Електричне грејне цеви заварене од нерђајућег челика 316 – било за спајање делова цеви, причвршћивање завршних капа или прирубница за монтажу – доживљавају температурни градијент у зони -захваћеној топлотом (ХАЗ) која може да достигне 500–700 степени током хлађења. Иако је овај температурни опсег испод традиционалног опсега сензибилизације за таложење хром карбида (550–850 степени), комбиновани ефекти вишеструких пролаза завара, преостале топлоте од наредних операција и дебелих пресека цеви могу да произведу кумулативну топлотну изложеност довољну за формирање граница зрна -осиромашених хромом. У раду са разблаженом сумпорном киселином (0,5–5% Х₂СО₄) на умереним температурама од 50–80 степени – уобичајено у купатилима за хемијско кисељење, резервоарима за завршно испирање метала и пречивачима за одсумпоравање димних гасова – ове осетљиве границе зрна пролазе кроз брзу интергрануларну корозију, што доводи до дубоке интергрануларне корозије метала или потпуне сепарације метала. нож-напад линије непосредно уз линију спајања завара. За разлику од питтинг или пукотине корозије, интергрануларна корозија се одвија равномерно дуж граница зрна, узрокујући губитак механичког интегритета пре него што се може открити значајно стањивање зидова. Овај чланак квантификује развој сензибилизације у завареним омотачима 316 под типичним производним термичким циклусима и даје упутства за спецификацију заваривања за разблажену киселину.
Услови граничне осетљивости за интергрануларну корозију 316 у разблаженој сумпорној киселини
Конвенционални тест сензибилизације за аустенитне нерђајуће челике користи кључалу азотну киселину (Хуеи тест) или Штраусов тест (бакар-бакар сулфат у 16% сумпорне киселине) за откривање таложења хром карбида. Међутим, ови убрзани тестови раде на 100 степени или више и користе услове концентрисане киселине који нису репрезентативни за многе индустријске услуге разблажених киселина. У 1–5% Х₂СО₄ на 50–80 степени, праг степена сензибилизације (ДОС) потребан за стварање интергрануларне корозије је нижи него код кипућих концентрованих киселина. Испитивање електрохемијске потенциокинетичке реактивације (ЕПР) калибрисано дозиметријом показује да интергрануларна корозија у разблаженом Х₂СО₄ почиње при вредностима ДОС од чак 3–5%, у поређењу са 8–10% потребним за детекцију у кључалој азотној киселини.
Контролисани термички третмани примењени су на 316 узорака омотача од нерђајућег челика (зид од 1,5 мм, аутогени ТИГ заварени) да би се симулирали различити услови хлађења завара. Узорци су затим изложени 2% Х2СО4 на 70 степени током 500 сати, а дубина интергрануларне корозије је измерена металографски.
| Симулирано топлотно стање | Еквивалентно ХАЗ време на 500–700 степени (минута) | ЕПР ДОС (%) | Интергрануларна дубина напада После 500 сати у 2% Х₂СО₄ на 70 степени (µм) | Интегритет завара После 2000 сати |
|---|---|---|---|---|
| Брзо хлађење (као-заварени, танки зид 1,0 мм) | 0.5 | 2 | 8 | Нетакнут |
| Стандардно хлађење (-заварено, зид од 1,5 мм) | 2 | 4 | 22 | Неоштећено, мање урезивање граница зрна |
| Више пролаза (2 пролаза заваривања на истом споју, зид од 2,0 мм) | 6 | 8 | 65 | Нешто зрна испада-на површини |
| Споро хлађење (недовољно гаса за чишћење, зид од 1,5 мм) | 10 | 12 | 140 | Значајне интергрануларне пукотине, 30% захваћених зидова |
| Смањење напона након{0}заваривања (500 степени, 2 сата) | 120 (укупно) | 18 | 280 | Уочено је озбиљно одвајање завара |
| Раствор жарен (1050 степени, гашење водом након заваривања) | 0 (рекристализовано) | <1 | 5 | Нетакнут |
Критичан налаз је да стандардна -заварена цев са омотачем од 316 са дебљином зида од 1,5 мм и ТИГ заваривањем у једном-пролазу (приближно 2 минута кумулативног времена у опсегу од 500–700 степени) производи ДОС од 4–5% – довољно да изазове мерљиву 50 грануларну киселину након мерљивог напада 50 гранулата. Теже зидне цеви (2,0 мм и више) или завари са више-пролаза доживљавају дуже термичко излагање и постају значајно осетљиви. Смањење напона након{14}заваривања на 500 степени – понекад је одређено да смањи заостала напрезања – ненамерно изазива додатну осетљивост додавањем више времена у опсегу таложења карбида.
