Vid vilken specifik kombination av svavelsyrakoncentration och temperatur kräver en mantel av 1,2 millimeter 316 rostfritt stål efter-svetsglödgning för att förhindra intergranulär korrosion i elektriska doppvärmare?
Lämna ett meddelande
Svetsning av infästningen av monteringsflänsar och beslag till manteln av 316 rostfritt stål måste göras för tillverkningsingenjörer och kvalitetssäkringspersonal som ansvarar för elektriska doppvärmare för användning i svavelsyraservice. Svetsning genererar värme som kan producera sensibilisering, bildningen av kromkarbider vid korngränserna i den värme-påverkade zonen. 316 som sensibiliserats förlorar sin korrosionsbeständighet och blir mottaglig för intergranulär korrosion som företrädesvis angriper korngränserna, vilket ger snabba materialförluster och eventuellt värmningsfel. Väggtjockleken på manteln styr kylningstakten efter svetsning och nödvändigheten av efter-svetsglödgning. I detta arbete bestämde vi tröskeln för svavelsyrakoncentration som kräver efter-svetsglödgning för att undvika intergranulär korrosionsangrepp i en 1,2 mm 316 mantel.
Sensibilisering och mekanism för intergranulär korrosion i 316
När 316 rostfritt stål värms upp till temperaturer mellan 450°C och 850°C, sensibiliseringsområdet, fälls kromkarbider ut vid korngränserna. Sådan daggpunktsutfällning läcker ut krom från områdena intill korngränserna, vilket gör att de är utarmade till mindre än de 12 % krom som behövs för att bilda en passiv film. I en korrosiv miljö är dessa kromutarmningszoner företrädesvis korroderade, vilket resulterar i korngränsangrepp och slutligen i avlägsnande av material. Den 1,2 mm tunna-väggiga manteln har en låg termisk massa och värmen kan snabbt försvinna efter svetsning. Detta leder till en snabb nedkylningshastighet. Den tunna väggen kyls snabbt från svetstemperaturen till under 450°C och tillbringar lite tid i sensibiliseringsområdet. En tjock-väggig mantel > 3 mm har en långsammare kylningshastighet, vilket ökar risken för sensibilisering. Men för en 1,2 mm vägg är kylningshastigheten i allmänhet tillräckligt snabb för att undvika sensibilisering under konventionella gasvolframbågsvetsningsförhållanden. Det är inte bara väggtjockleken som är nyckeln, det är kolhalten i 316-materialet. Lågkolhalt 316L (max 0,03 % C) är särskilt motståndskraftig mot sensibilisering oberoende av väggtjocklek. Standard 316 (max 0,08 % kol) kan sensibiliseras om den kyls för långsamt.
Kritisk koncentration av svavelsyra för detektion av sensibilisering
Den intergranulära korrosionen av sensibiliserad 316 är särskilt allvarlig vid vissa koncentrationer av svavelsyra. Strauss-testet (ASTM A262 Practice E) kombinerar kokande 16 % svavelsyra med kopparsulfat för att testa för sensibilisering. Intergranulär attack är mest sannolikt att inträffa vid användning i 10 till 40 % svavelsyra vid temperaturer över 50°C. Vid mindre än 10 % är syran inte tillräckligt kraftig för att helst rikta in sig på korngränserna. Vid cirka 40 % blir syran oxiderande och återpassiverar ytan, vilket maskerar sensibiliseringen. Tröskelkoncentrationen för risk för intergranulär korrosion för ett 1,2 mm 316-hölje i svavelsyra är cirka 15–25 % vid temperaturer på 60–80°C. Under 15 % kan ett sensibiliserat hölje leva i åratal utan uppenbart angrepp. Vid koncentrationer över 25 % kan syran vara tillräckligt oxiderande för att stoppa intergranulär attack men gropbildning blir då ett problem. Inom det kritiska intervallet 15–25 % kan ett sensibiliserat hölje förlora 0,5–2,0 mm material varje år längs korngränserna och genomborra en 1,2 mm vägg inom månader. Därför, för applikationer med svavelsyrakoncentrationer mellan 15 % och 25 % och temperaturer över 50°C, rekommenderas eftersvetsglödgning starkt om inte 316L används.
