**Για έναν θερμαντήρα από ανοξείδωτο χάλυβα 316 που χρησιμοποιείται για τη διατήρηση 85 μοιρών σε άλμη χλωριούχου νατρίου 18% + 2% χλωριούχου καλίου για επεξεργασία ποτάσας, πώς γίνεται το επίπεδο υπολειπόμενης τάσης του σωλήνα (όπως-συγκολλημένο σε σχέση με την καταπόνηση{6}}ανακουφίζεται για 2 βαθμούς σε 55 ώρες) Συχνότητα ρωγμής από διάβρωση που προκαλείται από το χλώριο-στη ζώνη{10}}που επηρεάζεται από τη θερμότητα;**
Οι θερμαντήρες από ανοξείδωτο χάλυβα τύπου 316 χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία ποτάσας όπου η άλμη περιέχει 18% χλωριούχο νάτριο (NaCl) και 2% χλωριούχο κάλιο (KCl) στους 85 βαθμούς. Το συμπυκνωμένο διάλυμα χλωριδίου είναι μέτρια διαβρωτικό, αλλά ο ανοξείδωτος χάλυβας 316 διατηρεί τυπικά ένα σταθερό παθητικό φιλμ υπό αυτές τις συνθήκες. Ωστόσο, εμφανίζεται ένας συγκεκριμένος μηχανισμός αστοχίας στις συγκολλημένες ενώσεις στους σωλήνες του θερμαντήρα. Η επηρεαζόμενη από τη θερμότητα ζώνη (HAZ) από τη συγκόλληση περιέχει υπολειπόμενες εφελκυστικές τάσεις από τη θερμική συστολή και τους μετασχηματισμούς φάσης. Σε διαλύματα θερμού χλωρίου, αυτές οι υπολειμματικές τάσεις συνδυάζονται με ιόντα χλωρίου για να προκαλέσουν ρωγμές λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης (SCC). Η συχνότητα ρωγμών σχετίζεται άμεσα με το μέγεθος της υπολειπόμενης τάσης εφελκυσμού στο HAZ. Καθώς-οι συγκολλημένοι σωλήνες διατηρούν σημαντικές υπολειμματικές τάσεις (150–250 MPa) και ραγίζουν εντός 1000–2000 ωρών. Η πίεση των σωλήνων-που εκτονώνεται στους 550 βαθμούς για 2 ώρες έχουν υπολειπόμενες τάσεις μειωμένες στα 30–60 MPa και παρέχουν δωρεάν ρωγμή-μεγαλύτερες από 8000 ώρες. Η κατανόηση αυτής της συσχέτισης επιτρέπει στους μηχανικούς να καθορίσουν την κατάλληλη θερμική επεξεργασία μετά{26}συγκόλλησης για αξιόπιστη εξυπηρέτηση σε χλωριούχες άλμης.
**Μηχανισμός χλωριδίου-Επαγόμενο SCC σε 316 HAZ**
Το SCC που προκαλείται από χλωρίδιο-στο ανοξείδωτο χάλυβα 316 συμβαίνει μέσω ενός μηχανισμού θραύσης μεμβράνης-. Το παθητικό φιλμ οξειδίου του χρωμίου σπάει τοπικά στο HAZ όπου η υπολειπόμενη εφελκυστική τάση είναι μεγαλύτερη. Στην εκτεθειμένη μεταλλική επιφάνεια, τα ιόντα χλωρίου απορροφώνται και προάγουν την ανοδική διάλυση κατά μήκος των ορίων των κόκκων. Η συγκέντρωση τάσης στο άκρο της ρωγμής επιταχύνει τη διάλυση, ενώ η επαναπαθητοποίηση εμποδίζεται από την υψηλή συγκέντρωση χλωρίου. Το HAZ του συγκολλημένου ανοξείδωτου χάλυβα 316 έχει μια ευαισθητοποιημένη μικροδομή με ιζήματα καρβιδίου του χρωμίου και ζώνες εξαντλημένες από χρώμιο-, γεγονός που το καθιστά πιο ευαίσθητο στο SCC από το μητρικό μέταλλο. Η οριακή τάση για την εκκίνηση του SCC σε ανοξείδωτο χάλυβα 316 σε θερμές άλμης χλωρίου είναι περίπου 100–120 MPa. Κάτω από αυτό το όριο, δεν εμφανίζεται SCC ανεξάρτητα από το χρόνο έκθεσης. Καθώς-οι συγκολλημένοι σωλήνες υπερβαίνουν αυτό το όριο, ενώ οι σωλήνες που εκτονώνονται{16}}πέφτουν κάτω από αυτό.
