Bagaimana Persentase Pengurangan Gambar Tabung pada Selubung Pemanas Stainless Steel 316 Mengubah Angka Setara Resistensi Pitting dalam Larutan Klorida

Pengaruh Deformasi Mekanik terhadap Kimia Film Pasif dan Distribusi Inklusi

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 (>40-50%) dapat menyebabkan pecahnya inklusi mangan sulfida secara masif, sehingga menghasilkan celah mikro yang merupakan lokasi yang cocok untuk inisiasi pitting, berapapun jumlah PREN-nya. Dalam makalah ini, pengaruh % gambar tabung terhadap ketahanan pitting efektif dari 316 selubung dalam larutan klorida hangat diukur dan kerangka spesifikasi untuk pemilihan penurunan gambar berdasarkan tingkat keparahan korosi dijelaskan.

Hubungan Metalurgi Antara Pekerjaan Dingin dan Kerentanan Pitting

Komposisi kimia massal tetap tidak berubah oleh deformasi plastik ketika tabung baja tahan karat 316 ditarik dingin untuk menurunkan diameter luar dan ketebalan dinding. Namun, hal ini mengubah tiga karakteristik mikrostruktur yang mempengaruhi korosi lokal. Efek pertama dari deformasi adalah pemanjangan inklusi non logam, sebagian besar gugus MnS dan oksida, ke arah gambar. Inklusi yang memanjang mempunyai antarmuka kontinyu yang lebih besar dengan matriks austenitik di sekitarnya dan karenanya meningkatkan kemungkinan terbentuknya lubang pada satu inklusi untuk menyebar sepanjang batas matriks inklusi dan bukannya melakukan repasifikasi. Kedua, inklusi MnS yang besar dipecah oleh kerja dingin yang berat (reduksi > 40%) untuk menghasilkan retakan mikro yang tidak diperbaiki dengan anil berikutnya kecuali suhunya di atas 1050 derajat. Rekahan mikro ini bertindak sebagai celah yang menahan ion klorida dan mempertahankan sifat kimia lokal yang agresif, sehingga mulai menghasilkan potensi yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan potensi pembentukan massal. Ketiga, pekerjaan dingin meningkatkan kepadatan dislokasi tiga hingga empat kali lipat dari sekitar 10{sup 8} cm{sup -2} pada material yang dianil menjadi 10{sup 11} hingga 10{sup 12} cm{sup -2} pada 40% material yang ditarik dingin. Dislokasi adalah area berenergi tinggi dimana lapisan pasifnya lebih tipis dan lebih rusak sehingga lebih sensitif terhadap kerusakan yang disebabkan oleh klorida. Dampak keseluruhannya adalah dua tabung dengan PREN yang sama dari bahan kimia curah dapat memiliki perbedaan suhu lubang sebesar 10-15 oC hanya dari perbedaan persentase pengurangan penarikan dingin yang diterapkan sebelum anil akhir.

Annealing setelah menggambar sebagai langkah restoratif yang penting

Hilangnya ketahanan pitting akibat pekerjaan dingin tidak bersifat permanen. Anil larutan penuh pada 1040-1100 derajat dan pendinginan air yang cepat menyebabkan rekristalisasi struktur butir, penghilangan dislokasi, dan spheroidisasi inklusi memanjang. anil mengembalikan ketahanan lubang tabung yang ditarik sangat dingin ke tabung yang ditarik ringan dengan bahan kimia curah yang sama . Namun praktik industri dalam pembuatan selubung pemanas sangat berbeda. Beberapa produsen menarik pipa ke dimensi akhir, mengurangi billet berongga awal sebesar 60-70 %, kemudian melakukan anil sebelum dipotong hingga memanjang dan ditekuk. Yang lain menggambar beberapa kali dengan anil perantara sehingga tabung berada dalam kondisi setengah-keras atau seperempat-keras (pekerjaan dingin 10-25 %) tanpa anil penuh akhir, mengandalkan panas pengelasan dan pembengkokan di masa mendatang untuk melepaskan sebagian tegangan. Untuk teknik terakhir, sisa pekerjaan dingin (biasanya 10-25 %) menurunkan nilai setara ketahanan pitting efektif sebesar 2-4 poin. Dalam praktiknya, tabung dengan PREN=25 curah (misalnya. 17%Cr, 2.2%Mo, 0.06%N) berperilaku seperti PREN=22-23 dalam kondisi pengerjaan dingin, yang menyebabkan penurunan suhu lubang kritis sebesar 8-12 derajat . Pada suhu 80 derajat dan konsentrasi klorida yang sama, lubang akan terjadi pada tabung pengerjaan dingin, sedangkan tabung yang dianil penuh akan bersifat pasif.

