Nerjaveče jeklo 316 je široko izbrano za električne grelne cevi zaradi izboljšane odpornosti na korozijo,-ki jo povzroča klorid, v primerjavi z nerjavnim jeklom 304. Dodatek molibdena poveča odpornost proti luknjanju in podaljša vzdržljivost v zmerno agresivnih vodnih okoljih.
Ko pa ogrevalni sistemi delujejo v raztopinah,-ki vsebujejo klorid, pri povišani temperaturi, postane pomemben drug korozijski mehanizem: kloridno napetostno korozijsko razpokanje (SCC). Za razliko od luknjičastih lukenj, ki povzročajo lokalizirane votline, napetostno korozijsko razpokanje povzroči nastanek drobnih razpok, ki se lahko hitro širijo skozi material pod natezno napetostjo.
Pogosta napačna predstava je, da je nerjavno jeklo 316 odporno na klorid SCC. V resnici, čeprav deluje bolje kot 304, ni imun. Njegova odpornost je močno odvisna od temperature, koncentracije klorida in ravni mehanskih obremenitev.
Da bi razumeli, ali se lahko 316 upre SCC pri ogrevalnih aplikacijah, je treba preučiti, kako ti dejavniki medsebojno delujejo.
Kaj je kloridno stresno korozijsko razpokanje?
Kloridno napetostno korozijsko razpokanje je mehanizem odpovedi, ki se pojavi, ko hkrati obstajajo trije pogoji:
Občutljiv material
Natezna napetost (uporabna ali preostala)
Posebno jedko okolje, ki običajno vsebuje kloride
V avstenitnih nerjavnih jeklih, kot je 316, lahko kloridi prodrejo in oslabijo pasivni film. Ko je prisotna natezna napetost-naj bo to zaradi notranjega tlaka, toplotnega raztezanja ali preostale napetosti pri izdelavi-lahko na površini nastanejo mikroskopske razpoke.
Ko nastanejo, se te razpoke širijo transgranularno ali intergranularno, pogosto z malo vidne površinske korozije. SCC je še posebej nevaren, ker lahko pride do okvare nenadoma brez znatnega stanjšanja stene.
V električnih grelnih ceveh natezne napetosti nastanejo zaradi termičnega kroženja, vgradnih sil in preostalih napetosti zaradi upogibanja ali varjenja.
Temperatura kot kritični sprožilec
Temperatura igra odločilno vlogo pri dovzetnosti za kloridne SCC. Avstenitna nerjavna jekla so veliko bolj nagnjena k pokanju zaradi napetostne korozije pri povišanih temperaturah.
Pri ogrevanju lahko površinske temperature plašča znatno presežejo temperaturo tekočine v razsutem stanju. Tudi če je temperatura vode v okolici videti zmerna, lahko kovinska površina deluje v temperaturnem območju, kjer se poveča tveganje za SCC.
Pri nerjavnem jeklu 316 se tveganje za SCC običajno znatno poveča v okoljih s klorom, ko temperature presežejo približno 50–60 stopinj (122–140 stopinj F), odvisno od koncentracije klorida in ravni stresa.
Višja temperatura pospeši difuzijo klorida, poveča hitrost elektrokemične reakcije in oslabi stabilnost pasivnega filma, zaradi česar je bolj verjeten nastanek razpok.
Vloga koncentracije klorida
Koncentracija klorida močno vpliva na tveganje za SCC. V okoljih z zelo nizko vsebnostjo klorida ostane nerjavno jeklo 316 na splošno odporno proti razpokam.
Ko se raven kloridov poveča, se mejna temperatura za SCC zniža. To pomeni, da višje koncentracije klorida omogočajo pokanje pri nižjih temperaturah.
Industrijski vodni sistemi, zlasti tisti, ki uporabljajo neobdelano ali reciklirano vodo, lahko vsebujejo nihajoče ravni klorida. Tudi zmerne koncentracije lahko postanejo problematične v kombinaciji z visoko temperaturo in dolgotrajno natezno obremenitvijo.
Pomembno je oceniti najslabši-možni pogoji delovanja namesto povprečne kemične sestave.
Vpliv preostale in toplotne napetosti
Tudi če ni zunanje mehanske obremenitve, lahko v grelnih ceveh obstaja zaostala napetost zaradi proizvodnih postopkov, kot je hladno krivljenje, stiskanje ali varjenje.
Toplotna ekspanzija med ogrevalnimi cikli uvaja dodatno ciklično obremenitev. Hitre temperaturne spremembe povzročijo različno raztezanje med plaščem in notranjimi komponentami, kar poveča natezno napetost na zunanji površini.
Sčasoma se lahko te obremenitve približajo ravni, ki zadostuje za spodbujanje nastanka SCC, če je okolje dovolj agresivno.
Zmanjšanje preostale napetosti s pravilno izdelavo in izogibanje ostrim upogibom ali nepravilni montaži lahko zmanjša občutljivost.
Primerjava z nerjavečim jeklom 304
V primerjavi z nerjavnim jeklom 304 zagotavlja 316 nekoliko izboljšano odpornost proti kloridnemu SCC zaradi vsebnosti molibdena in nekoliko drugačne sestave.
Vendar je izboljšanje postopno in ne absolutno. V okoljih z visoko-kloridom in visoko{2}}temperaturo sta tako 304 kot 316 še vedno ranljiva.
Za aplikacije, ki vključujejo povišane ravni klorida in trajno visoko temperaturo, lahko alternativni materiali, kot so dvojna nerjavna jekla ali zlitine na osnovi -niklja, nudijo vrhunsko odpornost.
Kako zmanjšati tveganje SCC v 316 grelnih ceveh
Preprečevanje razpok zaradi kloridne napetostne korozije pri 316 aplikacijah za ogrevanje zahteva pristop-na sistemski ravni.
Nadzor koncentracije klorida ostaja bistvenega pomena. Obdelava vode, mešanje ali kemični nadzor lahko zmanjšajo okoljsko gonilno silo za pokanje.
Delovno temperaturo je treba vzdrževati tako nizko, kot je praktično, ob izpolnjevanju zahtev postopka. Nižja temperatura površine plašča bistveno zmanjša tveganje za SCC.
Strategije načrtovanja, ki zmanjšujejo natezno obremenitev-, kot so gladki upogibi, ustrezna podpora in zmanjševanje toplotnega šoka-prispevajo tudi k izboljšani odpornosti.
Kjer tveganje ostaja visoko, je nadgradnja materiala lahko najbolj zanesljiva dolgoročna-rešitev.
Zaključek: 316 nudi odpornost, ne imunitete
Nerjaveče jeklo 316 nudi izboljšano odpornost na razpoke zaradi kloridne napetostne korozije v primerjavi z nižjimi-zlitinskimi avstenitnimi stopnjami, vendar ni imuno. Pri uporabi pri ogrevanju povišana površinska temperatura, koncentracija klorida in natezna napetost skupaj določajo tveganje za nastanek razpok.
Ko so ravni klorida nadzorovane in delovne temperature ostanejo zmerne, lahko grelne cevi 316 delujejo zanesljivo brez skrbi za SCC. V agresivnih okoljih z visoko koncentracijo kloridov in trajnim toplotnim stresom postane pokanje realna možnost.
Razumevanje meja učinkovitosti materialov omogoča inženirjem, da načrtujejo ogrevalne sisteme, ki varno delujejo v mejah odpornosti proti koroziji iz nerjavečega jekla 316.
