क्या यू के लिए 316 स्टेनलेस स्टील शीथ ट्यूबों की कोल्ड बेंडिंग {{1}आकार के विसर्जन हीटर रिटेन किए गए ऑस्टेनाइट को स्ट्रेन में बदल देती है {{2}प्रेरित मार्टेंसाइट और कम {{3}क्लोराइड उच्च {{4}तापमान वाले पानी में पिटिंग को तेज कर देती है?

मानक संक्षारण आवश्यकताओं में यू-आकार या कस्टम बेंट 316 स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब बनाने के धातुकर्म जोखिम को आमतौर पर नजरअंदाज कर दिया जाता है। झुकने की प्रक्रिया, विशेष रूप से जब ठंडी खींची गई टयूबिंग पर छोटी रेडी का उपयोग किया जाता है, तो प्लास्टिक विरूपण होता है, जो मेटास्टेबल बनाए रखा ऑस्टेनाइट को तनाव प्रेरित मार्टेंसाइट में बदल देता है। यह संक्रमण मुड़े हुए क्षेत्र की प्रभावी पिटिंग प्रतिरोध समतुल्य संख्या (PREN) को कम कर देता है, तब भी जब आधार सामग्री तकनीकी रूप से 316 संरचना आवश्यकताओं को पूरा करती है। प्रयोगात्मक डेटा के इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण से पता चलता है कि 316 स्टेनलेस स्टील शीथ के ठंडे मुड़े हुए हिस्सों में क्रिटिकल पिटिंग तापमान (सीपीटी) उसी गर्मी से असंतुलित वर्गों की तुलना में 15 - 25 डिग्री कम हो सकता है। ऐसे अनुप्रयोगों में जहां पानी में क्लोराइड की मात्रा कम होती है, लेकिन तापमान अधिक होता है (उदाहरण के लिए, 80 से 95 डिग्री सेल्सियस, 50 से 100 भाग प्रति मिलियन सीएल), यह कमी आमतौर पर सेवा के महीनों के भीतर बेंट ज़ोन को निष्क्रिय से सक्रिय पिटिंग स्थिति में ले जाती है, जिससे समय से पहले हीटर विफलता हो जाती है। यह लेख झुकने वाले त्रिज्या, तनाव-प्रेरित मार्टेंसाइट अंश और गड्ढे की संवेदनशीलता के बीच संबंध का मूल्यांकन करता है और मध्यम कठोर जलीय वातावरण के लिए 316 स्टेनलेस स्टील विसर्जन हीटरों को निर्दिष्ट करने वाले डिजाइन इंजीनियरों के लिए एक चयन ढांचा प्रदान करता है।

स्ट्रेन का धातुकर्म तंत्र-कोल्ड बेंट 316 स्टेनलेस स्टील में प्रेरित मार्टेंसाइट
316 स्टेनलेस स्टील की ऑस्टेनिटिक संरचना केवल एक विशेष स्टैकिंग फॉल्ट ऊर्जा पर थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होती है। मार्टेंसाइट प्रारंभ तापमान (एमएस) के नीचे, यांत्रिक विरूपण एक ठंडी कार्य प्रक्रिया है जिसमें आपूर्ति की गई ऊर्जा चेहरे से केंद्रित क्यूबिक ऑस्टेनाइट ($\\गामा$) से शरीर तक केंद्रित टेट्रागोनल मार्टेंसाइट ($\\अल्फा'$) में कतरनी संक्रमण को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है। 316 स्टेनलेस स्टील का एमएस तापमान लगभग -40 डिग्री है। हालाँकि, वास्तविक प्लास्टिक स्ट्रेन के लिए कमरे के तापमान पर स्ट्रेन-प्रेरित मार्टेन्साइट को एक महत्वपूर्ण मात्रा में देखा जाता है। झुकने से म्यान के बाहरी तंतुओं पर तनाव पड़ता है और अंदर के तंतुओं पर दबाव पड़ता है। ε=t/2R जहां R ट्यूब केंद्र रेखा की मोड़ त्रिज्या है, t दीवार की मोटाई है, और ε तन्य पक्ष पर अधिकतम प्लास्टिक तनाव है। 1.2 मिमी दीवार मोटाई के साथ 24 मिमी की केंद्र रेखा त्रिज्या के लिए एक मानक 12 मिमी ओडी ट्यूब के 2डी मोड़ के लिए बाहरी फाइबर तनाव 0.05 (5%) है। 15 मिमी त्रिज्या (1.25डी मोड़) पर, तनाव 0.08 (8%) तक बढ़ जाता है। फिशर फेरिटस्कोप के साथ माप से पता चलता है कि 316 स्टेनलेस स्टील में 5% के तन्य तनाव के परिणामस्वरूप लगभग 8-12% मार्टेंसाइट होता है और 8% तनाव के परिणामस्वरूप 15-25% मार्टेंसाइट होता है।