Kuantifikasi pengaruh pengurangan gambar pada suhu pitting dan waktu induksi

Sambungan kuantitatif telah dibuat dari pengujian laboratorium terhadap pipa baja tahan karat 316 dengan reduksi penarikan terkontrol dan pengukuran potensial pitting berikutnya dalam NaCl 1 M pada suhu 80 derajat. Untuk material yang dianil sepenuhnya (0-5% pengerjaan dingin) potensi lubang kritis biasanya 300-350 mV vs. SCE dan suhu lubang kritis (CPT) dalam 1 M NaCl adalah 55-65 derajat . Untuk material dengan pengerjaan dingin 15% (seperempat{32}}keras) CPT menurun hingga 48-55 derajat . Untuk 25 % pekerjaan dingin (setengah keras) suhunya turun lebih rendah lagi hingga 40-48 derajat . Untuk 40% pekerjaan dingin (kekerasan penuh) CPT berkurang hingga 30-38 derajat. Untuk servis, selubung 316 yang dianil dengan benar tidak akan menunjukkan lubang selama 5-8 tahun dalam air klorida 2000 ppm pada suhu 90 derajat. Dengan bahan kimia curah yang sama dan 25 % sisa pengerjaan dingin, pitting akan dimulai dalam 12-24 bulan dalam kondisi fluida yang sama. Waktu induksi hingga dimulainya pitting adalah eksponensial dengan persentase pekerjaan dingin. Setiap kenaikan 5 % pada pekerjaan dingin akan mengurangi separuh waktu pembuatan lubang pertama pada lingkungan bersuhu klorida tertentu. Tabel di bawah menunjukkan hubungan kimia 316 tipikal (PREN=25) untuk berbagai konsentrasi klorida dan suhu pengoperasian.

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 tahun Seluruh layanan klorida hingga 3000 ppm, 90 derajat 5-10 Penghilang stres sebagian hanya 24-25 53-58 5-8 tahun Dapat diterima untuk klorida sedang (<1500 ppm) 
10-15 Tanpa anil; seperti yang ditarik seperempat keras 23-24 48-533-5 tahun layanan Klorida (<800ppm)
15-20 Tanpa anil, ditarik setengah keras 22-23 44-48 2-3 tahun Marjinal, Hanya klorida rendah (<400 ppm)
20-25 Tanpa anil, ditarik keras21-22 40-44 12-24 bulan Tidak cocok untuk layanan klorin berkelanjutan
25-35 Tanpa anil; full-hard 19-21 34-40 6-12 bulan Tidak dapat diterima pada lingkungan klorida lembab apa pun
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 tahun (tergantung PREN massal) Standar pilihan untuk semua layanan korosif
Verifikasi Praktis Keadaan Pekerjaan Dingin dan Kecukupan Annealing