**Ποσοτική συσχέτιση μεταξύ της υπολειπόμενης πίεσης και της συχνότητας SCC**
Ελεγχόμενες δοκιμές με χρήση σωλήνων από ανοξείδωτο χάλυβα 316 (12 mm OD, τοιχώματος 1,2 mm) με αυτογενείς συγκολλήσεις TIG (πλήρης διείσδυση, χωρίς πληρωτικό) βυθισμένο σε 18% NaCl, 2% KCl στους 85 βαθμούς με ποικίλες θερμικές επεξεργασίες μετά{6}συγκόλλησης αναφέρουν την ακόλουθη συμπεριφορά SCC μετά από 50 ώρες:
| Δημοσίευση-Επεξεργασία συγκόλλησης|Υπολειμματική καταπόνηση στο HAZ (MPa)|Time to First Crack (ώρες)|Πυκνότητα ρωγμών (ρωγμές ανά cm συγκόλλησης)|Μέγιστο βάθος ρωγμής μετά από 5000h (mm)|Μείωση συχνότητας SCC |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| Ως-συγκολλημένο (χωρίς επεξεργασία)|180 – 240|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,60|Γραμμή βάσης |
| Χαμηλή-ανακούφιση από το άγχος της θερμοκρασίας (300 βαθμοί , 2 ώρες)|130 – 170|500 – 800|4 – 8|0,25 – 0,40|35 – 45% |
| Τυπική ανακούφιση από το στρες (480 μοίρες, 2 ώρες)|70 – 100|1.500 – 2.500|1 – 3|0,08 – 0,15|70 – 80% |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Τα δεδομένα δείχνουν ένα σαφές αποτέλεσμα κατωφλίου. Καθώς-συγκολλημένοι σωλήνες με υπολειπόμενες τάσεις άνω των 180 MPa ραγίζουν εντός 500 ωρών. Η ανακούφιση από το στρες στους 550 βαθμούς για 2 ώρες μειώνει την υπολειπόμενη τάση στα 30–60 MPa, κάτω από το όριο των 100–120 MPa και εξαλείφει το SCC για τουλάχιστον 8000 ώρες.
**Γιατί οι 550 βαθμοί είναι η βέλτιστη θερμοκρασία ανακούφισης από το στρες**
Η ανακούφιση από την πίεση του ανοξείδωτου χάλυβα 316 απαιτεί θερμοκρασίες πάνω από το όριο ανακρυστάλλωσης για τις παραμορφωμένες περιοχές αλλά κάτω από το εύρος ευαισθητοποίησης (450–850 μοίρες για 316 λίτρα). Στις 550 μοίρες, η διαδικασία ανάκτησης μειώνει το υπολειπόμενο στρες μέσω της εξουδετέρωσης της εξάρθρωσης χωρίς να προκαλεί σημαντική ευαισθητοποίηση. Ο χρόνος κράτησης 2 ωρών εξασφαλίζει ομοιόμορφη μείωση της πίεσης σε όλο το HAZ. Οι χαμηλότερες θερμοκρασίες (480 βαθμοί ) παρέχουν μερική ανακούφιση από την καταπόνηση, αλλά αφήνουν υπολειπόμενες τάσεις στα 70-100 MPa, που είναι κοντά στο όριο SCC. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες (650 μοίρες) παρέχουν πληρέστερη ανακούφιση από το στρες, αλλά μπορούν να προκαλέσουν ευαισθητοποίηση και να μειώσουν την αντοχή στη διάβρωση. Η θεραπεία 2 ωρών 550 μοιρών παρέχει την καλύτερη ισορροπία ανακούφισης από το στρες χωρίς να διακυβεύεται η αντοχή στη διάβρωση.
