O dan Ba ​​Gyfuniad Penodol o Drwch Wal a Straen Gweddilliol Ar ôl Cyfnewid Y Mae Gwain Gwresogydd 316L yn Datblygu Hydrogen Gohiriedig-Cracion a Achosir yn Ystod y Cylch Gwresogi Cyntaf

Mecanwaith Trapio Hydrogen Mewnol mewn Gwain Oer Wedi'u Gweithio

In the case of electric heating tubes sheathed in 316L stainless steel and produced by swaging (reduction of the tube after filling with MgO and inserting the resistance wire), the interplay between the reduction in wall thickness (swaging reduction percentage) and the resulting residual stress profile may lead to a seldom discussed but catastrophic failure mode, delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle. The swaging technique reduces the outer diameter of the tube by 15-25% and strong compressive and tensile residual stresses are introduced into the sheath. Residual lubricants (oils, greases, drawing compounds) present on the inner diameter or in the MgO dissolve at high temperatures (during first heating), liberating hydrogen atoms. These hydrogen atoms diffuse into the highly strained cold wrought 316L sheath and collect at grain boundaries, particularly in high triaxial stress locations. However, if the combined effect of the wall thickness reduction (>18-20%) and residual stress (>200-300 MPa, >Mae 70-80% o gynnyrch) yn fwy na throthwy, mae'r wain yn cracio yn ystod y cylch gwresogi cyntaf (200-300 gradd fel arfer) cyn cyrraedd y tymheredd gweithredu arferol. Mae'r papur hwn yn cyfrifo'r cyfuniad hanfodol o swaging lleihau-straen gweddilliol ar gyfer cracio hydrogen cylch cyntaf.

Mecanwaith Cracio Hydrogen yn y Cylch Cyntaf

The 316L sheath is severely deformed (15-25% reduction) during swaging, so that high density of dislocations and strain-induced martensite operate as hydrogen traps. There are residual lubricants (even microscopic quantities) on the inner diameter of the sheath or in the MgO. When first heated in service, these lubricants breakdown, hydrocarbons → CO + CO2 + H2O. H2O interacts with iron giving atomic hydrogen (H). The high dislocation density and residual stress gradients generate a driving force for hydrogen diffusion into the cold-worked sheath. At high temperatures (200-400°C) the hydrogen is mobile and concentrates in locations of maximal triaxial stress (usually at the inner diameter, near the contact points of the resistance wire). If the local concentration of hydrogen surpasses a critical threshold (estimated >10-20 ppm), mae'r deunydd yn cael ei frau gan hydrogen ac mae craciau'n cnewyllo ar yr wyneb mewnol ac yn tyfu tuag allan. Mae cracio yn digwydd yn y cylch gwresogi cychwynnol, mewn rhai achosion cyn i'r gwresogydd gyrraedd ei dymheredd pwynt gosod.

Mesur y berthynas rhwng lleihau swaging, straen gweddilliol ac achosion o gracio

Mae profion labordy rheoledig ar wain 316L (10 mm OD, wal derfynol 1.5 mm) gyda gwahanol leihad swaging (tiwbiau cychwynnol OD yn amrywio o 12- 14 mm), mesur straen gweddilliol (difreithiant pelydr X-) a gwresogi cylch cyntaf i 400 gradd mewn awyrgylch rheoledig wedi arwain at y trothwyon cracio canlynol.

Lleihad Cyfrol (%) Trwch Wal Terfynol (mm) Straen Cylchyn Gweddilliol ar ID (MPa) Straen Gweddilliol fel % Cynnyrch (206 MPa) Mynychder Cracio Hydrogen % Amrediad Tymheredd CycleCracking Cyntaf (gradd ) Argymhellir ar gyfer Gwasanaeth Angenrheidiol yn Gyntaf-Gonestrwydd Gwres<12 >1.8 50-100 24-48% 0%Dim Ie
12-14 1.7-1.8 100-150 48-73 % 0-5% 350-400 Ydw 14-16 1.6-1.7 150-200 73-97 % 5-15% 300-380 Ymylol 16-18 1.5-1.6 200-250 97-121 % 15-30% 250-350 Heb ei argymell 18-20 1.4-1.5 250-300 121-146 % 30-60% 200-350 Na
20-22 1.3-1.4 300-350 146-170% 50-80% 200-300 No >22 <1.3 >350 >170% >80% 150-250 Nac ydw
Effaith math iraid a glanhau ar gynhyrchu hydrogen

Mae maint a math yr iraid sy'n cael ei adael ar ôl yn bwysig ar gyfer ffurfio hydrogen ac achosion o gracio.

