За поморске инжењере који специфицирају електричне урањајуће грејаче за платформе на мору, бродске системе и обална индустријска постројења, комбинација цикличног механичког оптерећења и хлоридне корозије ствара посебно агресиван механизам квара познат као замор од корозије. За разлику од чистог замора на ваздуху или чисте корозије у статичким условима, замор од корозије доводи до иницирања прслине при знатно нижим амплитудама напрезања и краћем веку циклуса. Преостала напрезања уведена током процеса привијања-који се користе за компактирање изолације од магнезијум оксида око отпорне жице-у интеракцији су са радним напонима да би се убрзао или успорио раст прслина у зависности од њиховог знака и величине. Овај чланак квантификује како дебљина зида омотача од нерђајућег челика 316 утиче на дистрибуцију заосталих напрезања након савијања и како ова заостала напрезања модификују век трајања замора од корозије у морским срединама.
Генерисање преосталог напрезања током заливања 316 омотача
Када се цев од нерђајућег челика 316 превуче са већег пречника на мањи пречник око језгра испуњеног МгО-, процес изазива карактеристичан образац заосталог напрезања. Спољна површина омотача доживљава заостала тлачна напрезања јер матрице за савијање забијају материјал према унутра, док унутрашња површина доживљава заостала напрезања затезања док збијени МгО гура напоље током еластичног повратног притиска. Величина ових заосталих напона зависи од дебљине зида у односу на смањење пречника. За плашт са танким -зидом-испод 1,0 мм-сила затезања продире скоро у целу дебљину зида, стварајући висока тлачна напрезања на спољној површини (обично -200 до -300 МПа) и умерена затезна напона на унутрашњој површини ({112 МПа}). За плашт са -стилним зидовима-изнад 1,8 мм-сила привијања се апсорбује првенствено у спољашњим слојевима, стварајући висока тлачна напрезања само у близини спољне површине, док унутрашњи слојеви остају релативно непромењени. Затезни напони на унутрашњој површини су такође нижи јер је збијање МгО мање потпуно, као што је објашњено у члану 12. Мерења рендгенске дифракције заосталих напона у испупченим омотачима 316 потврђују ову везу. Зидни омотач од 0,9 мм показао је површински тлачни напон од -280 МПа. Зидни омотач од 1,5 мм показао је -180 МПа. Зидни омотач од 2,0 мм показао је само -120 МПа. Тањи омотач чува повољније напрезање при притиску на спољној површини – месту где обично започињу пукотине од замора од корозије.
Како заостало напрезање на притисак успорава настанак пукотина од замора од корозије
Покретање прслине услед замора од корозије у нерђајућем челику 316 захтева и циклично затезно напрезање и корозивни електролит који садржи хлориде. Пукотина почиње у површинској јами или инклузији где се заштитни пасивни филм разбио. Ако је површина у стању заосталог тлачног напона, примењени циклични затезни напон мора прво да превазиђе ову компресију пре него што материјал доживи нето напетост на врху прслине. Ово ефективно подиже гранични напон за иницирање пукотине. За плашт од 0,9 мм 316 са -280 МПа површинском заосталом компресијом, примењено циклично напрезање од +200 МПа производи само -80 МПа нето на површини која је још увек тлачна и није способна да изазове заморну пукотину. Само када примењени циклични напон премашује +280 МПа, површина доживљава нето напетост. Насупрот томе, омотач од 2,0 мм са површинском компресијом од само -120 МПа доживљава нето напетост када примењени напон премашује +120 МПа, што је много нижи праг. Испитивање корозионог замора у синтетичкој морској води на 60°Ц потврђује овај ефекат. Узорци са дебљином зида од 0,9 мм и високом резидуалном компресијом преживели су 10 милиона циклуса при 250 МПа примењеним наизменичним напрезањем без иницирања пукотине. Узорци са дебљином зида од 2,0 мм и ниском резидуалном компресијом отказали су након 2 милиона циклуса при истом примењеном напрезању. Тањи омотач је обезбедио пет пута дужи век замора од корозије упркос томе што има мању апсолутну дебљину зида.
