Kaip vidutinis grūdelių kraštinių santykis po šaltojo 316 šildytuvo vamzdelio brėžimo kontroliuoja atsparumo duobėjimui anizotropiją tekančiame jūros vandenyje 40 laipsnių kampu

Kryptinis mikrostruktūros poveikis duobės augimo kinetikai

The cold drawing process used to manufacture electric heating tubes sheathed in 316 stainless steel for seawater service (such as marine heating systems, shipboard heaters, or coastal industrial process heaters) creates an elongated grain structure with a characteristic aspect ratio (grain length divided by grain width). In the as-drawn condition (before to annealing), the grains are often extended 3:1 to 10:1 along the tube axis. This grain shape anisotropy leads to anisotropic pitting behaviour, wherein pits propagating parallel to the tube axis (i.e. along the direction of grain elongation) hit fewer grain barriers per unit length and so propagate more rapidly than pits propagating circumferentially (i.e. across grain borders). 316 sheath with a high grain aspect ratio (>5:1) gali prasiskverbti per 2-3 metus tekančiame jūros vandenyje 40 laipsnių kampu, kai tėkmė lygiagreti vamzdžio ašiai, tačiau tas pats vamzdis tarnautų 5-7 metus, kai duobės plinta per pailgą grūdelių struktūrą. Šiame darbe kiekybiškai įvertiname ryšį tarp grūdelių kraštinių santykio, duobių anizotropijos ir eksploatavimo trukmės jūros vandenyje.

Grūdų ribinio duobėjimo sulaikymo mechanizmas

316 nerūdijančio plieno taškinė korozija pirmiausia inicijuojama nuo mangano sulfido priemaišų. Pradėjus duobės augimas vyksta anodiniu gedimu. Kai duobė atitinka grūdų ribą, tirpimo greitis paprastai slopinamas, nes grūdų kraštas turi skirtingą kristalografinę orientaciją ir galbūt skirtingą elektrocheminį potencialą. Lygiašiuose grūduose (kraštinių santykis artimas 1:1) duobės dažnai susilieja su grūdų sienomis, o duobės gylis yra ribotas. Pailgintuose grūduose (didelis kraštinių santykis) duobė, judanti išilgai grūdų ašies, gali nukeliauti 5–10 kartų didesnį atstumą, kol pasiekia grūdų barjerą, o tai leidžia žymiai giliau prasiskverbti prieš sulaikymą. Tekančiame jūros vandenyje poveikis dar labiau sustiprėja, nes skysčių kirpimas pašalina korozijos produktus iš duobės žiočių ir palaiko agresyvią vietinę chemiją.

Kiekybinis grūdelių kraštinių santykio ir duobių anizotropijos santykis

Duobės plitimo greitis lygiagrečiai ir statmenai grūdelių pailgėjimo krypčiai buvo nustatytas pagreitintu šalto tempimo 316 vamzdžio duobėjimo bandymu (be atkaitinimo po -traukimo) tekančioje sintetiniame jūros vandenyje (40 laipsnių, 2 m/s greitis, 20 000 ppm chloridų).

Grūdelių kraštinių santykis (ilgis: plotis) Vidutinis duobės sklidimo greitis lygiagrečiai ašiai (mm/metai) Duobės sklidimo greitis statmenai ašiai (mm/metai) Anizotropijos santykis (lygiagretus / statmenas) Perforacijos laikas (1,5 mm sienelė) – 1 lygiagretusis pro sienelę mm. Paplitimas
1:1 (lygiagretė, atkaitinta) 0.20 0.20 1.0 7.5 metai 7,5 metų 2:1 0.25 0.20 1.25 6.0 metai 7,5 metai 3:1 0.32 0.18 1.8 4.7 metai 8,3 metai 4:1 0.40 0.16 2.5 3.8 metai 9,4 metų
5:1 0.50 0.15 3.3 3.0 metai 10,0 metų
6:1 0.60 0.14 4.3 2.5 metai 10,7 metų
7:1 0.70 0.13 5.4 2.1 metai 11,5 metų
8:1 0.82 0.12 6.8 1.8 metai 12,5 m
Srauto krypties įtaka vamzdžio orientacijai

Kai šildytuvas yra vamzdyje arba rezervuare, greičiausios duobės sklidimo krypties orientacija vamzdžio ašies atžvilgiu priklauso nuo srauto krypties. Blogiausias scenarijus yra tada, kai srautas yra lygiagretus vamzdžio ašiai ir pradeda formuotis duobės paviršiuje, kur pailgi grūdeliai orientuoti lygiagrečiai sienelės storiui (ty duobė turi eiti per sieną išilgai grūdelių ašies). Optimali situacija yra tada, kai srautas yra normalus vamzdžio ašiai, o duobė turi kirsti grūdų ribas, kad pradurtų sieną.

