Koks didžiausias leistinas paviršiaus šlifavimo žymių gylis po 316 šildytuvo vamzdelių becentrės apdailos apsaugo nuo įtempių korozijos įtrūkimų atsiradimo 500 ppm chlorido vandenyje 90 laipsnių kampu

Paviršiaus įbrėžimas kaip įtempių koncentracijos vieta SCC inicijavimui

Įtempių korozijos įtrūkimų (SCC) atsiradimo chloridinėje aplinkoje slenkstis 316 nerūdijančio plieno apvalkaluotų elektrinių šildymo vamzdžių, kurie buvo galutinai nušlifuoti arba mechaniškai poliruoti, kad būtų pasiekti griežti skersmens leistini nuokrypiai arba lygūs paviršiai, tiesiogiai valdomas likutinių šlifavimo žymių gyliu, paprastai 5–50 µm, priklausomai nuo grimzlės dydžio. Kiekviena šlifavimo žymė yra geometrinis įtempių koncentratorius, kurio teorinis įtempių koncentracijos koeficientas (K_t) svyruoja nuo 1,5, kad būtų lygi, sekli žymė (gylis).<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 µm, šaknies spindulys<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

SCC inicijavimo paviršiaus įpjovose mechanizmas

316 įtempių korozijos įtrūkimams karštuose chloriduose reikia trijų sąlygų: jautrios mikrostruktūros (dažniausiai tam tikro šalto darbo), ilgalaikio tempimo įtempio ir agresyvios chlorido aplinkos. Paviršiaus šlifavimo žymės pagrinde vietinis tempiamasis įtempis apskaičiuojamas pagal $σ_{local}=σ_{taikoma}×K_{t}$, kur $K_{t}$ yra žymės geometrijos funkcija (gylio ir spindulio santykis). Tipiškas šlifavimo ženklas su gyliu d ir šaknies spinduliu ρ suteikia K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ). Negilus, suapvalintas įdubimas (d=5 µm, ρ=10 µm) duoda K_t≈1+2×sqrt(0,5)=2.4. Esant giliai aštriai žymei (d=20 $\\mu$m, $\\rho${18}}} $ap\\xmu 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . Kai taikomas liekamasis 100 MPa įtempis, vietinis įtempis yra 240-730 MPa viršijantis 205 MPa takumo ribą ir toli į sritį, kurioje SCC atsiranda greitai. Plyšys prasideda nuo įtempių koncentracijos ir progresuoja anodiniu tirpimu plyšio gale, veikiamas veikiančio įtempio, kol nepraduriama apvalkalo sienelė.

Kiekybinis ryšys tarp šlifavimo žymės gylio ir SCC inicijavimo

Kontroliuojamas SCC bandymas (nuolatinė apkrova, U-lenkimo arba C-žiedo bandiniai) 316 vamzdžių su kontroliuojamo gylio paviršiaus šlifavimo žymėmis (pasiekiama keičiant abrazyvinį grūdelį ir padavimo greitį) 500 ppm chlorido vandenyje 90 laipsnių kampu nustatė esminius SCC gylius per tam tikrą laikotarpį.

Didžiausias šlifavimo žymės gylis (µm) Tipinis paviršiaus šiurkštumas (Ra, µm) Žymės šaknies spindulys (µm, tipiškas) Įtempių koncentracijos koeficientas (K_t) Laikas iki SCC pradžios (valandos, 500 ppm Cl-, 90 laipsnių , 100 MPa iki 5 mm likutinės sienos po įtempimo. Rekomenduojama 500 ppm Cl-, 90 laipsnių aptarnavimas<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30 000 Taip (elektropoliruotas ekvivalentas)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 Taip 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15,000 Priimtinas 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8,000 Ribinė vertė 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4,000 Nerekomenduojama
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1, 000–2 000 Nepriimtina
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
Liekamojo streso lygio įtaka leistinam žymės gyliui

Leidžiamas šlifavimo žymių gylis labai skiriasi nuo apvalkalo likutinio tempimo įtempio. Didesniam liekamajam įtempimui reikia seklesnių žymėjimų, kad būtų išvengta SCC. Didžiausias leistinas žymės gylis daugeliui liekamųjų įtempių lygių, 500 ppm Cl⁻, 90 laipsnių, pateiktas toliau esančioje lentelėje.

