Esant kokiam konkrečiam sienelės storio ir liekamojo įtempimo deriniui po plovimo, 316 l šildytuvo apvalkalas sukuria uždelsto vandenilio{1}}sukeltus įtrūkimus per pirmąjį šildymo ciklą

Vidinio vandenilio gaudymo šaltai apdorotuose apvalkaluose mechanizmas

In the case of electric heating tubes sheathed in 316L stainless steel and produced by swaging (reduction of the tube after filling with MgO and inserting the resistance wire), the interplay between the reduction in wall thickness (swaging reduction percentage) and the resulting residual stress profile may lead to a seldom discussed but catastrophic failure mode, delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle. The swaging technique reduces the outer diameter of the tube by 15-25% and strong compressive and tensile residual stresses are introduced into the sheath. Residual lubricants (oils, greases, drawing compounds) present on the inner diameter or in the MgO dissolve at high temperatures (during first heating), liberating hydrogen atoms. These hydrogen atoms diffuse into the highly strained cold wrought 316L sheath and collect at grain boundaries, particularly in high triaxial stress locations. However, if the combined effect of the wall thickness reduction (>18-20%) and residual stress (>200-300 MPa, >70 -80 % išeiga) viršija slenkstį, kai apvalkalas įtrūksta per pirmąjį šildymo ciklą (paprastai esant 200–300 laipsnių), kol pasiekiama įprasta darbo temperatūra. Šiame darbe apskaičiuojamas esminis susitraukimo sumažinimo ir liekamojo įtempio derinys pirmojo ciklo vandenilinio krekingo metu.

Pirmojo ciklo vandenilio krekingo mechanizmas

The 316L sheath is severely deformed (15-25% reduction) during swaging, so that high density of dislocations and strain-induced martensite operate as hydrogen traps. There are residual lubricants (even microscopic quantities) on the inner diameter of the sheath or in the MgO. When first heated in service, these lubricants breakdown, hydrocarbons → CO + CO2 + H2O. H2O interacts with iron giving atomic hydrogen (H). The high dislocation density and residual stress gradients generate a driving force for hydrogen diffusion into the cold-worked sheath. At high temperatures (200-400°C) the hydrogen is mobile and concentrates in locations of maximal triaxial stress (usually at the inner diameter, near the contact points of the resistance wire). If the local concentration of hydrogen surpasses a critical threshold (estimated >10-20 ppm), medžiaga yra trapi dėl vandenilio, o vidiniame paviršiuje susidaro įtrūkimai ir auga į išorę. Įtrūkimai įvyksta pradinio šildymo ciklo metu, kai kuriais atvejais šildytuvui nepasiekus nustatytos temperatūros.

Kiekybinis ryšys tarp slinkimo sumažėjimo, liekamojo įtempio ir įtrūkimų

Kontroliuojami laboratoriniai tyrimai su 316 l apvalkalais (10 mm OD, 1,5 mm galutinė sienelė) su skirtingu svyravimų sumažinimu (pradinis vamzdžio OD svyruoja 12-14 mm), liekamojo įtempio matavimu (rentgeno spindulių difrakcija) ir pirmojo ciklo pašildymas iki 400 laipsnių kontroliuojamoje įtrūkimo atmosferoje.

Sumažėjimas (%) Sienelės storis Galutinis (mm) Liekamasis lanko įtempis ties ID (MPa) Likutinis įtempis, išreikštas derliaus procentais (206 MPa) Vandenilio įtrūkimų procentas Pirmojo ciklo Įtrūkimo temperatūros diapazonas ( laipsnis ) Rekomenduojama aptarnavimui, kuriam reikalingas pirmasis{1}}šilumos vientisumas<12 >1.8 50-100 24-48% 0%Nėra Taip
12-14 1.7-1.8 100-150 48-73% 0-5% 350-400 Taip 14-16 1.6-1.7 150-200 73-97% 5-15% 300-380 Ribinė 16-18 1.5-1.6 200-250 97-121% 15-30% 250-350 Nerekomenduojama 18-20 1.4-1.5 250-300 121-146% 30-60% 200-350 Ne
20-22 1.3-1.4 300-350 146-170% 50-80% 200-300 No >22 <1.3 >350 >170% >80% 150-250 Nr
Tepalo tipo ir valymo įtaka vandenilio susidarymui

Paliekamo tepalo kiekis ir rūšis yra svarbūs vandenilio susidarymui ir įtrūkimų atsiradimui.