Нож{0}}Напад на линију поред 316 шавова у сервису разређене киселине
Посебно агресиван облик интергрануларне корозије примећен код заварених омотача 316 изложених разблаженом Х₂СО₄ је напад ножем{1}}линијом (КЛА). Ова локализована корозија се јавља унутар уског појаса (ширине 50–200 µм) непосредно уз линију спајања шава, где су температуре током заваривања биле довољно високе да растворе карбиде хрома, али довољно ниске да омогуће поновно{5}}таложење током хлађења. Резултат је област екстремног осиромашења хрома (само 8-10% Цр) која првенствено кородира, формирајући дубоки жлеб који се шири паралелно са заваром.
Контролисани тестови потапања 316 заварених купона у 3% Х₂СО₄ на 60 степени су показали:
Основни метал (10 мм од шава): Општа брзина корозије 0,03 мм/год
ХАЗ заваривања (1–2 мм од линије фузије): Интергрануларни напад 0,12 мм/годишње (стопа пенетрације)
Зона -линије ножа (50–200 µм од линије фузије): Брзина продубљивања 0,45 мм/годишње, дубина жлебова 90 µм након 200 сати
За плашт дебљине 1,5 мм, жлеб ОВК који се продубљује брзином од 0,45 мм/годишње би пробушио зид за отприлике 3,3 године. У пракси, кварови се јављају раније јер жлеб делује као концентратор напона, а термички циклуси или вибрације изазивају пуцање врха жлеба.
Прагови концентрације киселине и температуре за интергрануларни напад
Озбиљност интергрануларне корозије на сензибилизованим омотачима 316 у сумпорној киселини у великој мери зависи од концентрације киселине и температуре. Тестови на узорцима са ДОС од 8% (представник више-завара на зидној цеви од 2,0 мм) су били изложени различитим концентрацијама Х₂СО₄ на различитим температурама током 500 сати и измерена је дубина интергрануларног напада.
| Концентрација Х₂СО₄ (%) | Температура (степен) | Интергрануларна дубина напада (µм) | Морфологија корозије |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 50 | 12 | Благо гравирање граница зрна |
| 0.5 | 80 | 35 | Плитко интергрануларно |
| 1 | 50 | 35 | Интергранулар, уједначен |
| 1 | 80 | 110 | Дубоко интергрануларно, зрно пада |
| 2 | 50 | 45 | Интергранулар |
| 2 | 80 | 140 | Озбиљно, пуцање |
| 5 | 50 | 25 (смањење) | Опште + интергрануларно мешано |
| 5 | 80 | 60 | Мешовити режим |
| 10 | 50 | 8 (даље смањено) | Уједначена општа корозија |
Најагресивније окружење за интергрануларну корозију сензибилизованог 316 је разређени Х2СО4 (1–2%) на 70–80 степени. Веће концентрације киселине (изнад 5%) померају механизам корозије ка униформном (општем) нападу, који је мање штетан јер не концентрише напон. Ниже температуре (испод 50 степени) смањују стопу напада за фактор 5-10. За примене изван 1–2% Х₂СО₄, опсега 70–80 степени, осетљив 316 може да ради адекватно упркос мерљивом ДОС-у.