Ada tiga cara praktis bagi pembeli 316 pemanas terbungkus untuk penggunaan klorida guna memastikan bahwa tabung telah dianil sepenuhnya dan memiliki sisa kerja dingin yang minimum. Yang pertama adalah pengukuran permeabilitas magnetik menggunakan ferritescope. Baja tahan karat austenitik 316 yang dianil sepenuhnya bersifat nonmagnetik dengan permeabilitas relatif (μr) kurang dari 1,02. Martensit yang diinduksi regangan-, yang bersifat feromagnetik, terbentuk dalam tempa dingin 316. Nilai di atas 1,05 menunjukkan setidaknya 10-15% pengerjaan dingin, sedangkan 1,10 merekomendasikan 20-25% pengerjaan dingin. Metode kedua adalah pengujian kekerasan mikro pada sebagian dinding tabung. Annealed 316 memiliki kekerasan Vickers 150-180 HV. Bahan seperempat keras adalah 200-240 HV. Setengah keras adalah 250-300 HV. Full-hard adalah 320 HV dan seterusnya. Tes ketiga adalah tes reaktivasi potensiokinetik elektrokimia (EPR) yang mengukur tingkat sensitisasi dan kerusakan akibat kerja dingin. Nilai EPR yang kurang dari 0,5 C/cm2 menunjukkan material telah dianil secara menyeluruh, sedangkan nilai yang lebih besar dari 2,0 C/cm2 menunjukkan deformasi sisa yang signifikan. Spesifikasi sertifikat anil solusi lengkap (suhu, waktu, dan metode pendinginan) serta permeabilitas magnetik maksimum 1,05 dalam spesifikasi pembelian menawarkan jaminan kualitas yang dapat diterapkan.

Hubungan kemungkinan pekerjaan dingin, pengelasan dan anil akhir

Kendala produksi yang umum adalah kenyataan bahwa anil solusi penuh tidak selalu dapat dilakukan setelah pembengkokan dan pengelasan. Pemanas tabung U-panjang, khususnya yang memiliki flensa dan thermowell terpasang, tidak dapat dianil secara praktis, karena suhu tinggi akan merusak rakitan, mengoksidasi MgO internal, atau merusak komponen non-logam. Dalam hal ini, faktor yang paling penting untuk ketahanan korosi akhir adalah kondisi pengerjaan dingin dari pipa mentah sebelum dibentuk. Jika tabung akan dikirim dalam kondisi anil penuh (0 sampai 5 persen pekerjaan dingin) sebelum pembengkokan, maka bahkan dengan penambahan 10 sampai 15 persen pekerjaan dingin dari operasi pembengkokan, regangan sisa ultimat akan kurang dari 20 persen. Untuk pemanas yang harus digunakan dalam kondisi bengkok tanpa anil akhir, pilihan pipa dengan kandungan molibdenum lebih tinggi (misalnya. 316L dengan 2,5-2,7 % Mo, bukan minimal 2,0 %) menawarkan peningkatan PREN curah sebagai kompensasi. Sebuah tabung dengan PREN=27 massal dan 15% sisa pekerjaan dingin memiliki PREN efektif ≈ 25, sama dengan standar anil penuh 316. Pendekatan penggunaan bahan kimia premium untuk mengkompensasi batasan produksi adalah tipikal untuk rakitan pemanas yang besar dan rumit di mana anil setelah fabrikasi bukanlah suatu pilihan.

Kesimpulan – Mendefinisikan Kondisi Annealing dengan Kimia untuk Layanan Korosif

Ketahanan pitting pemanas berselubung baja tahan karat 316 dalam larutan klorida bukan merupakan fungsi dari PREN curah seperti yang dilaporkan dalam sertifikat pabrik saja. Pengurangan penarikan dingin yang digunakan selama pembuatan tabung dan apakah tabung diberi anil larutan penuh setelah semua operasi pembentukan dapat mengubah suhu lubang efektif sebesar 10-20 derajat dan mengubah waktu dimulainya lubang sebanyak 5-10 kali. Untuk pemanas layanan berkelanjutan dalam klorida di atas 500 ppm atau pada suhu di atas 80 derajat, pembeli harus meminta sertifikasi bahwa selubung yang telah selesai (termasuk tikungan dan las) telah sepenuhnya dianil dengan larutan. Ketika anil pasca-fabrikasi tidak dapat dilakukan, menggunakan bahan kimia premium (316L dengan PREN Lebih besar dari atau sama dengan 26) dan memerlukan kondisi anil tabung masuk (kekerasan < 180 HV, permeabilitas Kurang dari atau sama dengan 1,02) adalah pilihan yang masuk akal. Paradigma yang dikembangkan dalam makalah ini mengkorelasikan% pengurangan gambar tabung dan riwayat anil dengan resistensi lubang yang dapat diamati. Hal ini memungkinkan para insinyur untuk memilih 316 pemanas berselubung yang akan memberikan kinerja korosi yang dapat diprediksi, daripada bergantung pada bahan kimia curah saja.