Math o iraid Tymheredd Dadelfeniad Nodweddiadol, gradd Potensial Cynhyrchu Hydrogen, (cymharol) Mynychder Crac, 18% Lleihad Cyfnewid, % Glanhau Awgrymedig-i fyny yn dilyn cyfnewid
Dim (gwactod, swaging sych)D/A|Dim|0-5% |Gorau ddim yn berthnasol
Olew mwynol (ysgafn) 250-350 Uchel 40% -70% Pobi gwactod + diseimio toddyddion
Ester synthetig 200 – 300 Uchel iawn 50-80% Golch alcalïaidd + uwch sonig
Paraffin clorinedig 150-250 Cymedrol (HCl hefyd) 30-50% Glanhau arbennig (tynnu HCl)
Iraid yn seiliedig ar sebon 300-400 Isel i gymedrol 15-30% Golchwch mewn dŵr poeth a sychwch
Lluniad cyfansawdd (hydawdd dŵr) 200-350 Cymedrol 20-40% Golchwch DI pwysedd uchel + pobi
Argymhellion Ymarferol ar gyfer Gwresogi Cyntaf Heb Craciau

Mae'r safonau swaging a glanhau canlynol yn berthnasol i wresogyddion caeedig 316L sydd angen cywirdeb cylch cyntaf.

Lefel Dibynadwyedd a Ddymunir Lleihad Mwyaf mewn Gorlif (%) Glanhau Isafswm Ar Ôl Swaging Uchafswm Straen Gweddilliol (MPa) Y Weithdrefn Wresogi Gyntaf
Safonol (nad yw'n{0}}feirniadol) 16 Sychwr toddyddion<200 Normal ramp (10-20°C/min)
Uchel (trochi dŵr) 14 Toddydd + pobi gwactod 150 gradd, 2 awr<150 Slow ramp (5°C/min to 300°C, hold 1h)
Critigol (systemau dan bwysau) 12 diseimio uwchsonig + pobi dan wactod 200 gradd , ramp araf iawn 4h 100 (2 radd / mun) + seibiau canolradd
Pwysig iawn (niwclear, meddygol) 10 (neu anelio ar ôl swaging) Ateb llawn aneliad ar ôl swaging<30 (annealed)Ramp as always
Asesiad Risg Cracio Cylch Cyntaf

Mae tri dull dilysu yn bodoli ar gyfer prynwyr sydd eisiau cadarnhad o'r-cracio hydrogen cylch cyntaf. 1. Pobi hydrogen-allan: Swage a glanhau'r gwresogydd ac yna ei gynhesu i 250 gradd am 4-6 awr mewn gwactod neu argon sych i ollwng hydrogen allan o'r wain. Yr ail yw mesur y straen gweddilliol trwy ddifreithiant pelydr-X ar y gwresogydd gorffenedig (os yw'n hygyrch, cyn ei lenwi â MgO). Derbyn: straen cylch<150-200 MPa. The third is a test proof: heat the heater in a controlled environment to 400 C at 2-5 C/min while monitoring for acoustic emission (cracking sounds) or helium leak check after cooldown.

Cylch Cyntaf Adnabod Maes Cracio Hydrogen

Os bydd gwresogydd yn methu yn ystod y gwresogi cychwynnol (dim gwasanaeth blaenorol), bydd cracio a achosir gan hydrogen yn arwain at graciau hydredol ar y wain, yn aml yn syth, heb unrhyw bylu, graddio na chorydiad arall. Gall arwyneb yr hollt fod â nodweddion holltiad rhyng-gronynnog neu led-gyda dimples mân. Fe welwch arwyddion o iraid dros ben (dyddodion brown, carbonaidd) ar y diamedr mewnol ger y crac. Y ffordd orau o wella yw bod angen postiad mwy llym o lanhau'r swigod a chylchred all-lif pobi hydrogen cyn y cynulliad terfynol neu leihau'r gostyngiad yn y swage i<12-14%.

Casgliad: Mae angen rheoli lleihau swage a gweddillion iraid er mwyn atal cracio'r cylch cyntaf

Delayed hydrogen-induced cracking during the first heating cycle (150-350°C) of 316L stainless steel heater sheaths can be initiated by swaging reductions >16-18% in conjunction with residual stress >200-250 MPa ac ireidiau gweddilliol o'r broses swatio. Roedd nifer yr achosion o gracio yn 15-60% ar 18-gostyngiad o 20% yn yr arwynebedd. Mae'n rhaid i beirianwyr sy'n nodi gwain 316L gyfyngu ar y gostyngiad swatio i 14-16% ar gyfer cymwysiadau critigol a bod angen glanhau'r swaging ar ôl - (diseimio toddyddion + pobi dan wactod ar 200 gradd am 4 awr) i gael gwared ar ireidiau gweddilliol. Ar gyfer y dibynadwyedd uchaf, nodwch gylchred pobi hydrogen cyn y cynulliad terfynol. Mae'r dull a roddir yma yn cyfateb i ostyngiad mewn swage, straen gweddilliol, a gweddillion iraid i achosion o gracio hydrogen cylch cyntaf, gan alluogi cwsmeriaid i nodi technegau gweithgynhyrchu a fyddai'n atal methiant gwres cyntaf trychinebus o wain gwresogyddion 316L oer.