मार्टेंसाइट उत्पादन का संक्षारण प्रतिरोध पर दोहरा प्रभाव पड़ता है। सबसे पहले, मार्टेंसाइट ऑस्टेनाइट की तुलना में क्रोमियम और मोलिब्डेनम में कम घुलनशील है और चरण सीमाओं पर क्रोमियम क्षीण पैच का परिणाम है। दूसरा, मार्टेंसाइट ऑस्टेनाइट के संबंध में एक कैथोडिक चरण है, जिसके परिणामस्वरूप गैल्वेनिक माइक्रोसेल्स का निर्माण होता है और पड़ोसी ऑस्टेनाइट का एनोडिक विघटन होता है। 80 डिग्री पर 100 पीपीएम क्लोराइड समाधान में पोटेंशियोडायनामिक ध्रुवीकरण स्कैन से संकेत मिलता है कि 15% मार्टेंसाइट के साथ कोल्ड बेंट 316 स्टेनलेस स्टील में +150 mV बनाम Ag/AgCl की पिटिंग क्षमता होती है, जबकि पूरी तरह से पुन: क्रिस्टलीकृत स्थिति में समान सामग्री में +350 mV की पिटिंग क्षमता होती है। 200 एमवी के परिवर्तन का मतलब है कि मुड़े हुए क्षेत्र को गड्ढे शुरू करने के लिए बहुत कम एनोडिक ध्रुवीकरण की आवश्यकता होती है।

झुकने की त्रिज्या और पिटिंग जीवन के बीच मात्रात्मक संबंध
मोड़ त्रिज्या के एक फ़ंक्शन के रूप में विफलता पैटर्न को प्रदर्शित करने के लिए यू - आकार के 316 स्टेनलेस स्टील हीटर (मोटाई 1.5 मिमी, व्यास 12 मिमी) सिंथेटिक ठंडा पानी (80 पीपीएम सीएल−, 200 पीपीएम एसओ42−, पीएच 7.2, 85 डिग्री) में नियंत्रित विसर्जन प्रयोगों के अधीन थे: प्रत्येक हीटर को 8 डब्लू/सेमी 2 . की सतह ताप प्रवाह पर संचालित किया गया था विफलता को एक के रूप में परिभाषित किया गया था बाहरी मोड़ के शीर्ष पर गड्ढे के कारण छिद्र।

मोड़ त्रिज्या 36 मिमी (3डी, तनाव≈3.3%): 2100 घंटे के बाद औसत पिटिंग विफलता। मुड़े हुए शीर्ष पर मार्टेंसाइट सामग्री 6% एकाधिक साइट आरंभ, सुस्त प्रसार।

मोड़ त्रिज्या 24 मिमी (2डी, तनाव 5.0%): 1150 घंटे के बाद औसत पिटिंग विफलता मार्टेंसाइट सामग्री: 11% गड्ढे तन्य पक्ष तनाव शिखर पर अधिमानतः न्यूक्लियेटेड होते हैं।

झुकने की त्रिज्या 18 मिमी (1.5डी, तनाव 6.7%)। औसत पिटिंग विफलता 550 घंटे। मार्टेंसाइट सामग्री 18%; बाहरी मोड़ पर 2 मिमी रिंग में स्थानीयकृत जंग।

