Ved hvilken spesifikk terskel for svovelsyrekonsentrasjon krever en 1,2 millimeter 316 rustfritt stålkappe etter -sveiseglødning for å forhindre intergranulær korrosjon i elektriske varmeovner?

For produksjonsingeniører og fagfolk innen kvalitetssikring som er ansvarlige for elektriske varmeovner i svovelsyreservice, krever festing av monteringsflenser og beslag til 316 rustfritt stålkappe sveising. Varmen fra sveising kan forårsake sensibilisering-utfellingen av kromkarbider ved korngrensene i den varme-berørte sonen. Sensibilisert 316 mister sin korrosjonsmotstand og blir utsatt for intergranulær korrosjon, som angriper korngrensene fortrinnsvis, og forårsaker raskt materialtap og potensiell varmefeil. Veggtykkelsen på kappen påvirker både kjølehastigheten etter sveising og behovet for etter-sveiseglødning. Denne artikkelen identifiserer den spesifikke svovelsyrekonsentrasjonsterskelen der en 1,2 mm 316 kappe krever etter{11}}sveiseglødning for å forhindre intergranulært korrosjonsangrep.

Sensibilisering og intergranulær korrosjonsmekanisme i 316

Når 316 rustfritt stål varmes opp til temperaturer mellom 450 grader og 850 grader -utfelles sensibiliseringsområdet-kromkarbider ved korngrensene. Denne nedbøren tømmer krom i områdene ved siden av korngrensene, og etterlater dem med mindre enn 12% krom som kreves for passiv filmdannelse. I et korrosivt miljø korroderer disse krom-sonene fortrinnsvis, noe som forårsaker angrep på korngrenser og eventuelt tap av materiale. For en 1,2 mm tynn{11}}veggkappe er kjølehastigheten etter sveising høy fordi den lave termiske massen gjør at varmen forsvinner raskt. En tynn vegg avkjøles fra sveisetemperatur til under 450 grader på sekunder, og bruker minimal tid i sensibiliseringsområdet. For en tykk-veggmantel over 3 mm er kjølehastigheten langsommere, noe som øker sensibiliseringsrisikoen. For en 1,2 mm vegg er imidlertid kjølehastigheten vanligvis rask nok til å unngå sensibilisering under standard gasswolframbuesveisingsforhold. Den kritiske faktoren er ikke veggtykkelse alene, men karboninnholdet i 316-materialet. Lav-karbon 316L (maksimalt 0,03 % karbon) er svært motstandsdyktig mot sensibilisering uavhengig av veggtykkelse. Standard 316 (maksimalt 0,08 % karbon) kan sensibilisere hvis avkjølingen går for sakte.

Kritisk svovelsyrekonsentrasjon for påvisning av sensibilisering

Intergranulær korrosjon i sensibilisert 316 er mest aggressiv i spesifikke svovelsyrekonsentrasjoner. Strauss-testen (ASTM A262 Practice E) bruker kokende 16 % svovelsyre med kobbersulfat for å oppdage sensibilisering. I bruk skjer intergranulært angrep lettest i svovelsyrekonsentrasjoner mellom 10 % og 40 % ved temperaturer over 50 grader. Under 10 % er syren ikke aggressiv nok til å fortrinnsvis angripe korngrenser. Over 40 % blir syren oksiderende og repassiverer overflaten, og skjuler sensibilisering. For en 1,2 mm 316 kappe som opererer i svovelsyre, er konsentrasjonsterskelen for intergranulær korrosjonsrisiko omtrent 15–25 % ved temperaturer på 60–80 grader. Under 15 % kan en sensibilisert skjede overleve i årevis uten synlig angrep. Over 25 % kan den oksiderende naturen til syren undertrykke intergranulært angrep, selv om pitting blir en bekymring. I det kritiske området 15–25 % kan en sensibilisert kappe miste 0,5–2,0 mm materiale per år langs korngrensene, og trenge gjennom en 1,2 mm vegg i løpet av måneder. Derfor, for applikasjoner med svovelsyrekonsentrasjoner mellom 15 % og 25 % ved temperaturer over 50 grader, anbefales etter-sveiseglødning på det sterkeste med mindre 316L brukes.

Utglødningskravmatrise for sveisede 316 slirer

Følgende tabell gir anbefalinger for etter-sveiseglødning av 1,2 mm 316-kapper basert på svovelsyrekonsentrasjon, driftstemperatur og den spesifikke 316-kvaliteten som brukes. Utglødning består av oppvarming av den sveisede enheten til 1050 grader i 15 minutter etterfulgt av rask avkjøling (vannkjøling eller tvungen gass).

For det kritiske konsentrasjonsområdet på 15–25 % ved temperaturer over 50 grader, er etter-sveiseglødning av en 1,2 mm 316-kappe avgjørende hvis standard 316 brukes. Selv med 316L gir gløding en ekstra sikkerhetsmargin. Uten gløding kan en sveiset flensfestesone utvikle intergranulær korrosjon som trenger inn i den tynne veggen i løpet av 3–12 måneder, noe som fører til at flensen løsner eller at kappen lekker.

Praktiske utglødningshensyn for tynne-vegger

Etter-sveiseglødning av en 1,2 mm 316 kappe byr på praktiske utfordringer. Den høye temperaturen på 1050 grader kan forårsake oksidasjon av den interne motstandstråden hvis enheten ikke er ordentlig beskyttet. Utglødning bør utføres i en ovn med kontrollert atmosfære med argon eller dissosiert ammoniakk for å forhindre oksidasjon. Alternativt kan induksjonsvarme gløde sveisesonen lokalt uten å varme opp hele varmeren. For varmeovner som allerede er smidd med MgO-isolasjon, er full ovnsgløding ikke mulig fordi MgO utvider seg annerledes enn stålet og kan sprekke kappen. Derfor må gløding utføres etter sveising, men før støping, eller kun lokaliseres til sveiseområdet. Ingeniører bør spesifisere at all sveising på 316-hylser beregnet for 15–25 % svovelsyreservice må følges av lokalisert induksjonsgløding av den varme-berørte sonen. Den glødede sonen bør strekke seg minst 10 mm på hver side av sveisen. Verifikasjon av riktig gløding kan utføres ved hjelp av en ferrittmåler eller ved å sende inn en prøvesveis til ASTM A262 Practice E-testing. En leverandør som ikke kan utføre etter-sveiseglødning eller gi bekreftelsestesting, bør ikke brukes til svovelsyreapplikasjoner i det kritiske konsentrasjonsområdet. Kostnaden for en enkelt intergranulær korrosjonsfeil-vanligvis plutselig og uten forvarsel-overstiger langt kostnadene ved riktige glødeprosedyrer. For nye installasjoner eliminerer spesifisering av 316L i stedet for standard 316 sensibiliseringsrisiko for 1,2 mm vegger under alle unntatt de mest aggressive forhold, og anbefales sterkt for enhver svovelsyretjeneste over 10 % konsentrasjon.