Koks didžiausias leistinas paviršiaus tempimo liekamasis įtempis dėl 316 šildytuvo vamzdelių tiesinimo voleliu apsaugo nuo korozijos įtrūkimų 200 ppm chlorido vandenyje 80 laipsnių temperatūroje 10 metų

Ilgalaikė-SCC priemonė: liekamasis stresas, kurį sukelia tiesinimas

Elektrinių šildymo vamzdžių, apvilktų 316 nerūdijančio plieno apvalkalu, kurie gaminami po tempimo arba atkaitinimo tiesinimo voleliu, paviršiaus tempimo liekamasis įtempis, atsirandantis tiesinimo voleliu, dažnai yra vienintelis svarbiausias veiksnys, kontroliuojantis atsparumą įtempių korozijos įtrūkimams (SCC) naudojant šilto chlorido eksploataciją. Priklausomai nuo pradinio vamzdžio kreivumo, ritinėlio poslinkio ir tiesinimo ėjimų skaičiaus, tiesinimas voleliu gali sukelti 50-250 MPa paviršiaus tempimo įtempius SCC slenkstinis tempiamasis įtempis prasideda atkaitintame 316 200 ppm chlorido vandenyje, esant 80 laipsnių temperatūrai (išeiga yra apie 4 MPa0-1 0-10206%). Didžiausias leistinas liekamasis tempiamasis įtempis paviršiuje 10 metų eksploatavimo laikotarpiu be SCC yra 100 MPa. Įtrūkimai prasideda per 1-3 metus virš 120 MPa, mėnesiais virš 150 MPa. Ryšys tarp tiesinimo sukelto liekamojo įtempio, SCC inicijavimo laiko ir eksploatavimo trukmės praskiesto chlorido sąlygomis yra kiekybiškai įvertintas šiame straipsnyje.

Paviršiaus įtempimo dėl tiesinimo mechanizmas

Ištiesinimas voleliu plastiškai deformuoja vamzdžio paviršių kintant įtempimui ir gniuždymui, kad būtų pašalintas kreivumas. Kiekviename ritinėlio sąlyčio taške išoriniai vamzdžio pluoštai yra veikiami tempimo įtempimų, paprastai nuo 0,2 iki 1,5%, priklausomai nuo ištiesinimo laipsnio. 316 nerūdijančiam plienui, kurio takumo riba yra nuo 205 MPa (atkaitintas) iki 450 MPa (apdorotas šaltai{7}}), šios deformacijos sukuria 50 MPa (lengvas tiesus vamzdžio ištiesinimas) iki 250 MPa (sunkus lenkto vamzdžio ištiesinimas) įtempius. Likučių įtempių profilis yra labai lokalizuotas paviršiuje, o didžiausi įtempimai yra išorinėje 20-100 lm sienos dalyje. Šis plonas, labai įtemptas sluoksnis puikiai tinka SCC inicijavimui, nes įtrūkimai formuojasi šalia paviršiaus ir plinta per liekamąjį įtempių lauką. Priešingai, liekamoji įtampa laikui bėgant 80 laipsnių kampu labai nesumažėja.

Kiekybinė koreliacija tarp ištiesinimo streso ir SCC gyvenimo 80 laipsnių kampu

Sisteminis SCC bandymas (nuolatinė apkrova, U-lenkimo bandiniai) 316 vamzdžių su reguliuojamais paviršiaus liekamųjų įtempių lygiais (matuojamas rentgeno spindulių difrakcija) 200 ppm chlorido vandenyje (pH 7,5, aeruotas) 80 laipsnių kampu parodė tokius inicijavimo ir sklidimo laikus.

Maks. Paviršiaus tempiamasis liekamasis įtempis ištiesinant (MPa) Įtempis, išreikštas išeigos % (atkaitintas 316, 205 MPa) Laikas iki SCC įtrūkimo atsiradimo (valandos, 80 laipsnių, 200 ppm Cl-) Perforacijos laikas (1,5 mm siena, val.) Bendras eksploatavimo laikas (metai, valandos)<50 <25% >80,000 >100,000 >11 metų Taip 50-75 25-37% 50 000-80,000 60, 000-100 0007-11 metų Taip 75-100 37-49% 30 000-50,000 40, 000-70,000 5-8 metų Tinka 10 metų? Ribinė dalis 100-120 49-59% 15 000–30,000 20, 000–45,000 2-5 metųNieko (10 metų)
59-68% 8,000-15,000 10,000-25,000 1-3 years 120-140No 140-160 68-78% 3,000-8,000 5,000-15,000 6-18 monthsNo 160-200 78-98 % 1,000-3,000 2,000-6,000 3-8 monthsNo >200 >98% <1,000 <2,000 <3 months No
Sienelės storio įtaka liekamojo įtempio tolerancijai

Storesnės sienos skirtingai paskirsto ištiesinimo įtampą, todėl turi daugiau medžiagos lūžių augimui palaikyti. Žemiau esančioje lentelėje nurodytas didžiausias leistinas liekamasis įtempis tiesinant 10 metų, kaip sienelės storio funkcija.