झुकने की त्रिज्या 12 मिमी (1डी, तनाव 10%): 180 घंटे के बाद औसत पिटिंग विफलता। मार्टेंसिटिक सामग्री: 27%। कुछ मामलों में दरार के साथ तेज़ छिद्रण।

प्रक्रिया जल में अधिक क्लोराइड सांद्रता (300{3}}500 पीपीएम) वाले अनुप्रयोगों में प्रत्येक मोड़ त्रिज्या पर गड्ढे का जीवनकाल 2-3 के एक अन्य कारक से कम हो जाता है। वैकल्पिक रूप से, 50 डिग्री से नीचे के पानी के तापमान के लिए, मार्टेंसाइट-प्रेरित पिटिंग त्वरण नगण्य है क्योंकि महत्वपूर्ण पिटिंग तापमान मुड़े हुए वर्गों के लिए भी काम करने के तापमान से अधिक है।

मोड़ों पर स्थानीय गड्ढे के थर्मल और यांत्रिक प्रभाव।
वह डिज़ाइन जो मोड़ त्रिज्या पर तनाव को केंद्रित करता है, गड्ढे की विफलता को विशेष रूप से परेशानी भरा बनाता है। जब कोई गड्ढा म्यान की दीवार से टूटता है, तो आंतरिक ताप तत्व (आमतौर पर NiCr या FeCrAl तार) प्रक्रिया द्रव के संपर्क में आ जाता है। जल आधारित प्रणालियों में यह तत्काल ग्राउंड फॉल्ट और हीटर शटडाउन उत्पन्न करता है। हालाँकि, उच्च तापीय प्रतिरोध और गड्ढे के आधार पर शेष दीवार की मोटाई में स्थानीयकृत वर्तमान घनत्व के कारण पूर्ण छिद्रण से पहले ही आंशिक मोटाई वाले गड्ढों में अलग-अलग हॉट स्पॉट विकसित हो जाते हैं। मोड़ पर 30% दीवार प्रवेश के साथ हीटर की इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी मोड़ के आसपास के शीथ तापमान की तुलना में सतह के तापमान में 35-50 डिग्री की वृद्धि का संकेत देती है। यह गर्म स्थान संक्षारण को बढ़ाता है और स्थानीयकृत अति ताप के कारण आंतरिक प्रतिरोध तार के जलने का कारण बन सकता है। यहां तक ​​कि दबाव वाली प्रणालियों में भी, आंशिक गहराई वाला गड्ढा एक तनाव राइजर के रूप में काम कर सकता है और जब हीटर को थर्मल साइक्लिंग के अधीन किया जाता है तो थकान दरारें शुरू हो सकती हैं।

झुकने से प्रेरित तन्य अवशिष्ट तनाव भी कुछ स्थितियों में तनाव संक्षारण क्रैकिंग (एसएससी) का कारण बनता है। अवशिष्ट तन्य तनाव (आम तौर पर बाहरी फाइबर के मोड़ पर 100{2}}250 एमपीए), मार्टेंसाइट और बढ़े हुए तापमान का संयोजन 316 स्टेनलेस स्टील के लिए क्लोराइड युक्त स्थितियों में सहक्रियात्मक विफलता तंत्र का कारण बनता है। रासायनिक बैच रिएक्टरों के लिए केस इतिहास उपलब्ध हैं, जहां यू - आकार के 316 हीटर, 200 पीपीएम सीएल-सर्विस में 1.5डी रेडी तक मुड़े हुए, 95 डिग्री पर, 300 घंटों के बाद ट्रांसग्रेनुलर एससीसी के तहत विफल हो गए, जबकि 3डी रेडी पर मुड़े समान हीटर लगभग 3000 घंटों तक बिना दरार के काम करते रहे।