Замјена{0}}између предности преосталог напрезања и маргине дебљине зида
Предност замора од корозије код омотача са танким{0}}има мора да се избалансира у односу на смањену маргину материјала када се пукотина иницира. Плашт од 0,9 мм са високом заосталом компресијом може одолети настанку пукотина милионима циклуса. Међутим, када пукотина превазиђе поље заосталог напрезања-на пример, због велике површинске јаме или пролазног преоптерећења-мора да се шири кроз само 0,9 мм материјала пре перфорације. Плашт од 2,0 мм са нижом заосталом компресијом може покренути пукотину након мање циклуса, али пукотина мора проћи кроз 2,0 мм да би изазвала квар. Укупан животни век до отказа је збир животног века иницијације и века ширења. Експериментални подаци из испитивања замора од корозије ротирајућих греда у морској води на 60°Ц показују следеће укупне циклусе до лома за омоте од 10 мм ОД 316 при наизменичном напону од 200 МПа. Плашт од 0,8 мм постигао је укупно 12 милиона циклуса (11,5 милиона иницијације, 0,5 милиона пропагације). Плашт од 1,2 мм постигао је 8 милиона циклуса (7 милиона иницијације, 1 милион пропагације). Плашт од 1,6 мм постигао је 5 милиона циклуса (3 милиона иницијације, 2 милиона пропагације). Плашт од 2,0 мм постигао је 3,5 милиона циклуса (1,5 милиона иницијације, 2 милиона пропагације). Плашт са -танким зидовима са високом заосталом компресијом пружа најдужи укупан век упркос минималној маргини ширења.
Матрица за избор животног века замора од корозије за морска окружења
Следећа табела даје препоручене дебљине плашта од 316 за електричне грејаче за урањање у морским окружењима на основу очекиване амплитуде цикличког напрезања и потребног века трајања. Вредности претпостављају континуирано излагање морској води или бочастој води на 30–60°Ц и стандардним процесима пражњења без накнадног-жарења.
| Очекивана амплитуда цикличког напрезања | Потребан радни век | Препоручена дебљина зида омотача 316 | Доминантни Фаилуре Моде | Образложење дизајна |
|---|---|---|---|---|
| Ниска (< 50 MPa) | >10 година | 1,2 – 1,6 мм | Корозија пукотина | Корист од резидуалног стреса је мање важна; додатак за корозију погони дебљину |
| Умерено (50 – 150 МПа) | 5 – 10 година | 1,0 – 1,2 мм | Покретање замора од корозије | Танак зид обезбеђује високу заосталу компресију за превенцију пукотина |
| Умерено (50 – 150 МПа) | >10 година | 1,4 – 1,6 мм са накнадним-жарењем | Пропагација након иницијације | Жарење уклања преосталу корист од стреса; ослањају се на маргину дебљине |
| Висока (150 – 250 МПа) | 3 – 5 година | 0,8 – 1,0 мм | Покретање замора од корозије | Максимална резидуална компресија битна; прихватити краћи век трајања |
| Висока (150 – 250 МПа) | >5 година | Није изводљиво са 316 | Преоптерећење или брзо пуцање | Надоградите на Инцолои 825 или титанијум |
| Променљива са честим преоптерећењима | Било који | 1,6 – 2,0 мм | Размножавање након неочекиване пукотине | Маргина дебљине штити од непредвидивих догађаја |
За апликације где циклична напрезања настају услед вибрација, циклуса термичког ширења или флуктуација притиска, мерење или процена амплитуде напона је од суштинског значаја. Ако је мерење немогуће, под претпоставком да је умерени ниво напрезања од 100 МПа конзервативно подразумевано. У таквим случајевима, дебљина зида од 1,2 мм нуди најбољу равнотежу предности заосталог напрезања и маргине ширења. Инжењери би такође требало да размотре спецификацију накнадног-жарења притиска за омоте са-стилним зидовима намењеним за апликације великог{7}}цикла. Жарење на 1050°Ц у потпуности уклања заостала напрезања, елиминишући корист од замора од корозије танких зидова, али и елиминишући заостала затезна напона на унутрашњој површини која могу допринети ширењу прслине. Жарени омотач од 1,6 мм понаша се слично као и не-жарени омотач од 1,2 мм у смислу укупног века трајања замора, пружајући алтернативни пут за постизање дугог радног века без ослањања на танке зидове. Избор између танких зидова са високим преосталим напрезањем и дебелих зидова са жарењем зависи од производних могућности и цене. За већину поморских примена где су вибрације присутне, али нису јаке, дебљина зида од 1,2–1,4 мм са стандардним отпуштањем обезбеђује поуздане перформансе замора од корозије без посебне обраде.
