Bagaimana Fraksi Volume Inklusi Stringer-Jenis Mangan Sulfida (MnS) dalam Tabung Selubung Pemanas 316L Mengontrol Rasio Kedalaman Lubang-terhadap-Lebar dalam Air Laut Terklorinasi pada suhu 35 derajat

Pengaruh Bentuk Inklusi terhadap Bentuk Lubang dan Laju Pertumbuhan

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, panjang 20-100 µm, dihasilkan oleh pemadatan searah dan penarikan dingin yang berat) menghasilkan lubang-lubang sempit yang panjang dengan rasio kedalaman dan lebar 5:1 hingga 20:1, yang menembus ketebalan dinding dengan cepat (0,5-1,5 mm/tahun). Inklusi MnS Globular (rasio aspek<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Morfologi Inklusi dan Pengendalian Mekanisme Geometri Lubang

Ketika sebuah lubang dimulai pada inklusi MnS dalam 316L dalam air laut yang diklorinasi, inklusi tersebut akan larut secara istimewa (secara elektrokimia atau kimia) dan meninggalkan ruang kosong. Kekosongan tersebut kira-kira berbentuk bola jika inklusinya berbentuk bulat. Saat lubang merambat ke matriks austenit di sekitarnya, bagian depan propagasi tetap berbentuk setengah bola. Jika penyertaannya berupa stringer (memanjang sepanjang sumbu tabung), rongga aslinya adalah saluran yang panjang dan sempit. Dalam saluran ini kandungan kimia lokal (klorida tinggi, pH rendah) dipertahankan dan lubang menyebar dengan cepat ke arah stringer, jauh sebelum terjadi pelarutan lateral yang cukup besar. Lubang 'lubang cacing' yang dihasilkan dapat memiliki rasio kedalaman terhadap lebar yang besar dan dapat menembus ketebalan dinding dalam waktu yang sangat singkat yang diperlukan untuk memulai lubang inklusi berbentuk globular.

Panjang Stringer, Rasio Aspek Lubang dan waktu perforasi: hubungan terukur

Pengujian paparan terkontrol pada pipa 316L yang mengandung morfologi inklusi MnS dengan morfologi yang bervariasi (dihasilkan dari praktik pembuatan baja dan reduksi penarikan yang berbeda) dalam air laut sintetis terklorinasi (1,5 ppm Cl₂, 20.000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 35 derajat ) selama 5.000 jam telah menetapkan geometri lubang dan laju propagasi berikut.

Maks. MnS Stringer Panjang (µm) Rata-rata Rasio Aspek Inklusi (Panjang:Lebar) Kedalaman Lubang-terhadap-Rasio Lebar Setelah 1.000 jam Kecepatan Perambatan Lubang (mm/tahun)Waktu untuk Perforasi (dinding 1,5 mm, jam) Direkomendasikan untuk Layanan Air Laut Klorinasi 35 derajat<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
Pengaruh Morfologi MnS pada Praktek Pembuatan Baja

Bentuk inklusi MnS terutama dipengaruhi oleh prosedur pembuatan baja dan pengerjaan dingin selanjutnya.

Kandungan Sulfur (berat%) Praktik Pembuatan Baja Panjang Stringer MnS Biasa (µm) Kandungan Oksigen (ppm) Kontrol Bentuk Inklusi Disarankan untuk Air Laut yang Diklorinasi
EAF (tungku busur listrik) 0.010-0.025 30-80 50-150 Stringer, No. yang tidak terkontrol
EAF + AOD (argon-dekarburisasi oksigen) 0.005-0.015 10-40 30-80 Campuran (bulat + stringer) Marginal
Ca-Si (AOD dengan pengobatan kalsium) 0.003-0.008 5-15 15-30 Dapat Diterima secara Globular
AOD + Ca + rendah S 0.001-0.005 2-8 10-20 Bulat, halus Ya VAR (busur vakum dilebur kembali) 0.003 5 10 Bulat sangat halus ESR Terbaik (lebur elektroslag) 0.005 8 15 Bulat halus Rekomendasi Praktis yang Sangat Baik untuk Pemanas Air Laut Klorinasi

Parameter morfologi inklusi berikut diusulkan untuk pemanas berselubung 316L dalam layanan air laut terklorinasi (1-2 ppm Cl 2, 35 derajat).

$ast$ Masa Pakai yang Diinginkan (tahun) Panjang Stringer MnS Maksimum ($mu$m) Kandungan Belerang Maksimum (wt%) Praktik Pembuatan Baja yang Diperlukan Metode Verifikasi 3 Tidak berlaku (paduan tidak sesuai) Semua Peningkatan apa pun ke dupleks 2205 3-5 15 0.008 AOD + perawatan kalsium ASTM E45, Tipe A, tingkat keparahan 1.5 5-8 10 0.005 AOD + Ca + S ASTM E45 rendah, Tipe A, tingkat keparahan 1.0 8-12 8 0.003 VAR atau ESR ASTM E45, Tipe A, tingkat keparahan 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Konfirmasi morfologi MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 berarti inisiasi dikendalikan oleh stringer.

Umur Panjang di Air Laut yang Diklorinasi; Kesimpulan: Penentuan Inklusi Globular

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1) yang menembus dinding dengan kecepatan 0,6-1,2 mm/tahun, menyebabkan perforasi dalam waktu 1-3 tahun. Lubang equiax tumbuh 0,1-0,3 mm/tahun dan berumur 5-15 tahun. Lubang-lubang tersebut dihasilkan oleh inklusi globular (panjang<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.