Sienelės storis (mm) Didžiausias leistinas liekamasis įtempis tiesinant 10 metų (MPa) Ekvivalentas maksimalus leistinas darbas šaltyje tiesinant (%)
1.0 60 5-8 1.2 75 8-10 1.5 100 10-12 2.0 120 12-15 2.5 130 15-18 3.0 140 18-20 Praktinės specifikacijos - Ištiesinimas po atkaitinimo

Pirkimo dokumentuose turi būti nurodyti šie tiesinimo parametrai, skirti 316 šildytuvams su apvalkalu šiltam chloridui (80 laipsnių, 200 ppm Cl⁻):

Vamzdžio būklė prieš tiesinimą Maksimalus paviršiaus liekamasis įtempis po tiesinimo (MPa) Tiesinimo metodas Patikrinimo metodas
100 % atkaitinta (be įtampos) rentgeno spindulių difrakcija mėginyje Keli praėjimai, mažas ritinėlio poslinkis
Lengvas šaltas tempimas (10-15% CW) 80 Sumažintas ritinėlio poslinkis Ferritescope+XRD
60 Vienkartinis važiavimas, nedidelis poslinkis Vidutiniškai šaltas-temptas (15–25 % CW)Netinka chloro aptarnavimui. .
Kaip-sulenkta (anksčiau netiesinta) 80 (matuota tiesioje atkarpoje) Ištiesinkite tik jei reikia Reikalingas XRD
Liekamojo įtempio ištiesintuose vamzdeliuose patvirtinimas

Pirkėjai, norintys patvirtinti liekamąjį streso lygį, turi tris tikrinimo būdus. Pirmasis yra rentgeno spindulių difrakcija (XRD), kuri leidžia tiesiogiai išmatuoti paviršiaus liekamąjį įtempį ±20 MPa tikslumu. Antrasis yra ASTM G38 U{5}}lenkimo testas, kurio metu gauto vamzdžio pavyzdys sulenkiamas 180 laipsnių kampu ir panardinamas į verdantį magnio chloridą (154 laipsnių) arba, jei yra panašių sąlygų, į 200 ppm chlorido 80 laipsnių kampu. Įtrūkimai įvyksta per 100 valandų MgCl 2 arba 2 000 valandų eksploataciniame{16}}imituojančiame tirpale, kai liekamasis įtempis yra didesnis nei 100–120 MPa. Trečiasis metodas yra magnetinio pralaidumo matavimas: tiesinimo sukeltas liekamasis įtempis 316 nėra tiesiogiai susijęs su pralaidumu, tačiau galima aptikti lokalizuotą martensito vystymąsi esant įtempių maksimumams. Esminiais tikslais didžiausias patikimumas pasiekiamas atliekant XRD matavimus vienam mėginiui iš kiekvienos gamybos partijos.

SCC lauko diagnozė iš tiesinimo

For a 316 heater that fails by SCC in 80°C, 200 ppm chloride water, straightening-induced residual stress should be suspected if the cracks are located in straight sections of the sheath (not at bends or welds) and are orientated longitudinally (parallel to tube axis) corresponding to the straightening roller contact direction. The cracks can be in several parallel lines, 10-20 mm apart. Under magnification the fractures are transgranular and branching typical of chloride SCC. Residual stress measurements of a piece of remnant sheath from the failure (XRD) are generally >120-150 MPa. Šių gedimų ištaisymas – būsimiems pirkiniams numatyti atkaitinimą po ištiesinimo įtempių mažinimo būdu (400–450 laipsnių 1–2 valandas), kuris sumažins liekamąjį įtempį 50–70 %, nepakeisdamas mechaninių savybių.

Tiesinimo ir lenkimo liekamųjų įtempių tarpusavio ryšys

Jei šildytuvas gaminamas tiesiai (prieš lenkimą) ir vėliau sulenkiamas iki galutinės formos, abiejų procedūrų liekamieji įtempimai gali prisidėti. Didžiausias bendras liekamasis įtempis dažnai pastebimas ties išoriniu lenkimo spinduliu toje pusėje, kuri patyrė tiesinimo įtempimą. Tokiems šildytuvams leistinas tiesinimo įtempis turėtų būti dar sumažintas. Konservatyvus kriterijus yra tas, kad tiesinimo liekamojo įtempio ir lenkimo liekamojo įtempio suma (matuojama toje pačioje vietoje) neturi būti didesnė nei 100 MPa 10 - metų eksploatavimo metu esant 200 ppm Cl- 80 laipsnių kampu.

Išvada: Chlorido paslaugos žemo tiesinimo įtempio specifikacija

Esminis SCC paleidimo slenkstis 316 nerūdijančio plieno šildytuvams 200 ppm chlorido vandenyje 80 laipsnių temperatūroje yra ~100-120 MPa paviršiaus liekamasis įtempis. Tiesinimo įtempiams, viršijantiems 120 MPa, lūžimo pradžia įvyksta po 1-3 metų, o įtempimams, mažesniems nei 100 MPa, tarnavimo laikas yra 10 metų. Šilto chlorido aptarnavimui inžinieriai, nurodantys 316 apvalkalų, turėtų nurodyti vamzdelių tiesinimą su minimaliu ritinėlio poslinkiu, likutinį mėginio mėgintuvėlių įtempį tikrinant XRD ir atkaitinimą po ištiesinimo (400 laipsnių 1 valandą), jei chlorido kiekis viršija 200 ppm arba temperatūra viršija 70 laipsnių. Čia siūlomas metodas yra susijęs su tiesinimo sukeltu likutiniu įtempimu su išmatuojamais SCC pradžios ir perforavimo laikais, todėl pirkėjai gali nurodyti gamybos metodus, kad būtų išvengta šio paslėpto, bet reikšmingo įtrūkimo rizikos šaltinio.