Примери кварова на терену из завршне обраде метала и хемијске обраде
Истраживање 316 електричних грејних цеви обложених нерђајућим челиком које није успело у раду са разблаженом сумпорном киселином идентификовало је интергрануларну корозију-повезану са заваривањем као узрок у 52 од 74 квара (70%). Три репрезентативна случаја илуструју образац:
Случај 1 – Купатило за кисељење метала (2% Х₂СО₄, 75 степени, рад са прекидима). Грејач са завареним поклопцем је покварио после 14 месеци. Испитивање је показало ОВК на завару крајњег поклопца, са жлебом дубине 0,8 мм на зиду од 1,5 мм. Завар је направљен са два пролаза и без термичке обраде -завара. Заменски грејачи са једним-пролазом, брзим-завареним шавовима и раствором-жареним цевима су трајали 36 месеци.
Случај 2 – Грејач за чишћење димних гасова за одсумпоравање (1% Х₂СО₄, 65 степени, континуирано). Прирубнички завари су отказали након 22 месеца услед интергрануларног пуцања. Прирубница је била растерећена-на 500 степени након заваривања – стандардна пракса за посуде под притиском које су ненамерно сензибилизирале 316. Заменски грејачи произведени без-растерећења напона након заваривања и коришћењем 316Л (0,02% Ц) нису показали међугрануларну корозију након 48 месеци.
Случај 3 – Хемијске цистерне за грејање (3% Х₂СО₄, 80 степени, серијски рад). Заварени спојеви цеви су отказали потпуним одвајањем у ХАЗ после 9 месеци. Цев је била стандардна 316 (0,06% Ц) са тешким-пречником зида од 2,5 мм, што је захтевало више пролаза заваривања. Прелазак на 316Л са зидом од 2,0 мм и једним-проласком, брзим-орбиталним заваривањем продужава радни век преко 60 месеци.
Језик спецификације за услугу разблажене сумпорне киселине
Приликом набавке 316 електричних грејних цеви обложених нерђајућим челиком за разблажену Х₂СО₄ концентрацију између 0,5% и 5% и температуре изнад 50 степени, инжењери треба да укључе следеће захтеве за заваривање и материјал. Наведите 316Л (УНС С31603) са максималним садржајем угљеника од 0,03% уместо 316 (0,08% Ц) да бисте смањили тенденцију сензибилизације. Захтевајте да сви завари буду направљени коришћењем једног-аутогеног ТИГ заваривања где је то могуће, уз брзо хлађење (без претходног загревања, адекватан проток гаса за прочишћавање). Заваривање са више-пролаза није дозвољено на омотачу са дебљином зида испод 2,5 мм. Термичка обрада после{16}}а било које врсте – укључујући растерећење напона на 400–600 степени – је забрањена осим ако не следи потпуно жарење раствора на 1050 степени и гашење водом, које ће се обавити пре коначног склапања ако унутрашњи грејни елемент још није инсталиран. Проверите квалитет завара тако што ћете захтевати да се купон из сваке серије завара (или из репрезентативне цеви истог пречника и дебљине зида) тестира према АСТМ А262 пракси Е (Страусов тест) са максималном прихватљивом дубином интергрануларне корозије од 30 µм након 72 сата. За критичне примене са концентрацијом Х₂СО₄ од 1–2% и температурама од 70–80 степени, размислите о надоградњи на 904Л (УНС Н08904) или легуру 20 (УНС Н08020), које имају већи садржај молибдена и никла и инхерентно отпорне на интергрануларну сензибилизацију без обзира на киселину без обзира на услове сензибилизације. Бавећи се осетљивошћу завара као дизајнерским параметром специфичном за разблажену сумпорну киселину – не ослањајући се на опште{34}}праксе заваривања нерђајућег челика – инжењери могу да продуже век грејача од месеци до година у једном од најагресивнијих окружења за заварени аустенитни нерђајући челик.
