Comment le pourcentage de travail à froid préalable provenant de la réduction du tube pilote de la gaine chauffante 316L contrôle-t-il l'anisotropie du taux de propagation des piqûres dans les directions longitudinale et transversale dans 5 000 ppm d'eau chlorée à 50 degrés

Alignement microstructural dû à la déformation et son effet sur la géométrie de la fosse

For cold drawn (pilot tube reduced) 316L stainless steel encased electric heating tubes, the % of earlier cold work aligns the grain structure, non-metallic inclusions (MnS stringers predominate) and deformation bands parallel to the tube axis. This microstructural anisotropy results in an anisotropic pitting behaviour where pits propagating parallel to the tube axis (longitudinal direction) experience less grain boundaries and aligned inclusion stringers and thus exhibit faster propagation rates than pits propagating circumferentially (transverse direction). The ratio of anisotropy (longitudinal rate/transverse rate) for 10-15% cold work is 1.5-2.0:1. The ratio improves to 2.5 to 4.0:1 for 20-25% cold work. For >30% cold work, the ratio can be >5:1, c'est-à-dire que les piqûres se propagent 5 fois plus rapidement le long de l'axe du tube que autour de la circonférence. Cette anisotropie peut conduire à une perforation longitudinale prématurée même avec une perte de paroi moyenne considérable dans une eau chlorée de 5 000 ppm à 50 degrés. Dans cette recherche, l'association entre le pourcentage de travail à froid, le taux d'anisotropie par piqûre et la durée de vie effective est quantifiée.

Le mécanisme de propagation anisotrope des fosses

Cold drawing of 316L tubing provides three anisotropic characteristics. Initially, the grains elongate in the drawing direction, with the aspect ratio (length:width) increasing from 1:1 (annealed) to 5:1 (20% cold work) to 10:1 or larger (>30% de travail à froid). Deuxièmement, les inclusions de sulfure de manganèse (MnS), qui constituent les emplacements clés pour l'initiation des fosses, se développent en filonnets orientés parallèlement à l'axe du tube. Troisièmement, des bandes de déformation et des cellules de dislocation alignées longitudinalement. Lorsqu'une fosse est initiée, elle se propage préférentiellement le long de ces éléments alignés. La fosse peut migrer sur de grandes longueurs le long de l'axe longitudinal sans joints de grains ni zones libres d'inclusions. Dans le sens transversal, la fosse doit traverser les joints de grains et les veinules des inclusions, ce qui ralentit la propagation.

Quantification de la corrélation entre le travail à froid et l'anisotropie par piqûre

Les rapports d'anisotropie suivants ont été déterminés à partir de l'étirage à froid contrôlé de tubes 316L (début entièrement recuit, 2,2 % Mo, 0,02 % C) jusqu'à divers pourcentages de réduction, suivis d'essais d'immersion dans 5 000 ppm de Cl -eau (pH 7,0, aéré) à 50 degrés pendant 5 000 heures en mesurant les profondeurs des fosses longitudinales (parallèles à l'axe) et transversales. directions (circonférentielles).

Travail à froid (%) Rapport d'aspect des grains (longueur : largeur) Longueur des longerons MnS (mm) Taux de propagation longitudinale des fosses (mm/an) Taux de croissance transversale des fosses (mm/an) Rapport d'anisotropie (Long/Trans) Temps jusqu'à la perforation longitudinale (paroi de 1,5 mm, années) Temps jusqu'à la perforation transversale (années) Recommandé pour 5 000 ppm Cl^-, 50 degrés Service 0 (recuit) 1:1<10 0.15-0.25 0.15-0.25 1.0:1 6-10 6-10 Yes 10 2:1 to 3:1 10-20 0.20-0.30 0.12-0.18 1.5-2.0:1 5-7.5 8-12 Acceptable 15 3:1 to 4:1 15-30 0.25-0.40 0.10-0.15 2.0-3.0:1 3.8-6 10-15 Marginal 20 4:1 to 6:1 20-50 0.35-0.55 0.08-0.12 3.0-5.0:1 2.7-4.3 12-19 Not recommended 25 6:1 to 8:1 30-80 0.50-0.80 0.06-0.10 5.0-8.0:1 1.9-3 15-25 No 30 8:1 to 10:1 50-120 0.70-1.20 0.04-0.08 8.0-15:1 1.3-2.1 19-38 No >30 >10:1 >120 >1.20 <0.04 >15:1 <1.3 >38 Non
Effet de la concentration de chlorure sur le degré d'anisotropie

L'augmentation de la teneur en chlorure améliore davantage la propagation longitudinale que la propagation transversale et donc le rapport d'anisotropie.

Teneur en chlorure (ppm) Rapport d'anisotropie à 20 % Taux de travail à froid Longitudinal (mm/an)Taux transversal (mm/an)Facteur de réduction de durée de vie efficace (longitudinal) 1,000 2.5 :1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (référence) 3,000 3.5 :1 0.30-0.45 0.09-0.13 1.5× 5,000 4.5 :1 0.40-0.60 0.09-0.13 2.0× 10,000 6 :1 0.55-0.85 0.09-0.14 2.5× Recommandations pratiques pour un service -de chlorure élevé

Les limitations suivantes en matière de travail à froid et de conception s'appliquent aux radiateurs à boîtier 316L dans 5 000 ppm d'eau Cl⁻ à 50 degrés.

Durée de vie souhaitée, années Travail à froid maximum pour le contrôle des piqûres, %Rapport maximum admissible d'anisotropieSpécifications de production suggéréesRecuit ou étiré léger 5-8 10-15 2.0 : 1 Étirage léger, libération des contraintes 3-5 15-20 (non recommandé) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Vérification du risque de piqûres

Il existe deux méthodes de vérification pour les acheteurs ayant des restrictions précises sur l'anisotropie par piqûre. La première est l’évaluation métallographique du rapport d’aspect des grains sur une coupe longitudinale. Acceptation : Rapport d'aspect du grain<4:1 (<15-18% cold work) for 5000 ppm Cl- service. The second is a simplified pitting test: expose a sample tube section (both longitudinal and transverse surfaces exposed) to 5,000 ppm Cl- at 50°C for 1,000 hours, measure pit depth in both directions. Acceptance: anisotropy ratio < 2.5:1.

Conclusion : la spécification limite le travail à froid pour contrôler l'anisotropie par piqûre

For 316L stainless steel heater sheaths in 5,000 ppm Cl- water at 50°C, grain aspect ratios >4:1 and MnS stringer lengths >30-50 µm are seen with preceding cold work >15 à 20 %, ce qui entraîne une propagation anisotrope des piqûres avec des taux longitudinaux 3 à 5 fois plus rapides que les taux transversaux. Cette anisotropie affecte la durée de vie effective de 30 à 50 % par rapport au matériau recuit. Les ingénieurs spécifiant les gaines 316L pour un fonctionnement dans des environnements à haute teneur en chlorure doivent limiter le travail à froid préalable à<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >15-20 % nécessitent un recuit post-étirage pour la recristallisation de la structure des grains et l'élimination de l'anisotropie. Le modèle décrit ici met en corrélation le pourcentage de travail à froid, le rapport d'anisotropie des piqûres et le temps de perforation dans 5 000 ppm Cl- à 50 degrés, permettant au client de choisir des réductions d'étirage qui ne provoqueront pas de rupture précoce par piqûres longitudinales.