Sut Mae Lluniadu'r Tiwb yn Lleihau'r Ganran ar 316 o Wain Gwresogydd Dur Di-staen yn Newid y Nifer Cyfwerth ag Ymwrthedd Pitting mewn Atebion Clorid

Dylanwad Anffurfiad Mecanyddol ar Gemeg Ffilm Goddefol a Dosbarthiad Cynhwysiant

The manufacturing history of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes, particularly the percentage reduction due to cold drawing to which the tubing is subjected prior to the final annealing, has a measurable, but often ignored, effect on the intrinsic pitting resistance of the material in chloride containing media. The pitting resistance equivalent number (PREN = weight percent Cr + 3.3×Mo + 16×N) is computed from bulk chemistry and is generally a constant material attribute for a specific alloy grade . But cold drawing redistributes non-metallic inclusions, refines the grain structure and may change the effective concentration of chromium and molybdenum at the tube surface by strain-induced diffusion. High reduction percentages (>Gall 40-50%) arwain at rwygiad cynhwysiant sylffid manganîs enfawr, gan gynhyrchu microagennau sy'n safleoedd ffafriol ar gyfer cychwyn tyllu, waeth beth fo'r swmp PREN. Yn y papur hwn, mae dylanwad y lluniad tiwb % ar wrthwynebiad tyllu effeithiol o 316 o wain mewn toddiannau clorid cynnes yn cael ei feintioli a disgrifir fframwaith manyleb ar gyfer dewis gostyngiad lluniadu yn seiliedig ar ddifrifoldeb cyrydiad.

Y Berthynas Fetelegol Rhwng Gwaith Oer a Thueddiad i Dyllu

Mae'r cyfansoddiad cemegol swmp yn parhau heb ei newid gan yr anffurfiad plastig pan fydd 316 o diwb dur di-staen yn cael ei dynnu'n oer i ostwng y diamedr allanol a'r trwch wal. Fodd bynnag, mae'n addasu tair nodwedd microstrwythurol sy'n dylanwadu ar gyrydiad lleol. Effaith gyntaf yr anffurfiad yw ymestyn cynhwysiant anfetelaidd, yn bennaf MnS a chlystyrau ocsid, i'r cyfeiriad lluniadu. Mae gan y cynhwysiant hirgul ryngwyneb di-dor mwy gyda'r matrics austenitig o'u cwmpas ac felly maent yn cynyddu'r posibilrwydd o greu pwll ar un cynhwysiad i'w wasgaru ar hyd y ffin matrics cynhwysiant yn lle ail-oddef. Yn ail, mae cynhwysiant MnS mawr yn cael ei dorri gan waith oer trwm (gostyngiadau> 40%) i gynhyrchu microcraciau nad ydynt yn cael eu hatgyweirio trwy anelio dilynol oni bai bod y tymheredd yn uwch na 1050 gradd. Mae'r microcraciau hyn yn gweithredu fel holltau i ddal ïonau clorid ac i gynnal cemeg ymosodol yn lleol, a thrwy hynny ddechrau pylu ar botensial llawer is na'r potensial tyllu swmp . Yn drydydd, mae gwaith oer yn codi'r dwysedd dadleoliad o dri i bedwar gorchymyn maint o tua 10{at 8} cm{sup -2} mewn deunydd anelio i 10{at 11} i 10{sup 12} cm{sup -2} mewn 40% deunydd tynnu oer. Mae dadleoliadau yn feysydd ynni uchel lle mae'r ffilm oddefol yn deneuach ac yn fwy diffygiol ac felly'n fwy sensitif i ddadelfennu a achosir gan glorid. Yr effaith net yw y gall dau diwb gyda PREN cyfartal o gemeg swmp fod ag amrywiadau tymheredd tyllu o 10-15 oC dim ond o wahaniaethau yn y canran lleihau lluniad oer a ddefnyddiwyd cyn anelio terfynol.

Anelio ar ôl lluniadu fel cam adferol critigol

Nid yw'r golled ymwrthedd tyllu a achosir gan waith oer yn barhaol. Mae anelio hydoddiant llawn ar 1040-1100 gradd a diffodd dŵr yn gyflym yn arwain at ailgrisialu'r strwythur grawn, cael gwared ar afleoliadau a sfferoideiddio cynhwysiant hirfaith. mae anelio yn adfer gwrthiant tyllu tiwb wedi'i dynnu'n hynod o oer i'r hyn a geir mewn tiwb ysgafn o'r un swmp cemeg . Ond mae'r arfer diwydiannol o wneud gwainiau gwresogydd yn wahanol iawn. Mae rhai gweithgynhyrchwyr yn tynnu tiwbiau i ddimensiynau terfynol, gan leihau'r biled gwag cychwynnol 60-70 %, yna anelio cyn torri i hyd a phlygu. Mae eraill yn tynnu llun sawl gwaith gydag aneliadau canolraddol gan adael y tiwb mewn cyflwr caled neu chwarter (10-25 % gwaith oer) heb aneliad llawn terfynol, gan ddibynnu ar wres y weldio yn y dyfodol a phlygu i ryddhau tensiynau'n rhannol. Ar gyfer y dechneg olaf, mae'r gwaith oer gweddilliol (fel arfer 10-25 %) yn gostwng gwerth cyfatebol y gwrthiant tyllu effeithiol 2-4 pwynt. Yn ymarferol, mae'r tiwb gyda'r swmp PREN=25 (ee. 17%Cr, 2.2%Mo, 0.06%N) yn ymddwyn fel PREN=22-23 mewn cyflwr oer, sy'n achosi gostyngiad yn y tymheredd tyllu critigol o 8-12 gradd. Ar 80 gradd a'r un crynodiad clorid, bydd tyllu'n digwydd ar y tiwb oer, tra bydd y tiwb sydd wedi'i anelio'n llawn yn oddefol.

