Za proizvodne inženirje in strokovnjake za zagotavljanje kakovosti, ki so odgovorni za električne potopne grelnike v žveplovi kislini, je za pritrditev montažnih prirobnic in fitingov na ovoj iz nerjavečega jekla 316 potrebno varjenje. Toplota pri varjenju lahko povzroči preobčutljivost-obarjanje kromovega karbida na mejah zrn v območju,-prizadetem od toplote. Senzibiliziran 316 izgubi odpornost proti koroziji in postane dovzeten za intergranularno korozijo, ki napade prednostno meje zrn, kar povzroči hitro izgubo materiala in morebitno okvaro grelnika. Debelina stene plašča vpliva tako na hitrost ohlajanja po varjenju kot tudi na potrebo po žarjenju po-varu. Ta članek opredeljuje določen prag koncentracije žveplove kisline, pri katerem je za 1,2 mm ovoj iz 316 potrebno žarjenje po-varu, da se prepreči napad interkristalne korozije.
Preobčutljivost in mehanizem interkristalne korozije v 316
Ko se nerjavno jeklo 316 segreje na temperature med 450 °C in 850 °C-območje občutljivosti-kromov karbid precipitira na mejah zrn. Ta precipitacija osiromaši krom v regijah, ki mejijo na meje zrn, tako da ostanejo z manj kot 12 % kroma, potrebnega za tvorbo pasivnega filma. V korozivnem okolju te-območja, osiromašena s kromom, prednostno korodirajo, kar povzroči napad na meje zrn in morebitno izgubo materiala. Za 1,2 mm tank{11}}ohišje je hitrost ohlajanja po varjenju hitra, ker nizka toplotna masa omogoča hitro odvajanje toplote. Tanka stena se ohladi od temperature varjenja do pod 450 °C v nekaj sekundah, pri čemer porabi minimalen čas v območju občutljivosti. Pri debelo{15}}ohišju nad 3 mm je hitrost ohlajanja počasnejša, kar povečuje tveganje preobčutljivosti. Vendar pa je za steno debeline 1,2 mm hitrost ohlajanja običajno dovolj visoka, da se prepreči preobčutljivost pri standardnih pogojih obločnega varjenja s plinskim volframom. Kritični dejavnik ni samo debelina stene, temveč vsebnost ogljika v materialu 316. Nizko-ogljični 316L (največ 0,03 % ogljika) je zelo odporen na preobčutljivost ne glede na debelino stene. Standard 316 (največ 0,08 % ogljika) lahko povzroči preobčutljivost, če je hlajenje prepočasno.
Kritična koncentracija žveplove kisline za odkrivanje preobčutljivosti
Interkristalna korozija v senzibiliziranem 316 je najbolj agresivna pri specifičnih koncentracijah žveplove kisline. Straussov test (ASTM A262 Practice E) za odkrivanje preobčutljivosti uporablja vrelo 16 % žveplovo kislino z bakrovim sulfatom. Pri uporabi pride do intergranularnega napada najlažje pri koncentracijah žveplove kisline med 10 % in 40 % pri temperaturah nad 50 °C. Pod 10 % kislina ni dovolj agresivna, da bi prednostno napadla meje zrn. Nad 40 % kislina postane oksidativna in ponovno pasivira površino ter prikrije preobčutljivost. Za 1,2 mm ovoj iz 316, ki deluje v žveplovi kislini, je koncentracijski prag za tveganje intergranularne korozije približno 15–25 % pri temperaturah 60–80 °C. Pod 15 % lahko senzibilizirana ovojnica preživi leta brez vidnega napada. Nad 25 % lahko oksidacijska narava kisline zavre intergranularni napad, čeprav luknjičastost postane zaskrbljujoča. V kritičnem območju 15–25 % lahko senzibiliziran ovoj izgubi 0,5–2,0 mm materiala na leto vzdolž meja zrn in v nekaj mesecih prodre skozi 1,2 mm steno. Zato je za aplikacije s koncentracijo žveplove kisline med 15 % in 25 % pri temperaturah nad 50 °C močno priporočljivo žarjenje po-varju, razen če se uporablja 316L.