क्लोराइड स्तर और ऑपरेटिंग तापमान द्वारा बेंड रेडियस चयन गाइड
निम्नलिखित निर्णय मैट्रिक्स यू {{0}आकार और कस्टम {{1} निर्मित 316 स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों के लिए न्यूनतम मोड़ त्रिज्या को परिभाषित करने में इंजीनियरों की सहायता करता है। क्लोराइड सांद्रता और अधिकतम शीथ तापमान के प्रत्येक संयोजन के लिए, मार्टेंसाइट विकास को 5% से कम तक सीमित करने के लिए एक अनुशंसित न्यूनतम आर/टी अनुपात (ट्यूब बाहरी व्यास द्वारा विभाजित मोड़ त्रिज्या) दिया जाता है।

अधिकतम क्लोराइड सांद्रण (पीपीएम) अधिकतम शीथ तापमान (डिग्री) अनुशंसित न्यूनतम मोड़ त्रिज्या (ट्यूब ओडी का गुणक) अनुमानित पिटिंग - नि:शुल्क जीवन (घंटे) क्या आपको पोस्ट {{1} मोड़ गर्मी उपचार की आवश्यकता है?
< 50 < 60 2.0 D > 5000 No 50 – 100 < 60 2.0 D > 4000 No 50 – 100 60 – 90 2.5 D > 3000 No 50 – 100 90 – 110 3.0 D > 2000 Recommended (solution anneal if possible)
600 > 90 4.0 डी > 600 आवश्यक + मिश्रधातु उन्नयन पर विचार करें (इंकोलॉय 825) > 600 > 100 4.5 डी > 500 आवश्यक + मिश्रधातु उन्नयन पर विचार करें (इंकोलॉय 825) > 600 > 100 5.0 डी > 400 आवश्यक + मिश्रधातु उन्नयन पर विचार करें (इंकोलॉय 825) > 600 > 100 6.0 डी > 300 आवश्यक + मिश्रधातु उन्नयन पर विचार करें (इंकोलॉय 825) > 600 > 100 7.0 डी > 200 आवश्यक + मिश्रधातु उन्नयन पर विचार करें (इंकोलॉय 825) > 600 > 100 8.0 डी > 100 आवश्यक + मिश्रधातु उन्नयन पर विचार करें (इंकोलॉय 825) 600 किसी भी तापमान पर ठंडा मोड़ न करें, सीधे हीटर या गर्म मोड़ का उपयोग करें, उपयुक्त नहीं 316 सीधे उपयोग करें या अधिक प्रतिरोधी मिश्र धातु पर ले जाएं
ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जिनमें मध्यम क्लोराइड स्थितियों में 2.5डी से छोटे कॉम्पैक्ट यू{0}बेंड की आवश्यकता होती है, निर्माता पोस्ट{2}बेंड सॉल्यूशन एनीलिंग प्रक्रिया का उपयोग करना चुन सकते हैं, जिसे 1050 डिग्री तक गर्म किया जाता है और उसके बाद त्वरित पानी शमन किया जाता है, ताकि तनावग्रस्त संरचना को फिर से क्रिस्टलीकृत किया जा सके और मार्टेंसाइट को हटाया जा सके। हालाँकि, पूर्ण हीटर असेंबलियों का समाधान आमतौर पर संभव नहीं है क्योंकि आंतरिक हीटिंग तत्व और टर्मिनेशन सील इन तापमानों को सहन नहीं कर सकते हैं। इन परिस्थितियों में, एक व्यावहारिक उत्तर एक बड़ा मोड़ त्रिज्या या अधिक गठन योग्य, लेकिन अभी भी संक्षारण प्रतिरोधी, मिश्र धातु जैसे कि 316Ti (जिसमें कार्बाइड के स्थिरीकरण के लिए टाइटेनियम जोड़ा गया है और मार्टेंसाइट बनाने की कम प्रवृत्ति) को निर्दिष्ट करना होगा।

