyhentää SCC-aloitusaikaa 316 ruostumattomasta teräksestä päällystetylle lämmittimelle 500 ppm kloridivedessä 90 asteessa 20,000+ tunnista 2000-5000 tuntiin. SCC alkaa 500-1000 tunnissa normaaleissa jäännösjännitystasoissa yli 20 µm:n syvyyksissä. Kloridihuoltoa varten insinöörien, jotka valitsevat 316 vaippaa, tulee määrittää hiontajälkien enimmäissyvyys (esim. pienempi tai yhtä suuri kuin 8 µm) tai vastaava enimmäispinnan karheus (esim. Ra pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 µm) ja pyydettävä varmennusta profilometrisesti. Kaikkein vihamielisimmissä kloridiolosuhteissa tai siellä, missä jäännösjännitystä ei voida minimoida, sähkökiillotus kylmämuokatun, naarmuuntuneen pintakerroksen poistamiseksi poistaa kokonaan hiontajälkiin liittyvät jännityskeskittimet. Tässä ehdotettu lähestymistapa yhdistää hiontajäljen syvyyden mitattavissa oleviin SCC-aloitusajoihin, jolloin ostaja voi määrittää pinnan viimeistelytekniikat, jotka välttävät ennenaikaisen halkeaman alkamisen pintavikojen yhteydessä.