Meintioli effaith gostyngiad tynnu ar dymheredd tyllu ac amser sefydlu

Mae cysylltiadau meintiol wedi'u sefydlu o brofion labordy o 316 o diwbiau dur di-staen gyda gostyngiadau lluniadu rheoledig a mesuriadau potensial tyllu dilynol mewn 1 M NaCl ar 80 gradd. Ar gyfer deunydd sydd wedi'i anelio'n llawn (015% o waith oer) y potensial tyllu critigol fel arfer yw 300-350 mV vs. SCE a'r tymheredd tyllu critigol (CPT) yn 1 M NaCl yw 55-65 gradd . Ar gyfer deunyddiau gyda 15% o waith oer (chwarter-caled) mae'r CPT yn gostwng i 48-55 gradd . Ar gyfer 25 % gwaith oer (hanner caled) mae'n disgyn hyd yn oed yn is i 40-48 gradd . Ar gyfer gwaith oer 40% (llawn-galed) mae CPT yn lleihau i 30-38 gradd . Ar gyfer gwasanaeth, ni fydd gwain 316 wedi'i anelio'n gywir yn arddangos unrhyw dyllu am 5-8 mlynedd mewn dŵr clorid 2000 ppm ar 90 gradd. Gyda'r un cemeg swmp a 25% o waith oer gweddilliol, bydd y tyllu'n dechrau ymhen 12-24 mis o dan yr un amgylchiadau hylifol. Mae'r amser sefydlu i ddechrau'r tyllu yn esbonyddol gyda chanran gwaith oer. Mae pob cynnydd o 5 % mewn gwaith oer tua haneru'r amser i bylu am y tro cyntaf mewn amgylchedd tymheredd clorid penodol. Mae'r tabl isod yn dangos y perthnasoedd hyn ar gyfer cemeg 316 nodweddiadol (PREN=25) ar gyfer amrywiaeth o grynodiadau clorid a thymereddau gweithredu.

Residual Cold Work after Drawing (%) Heat Treatment after Drawing Effective PREN (calculated) Critical Pitting Temperature in 2000 ppm Cl⁻ (°C) Time to Pit Initiation at 90 °C, 500 ppm Cl⁻ Recommended Service Environment 0-5 (completely annealed) Full solution anneal 1040 °C + quench 25 58 >8 mlynedd Pob gwasanaeth clorid hyd at 3000 ppm, 90 gradd 5-10 Lleddfu straen rhannol yn unig 24-25 53-58 5-8 mlynedd Derbyniol ar gyfer cloridau cymedrol (<1500 ppm) 
10-15 Dim anelio; fel y lluniwyd chwarter-galed 23-24 48-533-5 mlynedd o wasanaeth clorid (<800ppm)
15-20 Dim anelio, hanner caled 22-23 44-48 2-3 mlynedd Ymylol, Cloridau isel yn unig (<400 ppm)
20-25 Dim anelio, wedi'i dynnu'n galed21-22 40-44 12-24 mis Ddim yn addas ar gyfer gwasanaeth parhaus clorin
25-35 Dim anelio; 19-21 34-40 6-12 mis llawn-galed Annerbyniol ar gyfer unrhyw amgylchedd clorid llaith
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 mlynedd (yn dibynnu ar PREN swmp) Y safon a ffefrir ar gyfer pob gwasanaeth cyrydol
Dilysu Ymarferol o Gyflwr Gwaith Oer a Digonolrwydd Anelio