Matrica zahtev za žarjenje za varjene 316 plašče
Naslednja tabela podaja priporočila za po-žarjenje 1,2 mm 316 plaščev glede na koncentracijo žveplove kisline, delovno temperaturo in določeno uporabljeno stopnjo 316. Žarjenje je sestavljeno iz segrevanja zvarjenega sklopa na 1050 °C za 15 minut, čemur sledi hitro ohlajanje (kaljenje z vodo ali prisilni plin).
| Koncentracija žveplove kisline | Delovna temperatura | 316 Razred | Je potrebno-žarjenje po varjenju? | Alternativno priporočilo |
|---|---|---|---|---|
| Pod 10 % | Vsaka temperatura | 316 ali 316L | št | Sprejemljivo standardno varjenje |
| 10 – 15 % | Pod 60°C | 316L | št | 316L prednostno |
| 10 – 15 % | Pod 60°C | 316 | Ne, vendar priporočam 316L | Sprejemljivo brez žarjenja |
| 10 – 15 % | 60 – 90°C | 316L | št | Spremljajte napad |
| 10 – 15 % | 60 – 90°C | 316 | ja | Žarjenje ali uporaba 316L |
| 15 – 25 % | Pod 50°C | 316L | št | 316L sprejemljivo |
| 15 – 25 % | Pod 50°C | 316 | ja | Zahtevano žarjenje |
| 15 – 25 % | 50 – 80°C | 316 ali 316L | ja | Žarjenje je obvezno za oba razreda |
| 15 – 25 % | Nad 80°C | Katera koli 316 | Da, poleg tega razmislite o nadgradnji zlitine | Visoko tveganje za napad; uporabite Alloy 20 |
| 25 – 40 % | Vsaka temperatura | Katera koli 316 | Ni primerno | Preobčutljivost ni primarni način okvare; prevladuje luknjastost |
| Nad 40 % | Vsaka temperatura | Katera koli 316 | Ni primerno | Oksidativna kislina; intergranularni napad malo verjeten |
Za kritično območje koncentracije 15–25 % pri temperaturah nad 50 °C je žarjenje po-varju 1,2 mm 316 ovoja nujno, če se uporablja standard 316. Tudi pri 316L žarjenje zagotavlja dodatno varnostno rezervo. Brez žarjenja se lahko na območju pritrditve zvarjene prirobnice pojavi interkristalna korozija, ki prodre skozi tanko steno v 3–12 mesecih, zaradi česar se prirobnica loči ali plašč pušča.
Praktični premisleki o žarjenju za tankostenske ovoje-
Po-žarjenje 1,2 mm ovoja iz 316 predstavlja praktične izzive. Visoka temperatura 1050 °C lahko povzroči oksidacijo notranje uporovne žice, če sklop ni ustrezno zaščiten. Žarjenje je treba izvesti v peči z nadzorovano atmosfero z argonom ali disociiranim amoniakom, da se prepreči oksidacija. Druga možnost je, da indukcijsko segrevanje lokalno žari območje zvara brez ogrevanja celotnega grelnika. Za grelnike, ki so že bili polnjeni z izolacijo iz MgO, popolno žarjenje v peči ni mogoče, ker se MgO razteza drugače kot jeklo in lahko poči ovoj. Zato je treba žarjenje opraviti po varjenju, vendar pred stiskanjem, ali le na območju zvara. Inženirji bi morali navesti, da mora vsakemu varjenju na 316 plaščih, namenjenih uporabi 15–25 % žveplove kisline, slediti lokalizirano indukcijsko žarjenje toplo-prizadete cone. Žarjeno območje mora segati najmanj 10 mm na obe strani zvara. Preverjanje pravilnega žarjenja se lahko izvede z merilnikom ferita ali s predložitvijo vzorčnega zvara na testiranje ASTM A262 Practice E. Dobavitelj, ki ne more izvajati žarjenja po-varju ali zagotavljanja verifikacijskega testiranja, ne sme biti uporabljen za uporabo žveplove kisline v območju kritične koncentracije. Stroški ene okvare zaradi medkristalne korozije-običajno nenadne in brez opozorila-daleč presegajo stroške ustreznih postopkov žarjenja. Pri novih instalacijah navedba 316L namesto standardnega 316 odpravi tveganje preobčutljivosti za 1,2 mm stene v vseh pogojih, razen v najbolj agresivnih, in je močno priporočljiva za vse storitve z žveplovo kislino nad 10 % koncentracije.