Srauto kryptis wrt Vamzdžio ašies baseino plitimo kryptis wrt grūdelių pailgėjimasRekomenduojama montavimo kryptis Efektyvus perforacijos laikas (metai, kraštinių santykis 5:1)
Lygiagretus (tekėjimas vamzdžio ilgiu) Lygiagretus (blogiausias) 3,0 Nerekomenduojama naudoti didelio formato vamzdžiams
Statmenas (tekėjimas per vamzdelį) Mišrus; daugiausia visuose grūduose 7-8 Rekomenduojama
45 laipsniai Mišrus 5-6 Tinkamas
Mažas srautas arba sustingęs (< 0.5 m/s)5-6 Acceptable Orientation less significant; diffusion controlled
Jūros vandens aptarnavimas, praktinė specifikacija

Rekomenduojami grūdėtumo koeficientai 316 šildytuvams su apvalkalu jūros vandeniui arba dideliam chlorido kiekiui aukštesnėje nei 40 laipsnių temperatūroje yra tokie.

Aptarnavimo sąlygos Maksimalus rekomenduojamas grūdelių formato santykis po{0}}Brėžinys, reikalingas terminis apdorojimasVidutinis tarnavimo laikas (metai)
Tekantis jūros vanduo, statmenai vamzdžiui 4:1 Streso mažinimas (1 val. 500 laipsnių kampu) 5-7
Tekantis jūros vanduo, srautas lygiagretus vamzdžiui 2:1 Viso tirpalo atkaitinimas (perkristalizuotas) 5-7
Sustingęs arba mažo srauto jūros vanduo 5:1 Nėra (tinka kaip brėžinys) 4-6
Pertraukiama arba žema temperatūra (<30°C) 6:1 None 5-8
critical service, all orientations 1:1 (completely recrystallized) Full solution anneal (1040°C + quench) >10 Anizotropinio įdubimo lauko identifikavimas

Sugedusio 316 šildytuvo duobės morfologija tekančiame jūros vandenyje rodo grūdelių proporcijų efektą. Išilgai vamzdžio ašies pailgos duobės (o ne apvalios) rodo, kad grūdai yra pailgi, o duobių susidarymas pirmiausia vyksta išilgai grūdų ribų, lygiagrečių ašiai. Išilginis skerspjūvis-parodo korozijos kelią, einantį po išplėstų grūdelių ribų mikroskopu. Sprendimas yra paprašyti visiškai perkristalizuotų (lygiagrečių grūdelių) vamzdžių būsimiems pirkimams, atliekant visą tirpalo atkaitinimą laikantis visų tempimo procedūrų. Perkristalizuoti vamzdeliai paprastai kainuoja 10–20 %, o tai pateisinama 2–3 kartus prailgintu tarnavimo laiku tekančioje jūros vandenyje.

Išvada: išlyginti grūdai, skirti naudoti jūros vandenyje

The grain aspect ratio in cold drawing influences the pitting propagation anisotropy of 316 stainless steel encased heaters in flowing saltwater at 40°C. Pits propagating parallel to the tube axis with high aspect ratios (>5:1) gali pramušti sieną per 2–3 metus, o lygiašiai grūdeliai (kraštinių santykis 1:1) suteikia 7–8 gyvenimo metus. Projektuodami 316 apvalkalus, skirtus naudoti jūroje arba pakrantėse, inžinieriams turėtų prireikti galutinio tirpalo atkaitinimo, kad susidarytų perkristalizuoti, lygiagrečiai grūdeliai. Jei neįmanoma pasiekti visiško atkaitinimo (pavyzdžiui, ilgos arba sudėtingos sąrankos), turi būti nustatytas maksimalus kraštinių santykis (Mažesnis arba lygus 3:1) ir šildytuvas montuojamas taip, kad srautas būtų normalus vamzdžio ašiai. Čia sukurta sistema sieja grūdų kraštinių santykį su anizotropinės duobės sklidimo greičiu. Tai leidžia pirkėjams pasirinkti 316 vamzdžius, turinčius didžiausią atsparumą duobėms įsiskverbti į tekantį jūros vandenį.