Mae tair ffordd ymarferol i brynwyr 316 o wresogyddion caeedig ar gyfer defnydd clorid sicrhau bod y tiwb wedi'i anelio'n llawn a bod ganddo leiafswm gwaith oer gweddilliol. Y cyntaf yw mesur athreiddedd magnetig gan ddefnyddio ferritescope. Dur gwrthstaen austenitig anelio llawn 316 yn nonmagnetig gyda athreiddedd cymharol (μr) llai na 1.02. Mae martensit a achosir gan straen, sy'n fferromagnetig, yn cael ei ffurfio mewn gyr oer 316. Mae darlleniad uwch na 1.05 yn awgrymu o leiaf 10-15% o waith oer, tra bod 1.10 yn argymell 20-25% o waith oer. Yr ail ddull yw profi microhardness ar ran o wal y tiwb. Mae gan Annealed 316 galedwch Vickers o 150-180 HV. Mae deunydd chwarter-galed yn 200-240 HV. Hanner-galed yw 250-300 HV. Llawn-caled yw 320 HV a thu hwnt. Mae'r trydydd prawf yn brawf adweithio potentiokinetig electrocemegol (EPR) sy'n mesur graddau'r sensiteiddio a difrod gwaith oer. Mae gwerthoedd EPR sy'n llai na 0.5 C/cm2 yn dynodi deunydd sydd wedi'i anelio'n drylwyr, tra bod gwerthoedd sy'n fwy na 2.0 C/cm2 yn awgrymu anffurfiad gweddilliol sylweddol. Mae manyleb tystysgrif anelio datrysiad llawn (tymheredd, amser, a dull diffodd) ynghyd ag uchafswm athreiddedd magnetig o 1.05 yn y manylebau prynu yn cynnig sicrwydd ansawdd y gellir ei orfodi.

Perthynas gwaith oer, weldio a phosibiliadau anelio terfynol

Cyfyngiad gweithgynhyrchu nodweddiadol yw'r ffaith nad yw anelio datrysiad llawn bob amser yn bosibl ar ôl plygu a weldio. Ni ellir anelio'n ymarferol gwresogyddion tiwb U hir, yn enwedig y rhai sydd â fflansau a thermowells ynghlwm wrthynt, gan y byddai'r tymheredd uchel yn ystumio'r cynulliad, yn ocsideiddio'r MgO mewnol neu'n niweidio cydrannau anfetelaidd. Yn yr achosion hynny, y ffactor pwysicaf ar gyfer yr ymwrthedd cyrydiad terfynol yw cyflwr gwaith oer y tiwbiau amrwd cyn siapio. Os yw'r tiwb i'w ddanfon yn y cyflwr anelio llawn (0 i 5 y cant o waith oer) cyn ei blygu, yna hyd yn oed gydag ychwanegu 10 i 15 y cant o waith oer o'r llawdriniaeth blygu, bydd y straen gweddilliol yn y pen draw yn llai na 20 y cant. Ar gyfer gwresogyddion y mae'n rhaid eu defnyddio yn y cyflwr plygu heb anelio terfynol, mae'r dewis o diwbiau â chynnwys molybdenwm uwch (ee . 316L gyda 2.5-2.7 % Mo yn lle lleiafswm o 2.0 %) yn cynnig cynnydd cydadferol mewn swmp PREN. Mae gan tiwb gyda swmp PREN=27 a 15% o waith oer gweddilliol PREN effeithiol ≈ 25, yr un fath â safon anelio llawn 316. Mae'r dull hwn o ddefnyddio cemeg premiwm i wneud iawn am gyfyngiadau gweithgynhyrchu yn nodweddiadol ar gyfer cynulliadau gwresogydd mawr, cymhleth lle nad yw anelio ar ôl saernïo yn opsiwn.

Casgliad – Diffinio Cyflwr Anelio gyda Chemeg ar gyfer Gwasanaeth Cyrydol

Nid yw gwrthiant tyllu 316 o wresogyddion gorchuddio dur di-staen mewn hydoddiannau clorid yn swyddogaeth o'r swmp PREN fel yr adroddwyd yn nhystysgrif y felin yn unig. Gall y gostyngiad lluniadu oer a ddefnyddir wrth gynhyrchu tiwbiau ac a roddir aneliad datrysiad llawn i'r tiwb ar ôl yr holl weithrediadau ffurfio symud y tymheredd tyllu effeithiol 10-20 gradd a newid yr amser i gychwyn y pwll gan ffactor o 5-10. Ar gyfer gwresogyddion gwasanaeth parhaus mewn cloridau uwch na 500 ppm neu ar dymheredd uwch na 80 gradd, dylai'r prynwr geisio ardystiad bod y wain gorffenedig (gan gynnwys troadau a welds) wedi'i anelio'n llwyr â thoddiant. Pan nad yw anelio ôl-wneuthuriad yn ymarferol, mae defnyddio cemeg premiwm (316L gyda PREN Mwy na neu'n hafal i 26) a mynnu cyflwr anelio tiwb (caledwch < 180 HV, athreiddedd Llai na neu'n hafal i 1.02) yn opsiwn rhesymol. Mae patrwm a ddatblygwyd yn y papur hwn yn cydberthyn % gostyngiad lluniadu tiwb a hanes anelio â gwrthiant tyllu gweladwy. Mae hyn yn galluogi peirianwyr i ddewis 316 o wresogyddion gwain a fydd yn rhoi perfformiad cyrydiad rhagweladwy, yn hytrach na dibynnu ar gemeg swmp yn unig.