Làm thế nào để tỷ lệ khung hình hạt trung bình sau khi kéo nguội ống gia nhiệt 316 kiểm soát tính dị hướng của khả năng chống rỗ trong nước biển chảy ở 40 độ

Hiệu ứng cấu trúc vi mô định hướng đối với động học tăng trưởng của hố

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) có thể xuyên thủng trong 2-3 năm trong nước biển chảy ở góc 40 độ khi dòng chảy song song với trục ống, tuy nhiên, ống tương tự sẽ tồn tại được 5-7 năm khi vết rỗ lan rộng khắp cấu trúc hạt thon dài. Trong bài báo này, chúng tôi định lượng mối liên hệ giữa tỷ lệ khung hình hạt, tính dị hướng rỗ và tuổi thọ sử dụng trong nước biển.

Cơ chế bắt rỗ ranh giới hạt

Ăn mòn rỗ ở thép không gỉ 316 được ưu tiên bắt đầu ở tạp chất mangan sunfua. Sự phát triển của hố tiến hành do sự phân hủy anốt khi bắt đầu. Khi hố gặp ranh giới hạt, tốc độ hòa tan thường bị giảm vì ranh giới hạt có hướng tinh thể khác và có thể có thế điện hóa khác. Ở các hạt cân bằng (tỷ lệ khung hình gần 1:1) các hố thường gặp các biên hạt và độ sâu hố bị hạn chế. Ở những hạt thon dài (tỷ lệ khung hình cao), một hố di chuyển dọc theo trục dài của hạt có thể di chuyển quãng đường gấp 5-10 lần trước khi chạm tới hàng rào hạt, cho phép thâm nhập sâu hơn đáng kể trước khi bị giữ lại. Trong dòng nước biển chảy, hoạt động này được tăng cường hơn nữa vì lực cắt chất lỏng sẽ loại bỏ các sản phẩm ăn mòn khỏi miệng hố, duy trì tính chất hóa học cục bộ mạnh mẽ.

Mối quan hệ định lượng giữa tỷ lệ khung hình hạt và tính dị hướng rỗ

Tốc độ lan truyền của hố song song và vuông góc với hướng kéo dài của hạt được xác định bằng thử nghiệm rỗ cấp tốc của ống 316 được kéo nguội (không ủ-sau khi rút) trong nước biển tổng hợp đang chảy (tốc độ 40 độ, 2 m/giây, clorua 20.000 ppm).

Tỷ lệ khung hình hạt (Chiều dài:Chiều rộng) Tốc độ truyền hạt trung bình Song song với trục (mm/năm)Tốc độ truyền hạt vuông góc với trục ( mm/năm)Tỷ lệ bất đẳng hướng (song song / vuông góc) Thời gian thủng (tường 1,5 mm) – Truyền song song Thời gian thủng (tường 1,5 mm) – Lan truyền vuông góc
1:1 (đồng trục, ủ) 0.20 0.20 1.0 7.5 năm 7,5 năm 2:1 0.25 0.20 1.25 6.0 năm 7,5 năm 3:1 0.32 0.18 1.8 4.7 năm 8,3 năm 4:1 0.40 0.16 2.5 3.8 năm 9,4 năm
5:1 0.50 0.15 3.3 3.0 năm 10,0 năm
6:1 0.60 0.14 4.3 2.5 năm 10,7 năm
7:1 0.70 0.13 5.4 2.1 năm 11,5 năm
8:1 0.82 0.12 6.8 1.8 năm 12,5 năm
Ảnh hưởng của hướng dòng chảy đối với hướng ống

Đối với thiết bị gia nhiệt được đặt trong đường ống hoặc bể chứa, hướng truyền của hố nhanh nhất so với trục ống phụ thuộc vào hướng dòng chảy. Trường hợp xấu nhất là khi dòng chảy song song với trục ống và vết rỗ bắt đầu trên bề mặt nơi các hạt thon dài được định hướng song song với độ dày thành ống (tức là vết rỗ phải đi xuyên qua thành dọc theo trục dài của hạt). Tình huống tối ưu là khi dòng chảy vuông góc với trục ống và hố phải vượt qua ranh giới thớ để xuyên qua tường.

