Miksi 316:n ruostumattomasta teräksestä valmistettu vaippa, jonka seinämän paksuus on alle 1,1 millimetriä, vaatii jälkihehkutuksen, jotta estetään jännityskorroosiohalkeilu kuumassa merivesisovelluksissa?

Puristamisesta aiheutuva jäännösvetolujuus ja klorideille altistuminen aiheuttavat suuren jännityskorroosiohalkeilun vaaran tuotantoinsinööreille ja korroosioasiantuntijoille, jotka vastaavat sähkövastuslämmittimistä merivesijäähdytteisissä järjestelmissä, suolanpoistolaitoksissa ja offshore-lautoilla. Jännityskorroosiohalkeilulle on ominaista kolmen ehdon samanaikainen läsnäolo (artikla 10): herkkä materiaali, vetojännitys ja yli 60 astetta oleva kloridiympäristö. Magnesiumoksidieristeen kondensoimiseen käytetty puristusmenetelmä synnyttää suuria jäännösvetojännitystä 316-vaipan sisäpinnalle. Nämä jäännösjännitykset ovat erityisen voimakkaita ohutseinämäisille vaippoille, joiden paksuus on alle 1,1 mm, ja ne ulottuvat suuremman prosenttiosuuden seinämän paksuudesta tarjoten lähes jatkuvan kanavan murtumien alkamiselle ja etenemiselle. Näitä jäännösjännityksiä voidaan lieventää ja jännityskorroosiohalkeiluherkkyyttä vähentää huomattavasti jälki-swage-hehkutuksella, eli lämmittämällä valmiin lämmitinkokoonpanon 1050 asteeseen ja nopealla karkaisulla. Tutkimuksessa kvantifioidaan yhteys seinämän paksuuden, jäännösjännityksen määrän ja jälkihehkutuksen tarpeen välillä meriveden huoltoa varten.

Jäännösjännityksen suuruus vs. seinämän paksuus huuhtelun jälkeen
Puristusprosessin aikana 316-putki kylmätyöstetään, kun halkaisijaa pienennetään 15-30 % MgO:lla täytetyn ytimen ympärillä. Kylmätyöstö aiheuttaa sijoiltaan siirtymiä ja rakeiden muodonmuutoksia ja varastoi elastista energiaa jäännösjännityksenä. Röntgendiffraktion jäännösjännitysmittaukset, jotka suoritettiin naarmuuntuneiden 316 vaipan sisäpinnalla, paljastavat huomattavan käänteisen riippuvuuden seinämän paksuudesta. Jäännösvetolujuus sisäpinnalla seinämän paksuudella 0,8 mm vaihtelee välillä +250 - +350 MPa. 1,0 mm:n seinämäpaksuudella vaihteluväli on +200 - +280 MPa. 1,2 mm:n seinälle alue on pienentynyt +150 - +220 MPa. 1,6 mm:n seinälle vaihteluväli on +100 - +160 MPa. Jäännösjännitykset pienenevät arvoon +50 - +100 MPa 2,0 mm:n seinässä. Nämä arvot ovat lähellä jännityskorroosiohalkeilun kynnystä tai ylittävät lämpimässä kloridiympäristössä, joka on noin +150 MPa ruostumattomalle 316-teräkselle suolavedessä 60 asteessa. Vaipat, joiden sisäpinnan jäännösjännitys on yli 150 MPa, aiheuttavat todennäköisesti halkeamia muutaman kuukauden kuluessa altistumisesta. Alle 100 MPa:n riski on huomattavasti pienempi. Siten vaippojen, joiden seinämän paksuus on alle noin 1,2 mm, sisäpinnan jäännösjännitykset ylittävät turvallisen tason, kun taas 1,6 mm:n ylittävissä vaippaissa on normaalisti kynnyksen alapuolella. Välialueella 1,2–1,6 mm vaara liittyy erityiseen heilahtelun vähenemiseen ja meriveden lämpötilaan.

Hehkutusprosessi ja sen vaikutus korroosionkestävyyteen ja jäännösjännitykseen.
316-vaippa hehkutetaan 1050 asteen 15-30 minuutin ajan suojaavassa ympäristössä, yleensä argonissa tai dissosioidussa ammoniakkissa, kylmäkäsitellyn raerakenteen uudelleenkiteyttämiseksi. Menetelmä eliminoi jäännösjännityksen lähes kokonaan ja laskee sisäpinnan arvot noin ±20 MPa:iin alkuperäisestä seinämänpaksuudesta riippumatta. Mutta hehkutuksessa on 3 mahdollista haittapuolta. Ensinnäkin korkea lämpötila voi hapettaa sisällä olevan vastuslangan, jos ympäristöä ei hoideta kunnolla. Nikkeli-kromiseokset kehittävät suojaavan oksidin 1 050 asteessa, mutta voimakas hapettuminen pienentää langan{15}}poikkileikkausta ja lyhentää lämmittimen käyttöikää. Toiseksi hehkutus pehmentää 316-vaippaa, mikä vähentää sen mekaanista lujuutta ja paineluokitusta noin 20–30 prosenttiin sen kylmävetoarvosta. Lämmitin, jonka teho on 40 baaria swaged-tilassa, voidaan laskea 30 baariin hehkutuksen jälkeen. Kolmanneksi hitaat jäähdytysnopeudet hehkutuksen aikana voivat aiheuttaa herkistymistä eli kromikarbidin saostumista raerajoilla. Nopea jäähdytys, usein vesijäähdytys tai pakotettu kaasujäähdytys, välttää herkistymisen ja säilyttää korroosionkestävyyden. Hyvin-suoritettu hehkutus ei vaikuta piste- tai rakokorroosionkestävyyteen. Se voi jopa parantaa passiivisen pinnoitteen homogeenisuutta. Ohutseinäisten alle 1,1 mm:n -vaippojen tapauksessa jäännösjännityksen vähentämisen edut ylittävät huomattavasti haitat, koska muuten käyttöikä rajoittuu kuukausiin eikä vuosiin jännityskorroosiohalkeilun vuoksi.