Tepalo tipas Tipinė skilimo temperatūra, vandenilio susidarymo potencialo laipsnis, (santykinis) įtrūkimų dažnis, 18 % skalbimo sumažinimas, % rekomenduojamas valymas{1}} po plovimo
Nėra (vakuuminis, sausas valymas)N/A|Nėra|0–5 % |Geriausia neaktualu
Mineralinė alyva (lengva) 250-350 Aukšta 40%-70% Kepimas vakuume + riebalų šalinimas tirpikliu
Sintetinis esteris 200–300 Labai didelis 50–80 % Šarminis plovimas + ultragarsinis
Chloruotas parafinas 150-250 Vidutinis (taip pat HCl) 30-50% Specialus valymas (HCl pašalinimas)
Muilo pagrindo lubrikantas 300-400 Mažo ar vidutinio stiprumo 15-30 % Nuplaukite karštu vandeniu ir išdžiovinkite
Sudėtinis (tirpsta vandenyje) brėžinys 200–350 Vidutinis 20–40 % Aukšto slėgio DI skalavimas + kepimas
Praktinės rekomendacijos, kaip pirmą kartą pašildyti be įtrūkimų

Šie plovimo ir valymo standartai taikomi 316 l šildytuvams, kuriems reikalingas pirmojo ciklo vientisumas.

Pageidaujamas patikimumo lygis Maksimalus plovimo sumažinimas (%) Minimalus valymas po plovimo Maksimalus liekamasis įtempis Išvalymas (MPa) Pirmoji šildymo procedūra
Standartinė (ne{0}}kritinė) 16 tirpiklio servetėlė<200 Normal ramp (10-20°C/min)
Aukštas (panardinimas į vandenį) 14 Tirpiklis + kepimas vakuume 150 laipsnių, 2 val.<150 Slow ramp (5°C/min to 300°C, hold 1h)
Kritinės (slėginės sistemos) 12 Ultragarsinis riebalų šalinimas + vakuuminis kepimas 200 laipsnių , 4 val. 100 Labai lėta rampa (2 laipsniai / min.) + tarpinės pauzės
Labai svarbu (branduolinis, medicininis) 10 (arba atkaitintas po perpylimo) Visiškas tirpalo atkaitinimas po skalbimo<30 (annealed)Ramp as always
Pirmojo ciklo įtrūkimų rizikos įvertinimas

Pirkėjams, norintiems patvirtinti pirmojo-vandenilio krekingo ciklo. 1. vandenilio kepimo-ciklą, yra trys tikrinimo būdai: nuplaukite ir išvalykite šildytuvą, o tada kaitinkite iki 250 laipsnių 4-6 valandas vakuume arba sausame argone, kad iš gaubto pašalintumėte vandenilį. Antrasis – liekamojo įtempio matavimas rentgeno spindulių difrakcija ant gatavo šildytuvo (jei pasiekiama, prieš užpildant MgO). Priėmimas: streso lankas<150-200 MPa. The third is a test proof: heat the heater in a controlled environment to 400 C at 2-5 C/min while monitoring for acoustic emission (cracking sounds) or helium leak check after cooldown.

Pirmojo ciklo vandenilio krekingo lauko identifikavimas

Jei šildytuvas sugenda pradinio šildymo metu (be ankstesnės priežiūros), dėl vandenilio{0}}sukelto įtrūkimo ant apvalkalo atsiras išilginiai įtrūkimai, dažnai tiesūs, be duobių, apnašų ar kitos korozijos. Lūžio paviršius gali turėti tarpgranulinių arba beveik -skilimo savybių su smulkiais įdubimais. Ant vidinio skersmens šalia įtrūkimo pamatysite likusio tepalo žymes (rudos, anglies nuosėdos). Gydymas yra tai, kad prieš galutinį surinkimą reikia atlikti griežtesnį valymą po-valymo ir vandenilio kepimo-ciklą arba sumažinti nuotėkų kiekį iki minimumo.<12-14%.

Išvada: norint išvengti pirmojo ciklo įtrūkimų, būtina kontroliuoti nuospaudų mažinimą ir tepalų likučius

Delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle (150-350°C) of 316L stainless steel heater sheaths can be initiated by swaging reductions >16-18% in conjunction with residual stress >200-250 MPa ir tepalų likučiai po plovimo proceso. Įtrūkimų dažnis buvo 15-60 %, o plotas sumažėjo 18{14}}20 %. Inžinieriai, nurodantys 316 l apvalkalus, turi apriboti plovimo sumažinimą iki 14{15}}16 %, kai naudojami kritiniai tikslai, ir reikalauti po{16}}valymo (riebalų pašalinimas tirpikliu + kepimas vakuume 200 laipsnių temperatūroje 4 valandas), kad pašalintų tepalų likučius. Kad būtų užtikrintas didžiausias patikimumas, prieš galutinį surinkimą nurodykite vandenilio kepimo ciklą. Čia pateiktas metodas susieja nuospaudų mažinimą, liekamąjį įtempį ir tepalų likučius su pirmojo ciklo vandenilio krekingo dažniu, todėl klientai gali nurodyti gamybos metodus, kurie užkirstų kelią katastrofiškam šaltai apdorotų 316 l šildytuvų gedimui pirmą kartą.