Hur kontrollerar det ekvivalenta krominnehållets utarmningsdjup vid svetsfogar av 316 värmemantelrör intergranulär korrosionskänslighet vid kokande salpetersyra

Mikrostrukturell gradient i svetsvärme-påverkad zon (HAZ) som korrosionsparameter

I oxiderande sura miljöer är den -värmepåverkade zonen (HAZ) intill svetsfusionslinjen det känsligaste området för intergranulär korrosion (IGC) i fallet med 316 mantlade elektriska värmerör av rostfritt stål som behöver svetsade ändstycken eller flänsar, såsom trycksatta värmare, värmebrunnar i. Under svetsning upplever HAZ en värmecykel som delvis kan lösa upp befintliga karbider och återutfälla kromkarbider vid korngränserna vid kylning. Den efterföljande kromutarmningen sträcker sig ett visst djup från korngränsen och kvantifieras som det ekvivalenta utarmningsdjupet för krominnehållet (vanligtvis 50-500 nm). Djupet av kromutarmning i kokande 65 % salpetersyra (ASTM A262 praxis C) är större än 200 nm och koncentrationen av krom vid korngränsen är mindre än 12 %. Intergranulära angrepp fortsätter snabbt och genererar viktminskningar på 0,5-2 mm/år. Detta dokument mäter kopplingen mellan kromutarmningsdjup, korngränskromkoncentration och IGC-hastighet i svetsade 316 höljen.

Mekanism för kromutarmning genom svetsning

Vid svetsning av 316 rostfritt stål värms den värmepåverkade zonen (HAZ) upp till temperaturer mellan 600 grader och 1 300 grader. I det uppvärmda området över cirka 1 050 grader löses de befintliga karbiderna helt upp och krom och kol är i fast lösning. Med sjunkande temperatur går HAZ genom sensibiliseringsområdet (450-850 grader) i en takt som är en funktion av väggtjocklek, förvärmning och omgivningsförhållanden. Tunna -väggvärmare (1,5-2,0 mm) kyls ner ganska snabbt (10-30 sekunder genom sensibiliseringsintervallet) vilket ofta förhindrar betydande karbidutfällning. Men när flera svetspassningar görs, eller när manteln svetsas till en tjock fläns (som fungerar som en kylfläns), är avkylningshastigheten långsammare och kromkarbider kan fällas ut vid korngränserna, vilket skapar en kromutarmad zon 50-500 nm bred med lokalt krominnehåll så lågt som 10 bul% - 10 % - 9 %. Det motsvarande utarmningsdjupet för krominnehållet är bredden på det område där krom är mindre än det kritiska värdet på 12 %.

Kvantifierat samband mellan utarmningsdjup och korrosionshastighet vid intergranulär korrosion.

Sambandet fastställdes genom kontrollerad svetsning av 316-rör (1,5 mm vägg) med olika värmetillförsel (0,5-3,0 kJ/mm) och kylningshastigheter följt av mätning av kromutarmningsdjupet med Auger-elektronspektroskopi (AES) och IGC-testning i kokande 65 % HNO₃ vardera (45 timmars HNO₃).

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (många pass)<5 >500 <6 >3.50 Underkänd (sönderfall) Oacceptabelt
Kolinnehållets inverkan på utarmningsdjupet

För samma kylningshastighet ger Standard 316 (0,08% C) djupare utarmningszoner än 316L (0,03% C) eftersom det finns mer kol för att bilda karbider.

Nedkylningshastighet (grad /s) (450-850 grader) Utarmningsdjup i 316 (0,08 % C) (nm) Utarmningsdjup i 316L (0,03 % C) (nm)316 IGC-hastighet (mm/år)316L IGC-hastighet (mm/år) Rekommenderad graderad service i A100<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1,50 > ,60 Efter-svetsglödgning krävs för båda
Salpetersyra Service Praktiska svetsspecifikationer

För 316 mantlade värmare för användning i kokande salpetersyra eller andra oxiderande syror, kommer följande svetskrav att minimera kromutarmningsdjupet och ge IGC-beständighet.

Servicevillkor Maximal tillåten IGC-hastighet (mm/år) Föreslagen svetsprocess Maximal värmetillförsel (kj/mm) Acceptanstest efter svetsbehandling
Intermittent, utspädd (20 % HNO3) 0,3 GTAW, enkelgång 1,5 Ingen (om 316L) ASTM A262 Övning A