Merivesipalvelun hehkutusvaatimukset ja seinämän paksuusmatriisi
Seuraavassa taulukossa on yhteenveto ohjeista, jotka koskevat 316 vaipan jälkihehkutusta{0}} kuuman meriveden käyttöön yli 60 asteen lämpötiloissa. Arvot jatkuvalle tai ajoittaiselle kloridialtistukselle ja yli kahden vuoden ennustetulle käyttöajalle.

Vaipan seinämän paksuus Sisäpinnan jäännösjännitys Jännityskorroosio Halkeamisen vaara Huuhtelu ilman jälkiä-Swage hehkutus hehkutus Suositeltavat vaihtoehtoiset suositukset
Alle 0,8 mm Yli 350 MPaErittäin korkea; viikkojen epäonnistuminen Pakollinen paksumpi seinä tai metalliseospäivitys?
250 – 350 MPa 0,8 – 1,0 mm korkea; vika 1 – 6 kuukaudessa. Pakollinen hehkutus vaaditaan kaikissa merivesipalveluissa
1,0 – 1,2 mm 200 – 280 Mpa Keskitaso korkea; vika 6–18 kuukauden kohdallaErittäin suositeltava Hyväksyttävä ilman hehkutusta Vain ajoittaiseen käyttöön
1,2 – 1,4 mm 150 – 220 MPa Keskitaso; 1–3 vuoden vika Jatkuvaa käyttöä varten SuositeltavaTarkista vuosittain ilman hehkutusta 1,4 – 1,6 mm 100 – 160 MpaMatalista kohtalaisiin; epäonnistuminen 3–5 vuodessa Valinnainen 5 vuoden käyttöikä voi olla riittävä ilman hehkutusta
1,6 – 2,0 mm 50 – 100 MPaMatala – ei todennäköisesti romahda seuraavan 5 vuoden aikana Ei hyödyllistä Hehkutus ei ole kovin hyödyllistä
Yli 2,0 mm< 50 MPaVery low Not necessaryNo annealing needed, might weaken strength
Yli 60 asteen ja alle 1,2 mm:n suolaisessa vedessä oleville vaippaille jälkihehkutuksen määrittäminen on ero lämmittimen, joka epäonnistuu yhdessä vuodessa, ja sellaisen lämmittimen välillä, joka kestää vähintään viisi vuotta. Hehkutuksen lisäkustannukset, yleensä 15-25 % lämmittimen kustannuksista, kompensoidaan pidentyneellä käyttöiällä ja poistetulla odottamattomien halkeiluvikojen riskillä.

Hehkutettujen ohuiden{0}}seinävaippojen määrittämisen käytännön näkökohtia
Ohut-seinämäiset 316-vaipat tulee insinöörien jälki-hehkuttaa, ja hankintaspesifikaatioon tulee sisällyttää kolme lisävaatimusta. Ensin vaaditaan hehkutusympäristön ja jäähdytysnopeuden sertifiointia. Vaatimustenmukaisuustodistus siitä, että hehkutus on suoritettu ei--hapettavassa ympäristössä 1,050 15 asteen lämpötilassa vähintään 15 minuutin ajan ja vesijäähdytteinen tai pakotettu kaasujäähdytys varmistaa oikean käsittelyn. Toiseksi vaadi herkistystesti ASTM A262 -käytännön E mukaisesti. Testi koostuu hehkutetun vaippamateriaalin näytteen upottamisesta kiehuvaan kupari-kuparisulfaattiliuokseen ja rakeiden välisen vaikutuksen varalta. Läpäisyluokitus osoittaa, että hehkutus ei johtanut herkistymiseen. Kolmanneksi vaaditaan todentaminen, ettei sisäinen vastuslanka ole hapettunut tai vaurioitunut. Yksinkertainen eristysresistanssitesti huoneenlämmössä-vähintään 100 megaohmia{18}}vahvistaa, että MgO ja lanka ovat edelleen paikoillaan. Väärin ilmassa hehkutettujen lämmittimien vastusjohto voi olla täysin hapettunut ja lämmittimessä on oikosulku tai erittäin alhainen vastus. Suuren volyymin valmistuksessa insinöörien tulee etsiä tuhoisia poikkileikkausnäytteitä alkuperäisestä tuotantoajosta raerakenteen ja rakeidenvälisten karbidien puuttumisen varmistamiseksi. Tämä pätevyys on suhteellisen halpa verrattuna kenttävikojen kustannuksiin merivesisovelluksissa, joissa viallinen lämmitin johtaa yleensä aluksen sammuttamiseen, tyhjentämiseen ja puhdistamiseen. Oikein hehkutettu ohut{23}}seinämä 316 yhdistää ohuiden seinien lämpövasteen edut ja paksujen seinien jännityskorroosionkestävyyden - molempien maailmojen parhaat puolet, kun vaaditaan sekä nopeaa lämmitystä että meriveden kestävyyttä.