Likutinis tempiamasis įtempis (MPa) Didžiausias leistinas šlifavimo žymės gylis 10 000 -val. gyvavimo be SCC (µm) Reikalingas paviršiaus šiurkštumas (Ra, µm) Rekomenduojamas apdailos būdas<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (brėžinys)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100–150 (vidutinis piešinys)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (kaip-sulenkta, nepalengvina streso)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
Praktinė chlorido apdailos specifikacijų paslauga

Šie paviršiaus apdailos kriterijai rekomenduojami 316 šildytuvams su apvalkalu, naudojamiems chloridiniame vandenyje, kurio koncentracija viršija 200 ppm, esant aukštesnei nei 80 laipsnių temperatūrai, atsižvelgiant į numatomą liekamąjį įtempį.

Galutinis apdorojimo metodas Maksimalus šlifavimo žymės gylis Maksimalus Ra tikrinimo metodas Likutinės įtampos būsena
Sumažintas įtempis (atkaitintas po formavimo) Becentrinis gruntas, 400-600 grūdų10 µm 0,5 µm Vaizdas + profilometras 50×
Ištrauktas arba sulenktas (be įtempimo sumažinimo) Smulkiai šlifuota + švelnus poliravimas 5 µm 0,3 µm Profilometras
Didelis chlorido kiekis Kaip nubraižytas Kaip sulenktas elektropolizavimas (pašalinti 20-30 µm)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
Bet koks, svarbioms paslaugoms Elektropoliravimas + pasyvavimas0 (ženklai visiškai pašalinti)<0.1 µmComplete surface inspection
Šlifavimo ženklo sukelto SCC lauko identifikavimas

Šildytuvams, kuriems SCC sugedo chlorido eksploatacija, reikia ištirti lūžio paviršių ir nustatyti lūžio atsiradimo vietą. Padidinus (100–500 ×), plyšio atsiradimo vieta dažnai sutampa su šlifavimo žyme arba įbrėžimu. Ženklas bus matomas kaip ryškiai apibrėžtas griovelis, dažnai korozijos produktas susirenka į griovelį. SCC įtrūkimai sklinda normaliai šlifavimo žymės kryptimi (jei žymės yra perimetrinės, įtrūkimai yra ašiniai, o jei žymės yra ašinės, įtrūkimai paprastai yra perimetriniai, bet gali sekti žymę). Jei yra šlifavimo žymių, o aptarnavimo aplinkoje chloridų kiekis viršija 200 ppm, o temperatūra viršija 80 laipsnių, reikėtų įtarti SCC dėl šlifavimo žymių. Atsakymas – reikalauti elektropoliruotų arba smulkiai poliruotų paviršių būsimiems pirkiniams ir panaikinti esamus šildytuvus arba nupoliruoti apvalkalo paviršių, jei jis pasiekiamas (retai tai įmanoma).

Išvada: šlifavimo žymės gylio ribos naudojant chloridą

Grinding markings >10-12 µm suteikia įtempių koncentratorių ir sumažina 316 nerūdijančio plieno šildytuvų SCC inicijavimo laiką 500 ppm chlorido vandenyje 90 laipsnių temperatūroje nuo 20,{5}} valandų iki 2000-5000 valandų. SCC prasideda po 500–1000 valandų esant normaliam liekamajam įtempių lygiui gilesniame nei 20 µm gylyje. Inžinieriai, pasirinkę 316 apvalkalų, turėtų nurodyti didžiausią šlifavimo žymių gylį (pvz., Mažesnį arba lygų 8 µm) arba lygiavertį maksimalų paviršiaus šiurkštumą (pvz., Ra Mažiau nei 0,5 µm arba jam lygų) ir paprašyti patikrinti profilometriją. Pačiomis nepalankiausiomis chlorido sąlygomis arba ten, kur negalima sumažinti liekamųjų įtempių, elektropoliravimas, siekiant pašalinti šaltai apdorotą, subraižytą paviršiaus sluoksnį, visiškai pašalina įtempių koncentratorius, susijusius su šlifavimo žymėmis. Čia siūlomas metodas susieja šlifavimo žymės gylį su išmatuojamu SCC inicijavimo laiku, leidžiančiu pirkėjui nurodyti paviršiaus apdailos būdus, kad būtų išvengta priešlaikinio įtrūkimo atsiradimo esant paviršiaus defektams.