**Σενάριο-Οδηγός επιλογής με βάση το στρες: Ανακούφιση από το στρες για θερμαντήρες άλμης χλωρίου**
| Κατάσταση Λειτουργίας|Συγκέντρωση χλωρίου|Θερμοκρασία|Δημοσίευση-Απαιτείται επεξεργασία συγκόλλησης|Αναμενόμενο SCC-Δωρεάν ζωή (ώρες)|Μηχανική αιτιολόγηση |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 18% NaCl + 2% KCl | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8.000|Εξαλείφει το SCC μειώνοντας την πίεση κάτω από το όριο |
| Διακοπτόμενη λειτουργία (<2000 hours/year) | 18% NaCl + 2% KCl | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 1,500 – 2,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Χαμηλότερη θερμοκρασία (70 βαθμοί, λιγότερο επιθετική)|18% NaCl + 2% KCl|70 μοίρες|Ανακούφιση από το άγχος στους 480 βαθμούς, 2 ώρες|3.000 – 5.000|Η χαμηλότερη θερμοκρασία αυξάνει το όριο SCC |
| Higher chloride concentration (>25% total) | >25% total | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8.000|Συνδυασμένη επεξεργασία για μέγιστη αξιοπιστία |
| Δεν είναι δυνατή η θερμική επεξεργασία μετά-συγκόλλησης|Οποιοδήποτε|Οποιοδήποτε|Ως-συγκολλημένο (αποδοχή κινδύνου ρωγμών)|300 – 500|Αποδεκτό μόνο για προσωρινή υπηρεσία |
**Πρακτικά ζητήματα για τη μετα{0}}θερμική επεξεργασία συγκόλλησης**
Η ανακούφιση από την πίεση των πηνίων θερμαντήρα από ανοξείδωτο χάλυβα απαιτεί προσεκτικό έλεγχο του κλιβάνου. Η επεξεργασία 550 μοιρών πρέπει να εκτελείται σε φούρνο αέρα με το πηνίο να υποστηρίζεται για να αποφευχθεί η χαλάρωση. Ο ρυθμός θέρμανσης πρέπει να περιορίζεται στους 100 βαθμούς/ώρα για να ελαχιστοποιηθούν οι θερμικές κλίσεις. Η διατήρηση 2- ωρών στις 550 μοίρες ακολουθείται από ψύξη αέρα (όχι σβήσιμο). Για πηνία με πολλαπλές συγκολλήσεις, ολόκληρο το συγκρότημα θα πρέπει να εκτονωθεί από την πίεση μετά την ολοκλήρωση όλων των συγκολλήσεων. Η θερμική επεξεργασία προσθέτει περίπου 10–15% στο κόστος κατασκευής, αλλά επεκτείνει τη διάρκεια ζωής από λιγότερο από 500 ώρες σε περισσότερες από 8000 ώρες - μια επιτακτική οικονομική δικαιολογία για συνεχείς εργασίες ποτάσας.
**Σύναψη**
Για 316 θερμαντήρες από ανοξείδωτο χάλυβα σε 18% χλωριούχο νάτριο, 2% χλωριούχο κάλιο άλμη ποτάσας στους 85 βαθμούς, το επίπεδο υπολειπόμενης τάσης HAZ του σωλήνα συσχετίζεται άμεσα με τη συχνότητα SCC που προκαλείται από το χλωρίδιο-. Ως-συγκολλημένοι σωλήνες με υπολειπόμενες τάσεις 180–240 MPa ραγίζουν μέσα σε 300–500 ώρες. Η ανακούφιση από το στρες στους 550 μοίρες για 2 ώρες μειώνει την υπολειπόμενη καταπόνηση στα 30–60 MPa, κάτω από το όριο των 100–120 MPa SCC και παρέχει{18}δωρεάν υπηρεσία ρωγμών πέραν των 8000 ωρών – παράταση ζωής μεγαλύτερη από 16×. Οι μηχανικοί που καθορίζουν 316 θερμαντήρες για επεξεργασία ποτάσας θα πρέπει να απαιτούν ανακούφιση από την πίεση μετά την{23}}συγκόλληση στους 550 βαθμούς για 2 ώρες ως υποχρεωτική προδιαγραφή για όλους τους συγκολλημένους συνδέσμους που εκτίθενται στην άλμη. Αυτή η προδιαγραφή θερμικής επεξεργασίας εξαλείφει τον κυρίαρχο τρόπο αστοχίας στις εφαρμογές θερμαντήρα άλμης ποτάσας.