झुकने को कम करने के लिए अतिरिक्त कदम-संबंधित संक्षारण
जब डिज़ाइन सीमाओं के लिए 316 स्टेनलेस स्टील शीथ पर एक संकीर्ण मोड़ त्रिज्या की आवश्यकता होती है, तो तीन तकनीकी तरीके आंशिक रूप से संक्षारण प्रतिरोध को बहाल कर सकते हैं। बाहरी फाइबर में तनाव t/R के समानुपाती होता है। इस प्रकार, झुकने से पहले ट्यूब की दीवार जितनी मोटी होगी, किसी दिए गए मोड़ त्रिज्या के लिए बाहरी फाइबर में तनाव उतना ही कम होगा। 1.5D त्रिज्या में मुड़ी हुई 1.8 मिमी दीवार ट्यूब में समान त्रिज्या में मुड़ी हुई 1.2 मिमी दीवार ट्यूब की तुलना में कम तनाव होता है। इसके परिणामस्वरूप मार्टेंसाइट उत्पादन में लगभग 30% की कमी आती है। दूसरे, 316 (0.08% C) के विपरीत कम कार्बन 316L (अधिकतम 0.03% C) निर्दिष्ट करने से झुकने और किसी भी बाद की वेल्डिंग के दौरान संवेदीकरण के प्रतिरोध में वृद्धि होगी, लेकिन सीधे मार्टेंसाइट गठन को नहीं रोका जा सकेगा। तीसरा, पोस्ट बेंड इलेक्ट्रोपॉलिशिंग ऑपरेशन मार्टेंसाइट के अधिकतम घनत्व और विरूपण प्रेरित दोषों के साथ एक पतली सतह परत (20-50 µm) को समाप्त करता है। इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण से संकेत मिलता है कि 1.5डी मोड़ को इलेक्ट्रोपॉलिश करने से गड्ढे की क्षमता असंतुलित अवस्था के 50 एमवी के भीतर आ जाती है, और बिना पॉलिश किए गए मोड़ पर सेवा जीवन तीन गुना बढ़ जाता है।

हेवी ड्यूटी 316 स्टेनलेस स्टील इमर्शन हीटर के लिए बेंड रेडी
यू-आकार या कस्टम बेंट 316 स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों पर कोटेशन का अनुरोध करने वाले डिज़ाइन इंजीनियरों को ट्यूब के बाहरी व्यास के गुणकों में न्यूनतम मोड़ त्रिज्या, अपेक्षित क्लोराइड एकाग्रता और प्रक्रिया तरल पदार्थ का अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान निर्दिष्ट करना चाहिए। यह न मानें कि निर्माता का मानक मोड़ त्रिज्या आपके जल रसायन विज्ञान (आमतौर पर 2डी या 1.5डी) के लिए ठीक है। नगर निगम की आपूर्ति के विशिष्ट पानी की कठोरता और क्लोराइड स्तर वाले नए प्रतिष्ठानों के लिए (50{7}}150 पीपीएम सीएल-, 60-80 डिग्री ऑपरेटिंग तापमान) 5% से कम मार्टेंसाइट एकाग्रता और 10,000 घंटे से अधिक की अनुमानित पिटिंग मुक्त जीवन सुनिश्चित करने के लिए न्यूनतम 3डी मोड़ त्रिज्या प्रदान करते हैं। यदि स्थान प्रतिबंध 2.5डी से अधिक सख्त मोड़ निर्धारित करता है, तो आपूर्तिकर्ता से नमूना मोड़ पर तनाव प्रेरित मार्टेंसाइट माप (फेराइटस्कोप या एक्स-रे विवर्तन) के लिए पूछें, और इलेक्ट्रोपॉलिशिंग या पोस्ट-बेंड तनाव रिलीज प्रक्रिया पर विचार करें। मोड़ त्रिज्या को दीवार की मोटाई और सतह पॉलिश के साथ समान स्तर पर एक डिजाइन चर के रूप में मानकर, प्रक्रिया इंजीनियर समय से पहले होने वाली विफलताओं को रोक सकते हैं जो सीधे खंडों से नहीं, बल्कि हर मोड़ के अतिसंवेदनशील बाहरी फाइबर से उत्पन्न होती हैं।