Hướng dòng chảy wrt Ống Trục Hướng lan truyền lưu vực wrt Độ giãn dài của hạt Khuyến nghị Định hướng lắp đặt Thời gian thủng hiệu quả (năm, tỷ lệ khung hình 5:1)
Song song (dòng qua chiều dài ống)Song song (tệ nhất) 3.0 Không nên dùng cho các ống có tỷ lệ khung hình cao
Vuông góc (chảy qua ống)Hỗn hợp; chủ yếu là ngũ cốc 7-8 Khuyến nghị
45 độHỗn hợp 5-6 Thích hợp
Dòng chảy thấp hoặc ứ đọng (< 0.5 m/s)5-6 Acceptable Orientation less significant; diffusion controlled
Dịch vụ nước biển, Thông số kỹ thuật thực tế cho

Tỷ lệ khung hình hạt được khuyến nghị cho máy sưởi có vỏ bọc 316 cho các ứng dụng nước biển hoặc clorua cao ở nhiệt độ trên 40 độ như sau.

Điều kiện sử dụng Tỷ lệ khung hình hạt tối đa được đề xuất sau{0}}Yêu cầu xử lý nhiệt khi vẽ Tuổi thọ trung bình (Năm)
Nước biển chảy vuông góc với ống 4:1 Giảm ứng suất (1 giờ ở 500 độ) 5-7
Nước biển chảy, chảy song song với ống 2:1 Ủ toàn bộ dung dịch (kết tinh lại) 5-7
Nước biển đọng hoặc dòng chảy thấp 5:1 Không có (thích hợp như bản vẽ) 4-6
Nhiệt độ không liên tục hoặc thấp (<30°C) 6:1 None 5-8
critical service, all orientations 1:1 (completely recrystallized) Full solution anneal (1040°C + quench) >10. Nhận dạng hiện trường của vết rỗ dị hướng

Hình thái hố của lò sưởi 316 bị hỏng trong nước biển đang chảy cho thấy hiệu ứng tỷ lệ khung hình hạt. Các vết rỗ kéo dài dọc theo trục ống (chứ không phải hình tròn) gợi ý rằng các hạt bị kéo dài và vết rỗ tiến triển chủ yếu dọc theo các ranh giới hạt song song với trục. Mặt cắt dọc-cho thấy đường ăn mòn dọc theo các ranh giới hạt mở rộng dưới kính hiển vi. Giải pháp là yêu cầu ống kết tinh lại đầy đủ (hạt cân bằng) để mua trong tương lai bằng cách cung cấp dung dịch ủ đầy đủ theo tất cả các quy trình vẽ. Ống kết tinh lại thường có chi phí cao hơn 10-20%, được chứng minh bằng việc kéo dài tuổi thọ lên 2-3 lần trong nước biển chảy.

Kết luận: Hạt cân bằng dùng trong nước biển

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) có thể xuyên qua tường trong 2-3 năm trong khi các hạt cân bằng (tỷ lệ khung hình 1:1) cho tuổi thọ 7-8 năm. Khi thiết kế vỏ bọc 316 cho các ứng dụng hàng hải hoặc ven biển, các kỹ sư cần có giải pháp ủ cuối cùng để tạo ra các hạt cân bằng, kết tinh lại. Khi không thể đạt được quá trình ủ hoàn toàn (ví dụ: các cụm dài hoặc phức tạp), phải đặt tỷ lệ khung hình tối đa (Nhỏ hơn hoặc bằng 3:1) và bộ gia nhiệt được gắn với dòng chảy bình thường đến trục ống. Khung được phát triển ở đây liên quan đến tỷ lệ khung hình hạt với tốc độ lan truyền hố dị hướng. Điều này cho phép người mua lựa chọn ống 316 có khả năng chống lại sự xâm nhập rỗ tối đa trong dòng nước biển chảy.