Vid vilken specifik tröskel för svavelsyrakoncentrationen kräver en 1,2 millimeter 316 rostfritt stålmantel efter-svetsglödgning för att förhindra intergranulär korrosion i elektriska nedsänkningsvärmare?

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 intergranulär korrosionsmekanism i 316
När 316 rostfritt stål värms upp i temperaturområdet 450 grader till 850 grader (sensibiliseringsområde), tenderar kromkarbider att fällas ut vid korngränserna. Denna nederbörd resulterar i att regionerna nära korngränserna blir utarmade på krom och således brister på de 12 % krom som krävs för passiv filmproduktion. I en korrosiv miljö är dessa kromutarmningszoner företrädesvis korroderade, vilket resulterar i korngränsangrepp och slutligen i avlägsnande av material. För en tunnväggig mantel med 1,2 mm tjocklek är kylningshastigheten efter svetsning hög eftersom den termiska massan är minimal och värmen försvinner snabbt. En tunn vägg kommer att svalna från svetstemperatur till under 450 grader på några sekunder och spendera lite tid i sensibiliseringsområdet. För tjocka-väggar (mer än 3 mm) är nedkylningshastigheten långsammare, 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
The intergranular corrosion of sensitised 316 is especially severe at certain concentrations of sulphuric acid. The Strauss test (ASTM A262 Practice E) is a test for sensitisation using boiling 16% sulphuric acid with copper sulphate. The most susceptible concentration of sulphuric acid to intergranular assault in service is between 10 and 40% at temperatures over 50°C. Below 10 % the acid is not active enough to target grain boundaries preferentially. Above 40% acid it becomes oxidising and repassivates the surface obscuring sensitisation. 1.2 mm 316 sheath in sulphuric acid. For 60-80°C the concentration threshold for the risk of intergranular corrosion is around 15-25%. A sensitised sheath may live for years without obvious attack below 15 per cent. At >25 % syra, syrans oxiderande tendens kan förhindra intergranulär attack men gropbildning blir ett bekymmer. Ett sensibiliserat hölje i det kritiska intervallet 15-25 % kan förlora material med en hastighet av 0,5-2,0 mm/år längs korngränserna och genomborra en 1,2 mm vägg på några månader. Så för applikationer med svavelsyrakoncentrationer mellan 15 % och 25 % vid temperaturer över 50 grader, rekommenderas eftersvetsglödgning starkt, om inte materialet är 316L.

Glödgningskravmatris för svetsade 316-hylsor
Tabellen nedan ger rekommendationer för efter-svetsglödgning av 1,2 mm 316 mantlar beroende på koncentrationen av svavelsyra, driftstemperaturen och den specifika graden av 316 som används. Svetsenheten värms upp till en temperatur på 1 050 grader i 15 minuter och kyls snabbt (vattenkylning eller forcerad gas).

Svavelsyrakoncentration Drifttemperatur 316 Grade Post Weld Glödgning behövs? Alternativ rekommendation
Mindre än 10 procent av316 eller 316L temperatur Ingen standardsvetsning tillåten
10 – 15 % Under 60 grader 316L Ingen föredragen 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15 % 60 – 90 grader 316L Ingen försiktighet mot attack
10 – 15 % 60 – 90 grader 316 Ja Glödga eller använd 316L 15 – 25 %Under 50oC 316L Ej acceptabelt 316L 15 – 25 %Tabell 11.2.2.1.2. Sammansättning och tillämpningar av 316 och 316L SS vid förhöjda temperaturer Vilken temperatur som helst Alla 316 N/A Sensibilisering är inte det dominerande felläget; Pitting är dominerande
Över 40 %Alla temperaturer Alla 316 Ej tillämpligt Oxiderande syra; intergranulär attack inte trolig
För det kritiska koncentrationsintervallet på 15-25 % vid temperaturer över 50 grader, om standard 316 används, behövs eftersvetsglödgning av en 1,2 mm 316-mantel. Men glödgning ger en extra säkerhetsmarginal även med 316L. Om glödgning inte utförs, kan området för en svetsad flänsfäste utveckla intergranulär korrosion som penetrerar den tunna väggen inom 3 till 12 månader, vilket orsakar att flänsen lossnar eller att manteln läcker.

Praktiska överväganden om glödgning av tunna väggar
Praktiska svårigheter med efter-svetsglödgning av 1,2 mm rör av 316 diskuteras. Om enheten inte är ordentligt skyddad kan den höga temperaturen på 1050 grader möjliggöra oxidation av den inre motståndstråden. Glödgning bör utföras i en ugn med kontrollerad miljö med antingen 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. Därför måste glödgning göras efter svetsning men före smidning eller endast lokaliserad till svetsområdet. Ingenjörer bör föreskriva att all svetsning som utförs på 316 mantlar som kommer att användas i 15 till 25 procent svavelsyra bör följas av lokaliserad induktionsglödgning av den värme{13}}påverkade zonen. Den glödgade zonen ska sträcka sig 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.