Matris för glödgningskrav för svetsade 316-hylsor
Tabellen nedan listar rekommendationer för efter-svetsglödgning av 1,2 mm 316-mantel för olika svavelsyrakoncentrationer, driftstemperaturer och specifika 316-kvaliteter som används. Glödgning är att värma den svetsade enheten till 1050°C i 15 minuter, sedan snabbkylning (vattenkylning eller forcerad gas).
Svavelsyrakoncentration Drifttemperatur Grad 316 Post-Svetsglödgning krävs? Alternativ rekommendation
Mindre än 10 procent av alla temperaturer 316 eller 316L Ingen standardsvetsning OK
10 – 15 % Under 60°C 316L Ingen föredragen 316L
10 – 15 % Under 60°C 316 Nej, men 316L rekommenderas Godtagbar utan glödgning
10 – 15% 60 – 90°C 316L Nej Övervakare för attack 10 – 15% 60 – 90°C 316 Ja Glödgning eller använd 316L 15 – 25% Under 50°C 316L Nej 316L acceptabelt 15 – 205% Ja Annealing 1 5°C Under 1 5 25 % 50 – 80°C 316 eller 316L Ja Glödgning obligatorisk för antingen grad 15 – 25 % Över 80°C Alla 316 Ja, plus överväg legeringsuppgradering Hög attackrisk; använd legering 20 25 – 40 % Valfri temperatur Valfri 316 Ej tillämpligt Sensibilisering inte det primära felläget; pitting dominerar
Mer än 40 procentAll temperatur Alla 316 Ej tillämpligt Oxiderande syra; intergranulär attack osannolik
Om standard 316 används krävs efter-svetsglödgning för en 1,2 mm 316 mantel i det kritiska koncentrationsintervallet 15-25 % vid temperaturer över 50°C. Med 316L är glödgning en extra säkerhetsmarginal. Intergranulär korrosion kan tränga igenom den tunna väggen på 3–12 månader, vilket leder till flänslossning eller mantelläckage, utan glödgning av den svetsade flänsens fästzon.
Praktiska överväganden vid glödgning för tunna-väggiga rör
Problem i praktiken uppstår med efter-svetsglödgning av en 1,2 mm 316 mantel. Den höga temperaturen på 1 050°C kan leda till oxidation av den inre motståndstråden om enheten inte är väl avskärmad. Glödgning måste göras i en ugn med kontrollerad miljö med argon eller dissocierad ammoniak för att undvika oxidation. Alternativt kan svetszonen glödgas lokalt genom induktionsvärme utan att värma upp hela värmaren. MgO-isoleringen i värmeelementen expanderar annorlunda än stålet och kan krossa manteln, därför är full ugnsglödgning av värmare som tidigare spacklats med MgO-isolering inte möjlig. Glödgning måste göras efter svetsning, men före stukning, eller endast lokaliseras till svetsområdet. Ingenjörer bör specificera att alla svetsar på 316 mantlar för 15–25 % svavelsyraservice ska följas av lokaliserad induktionsglödgning av den värmepåverkade zonen. Den glödgade zonen ska vara minst 10 mm på vardera sidan av svetsen. Korrekt glödgning kan kontrolleras med en ferritmätare eller genom att skicka in ett provsvets för ASTM A262 Practice E-testning. En leverantör som inte kan utföra efter-svetsglödgning eller erbjuda verifieringstestning ska inte användas för svavelsyraservice i det kritiska koncentrationsintervallet. Kostnaden för ett intergranulärt korrosionsfel, vilket vanligtvis är oväntat och utan förvarning, är betydligt högre än kostnaden för bra glödgningsprocesser. För nya installationer, att välja 316L, snarare än standard 316, eliminerar potentialen för sensibilisering för 1,2 mm väggar under alla utom de mest extrema förhållanden och rekommenderas starkt för alla svavelsyratjänster över 10 % koncentration.
