ما الحد الأقصى المسموح به لعمق علامات طحن السطح بعد التشطيب غير المركزي لأنابيب السخان 316 الذي يمنع بدء التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في 500 جزء في المليون من ماء الكلوريد عند 90 درجة

خدش السطح كمكان لتركيز الإجهاد لبدء SCC

عتبة بدء تكسير التآكل الإجهادي (SCC) في بيئات الكلوريد لـ 316 من أنابيب التسخين الكهربائية المغلفة بالفولاذ المقاوم للصدأ والتي تم طحنها بدون مركز أو مصقولة ميكانيكيًا كعملية التشطيب النهائية لتحقيق تفاوتات قطر ضيقة أو أسطح ناعمة يتم التحكم فيها مباشرة من خلال عمق علامات الطحن المتبقية، عادة 5-50 ميكرومتر اعتمادًا على حجم الحبيبات الكاشطة ومعدل التغذية. كل علامة طحن هي عبارة عن مركز إجهاد هندسي، مع عامل تركيز إجهاد نظري (K_t) يتراوح من 1.5 لعلامة ناعمة وضحلة (العمق<5 µm, radius >10 µm) to 5.0 for a sharp, deep scratch (depth >20 ميكرومتر، نصف قطر الجذر<2 µm). 500 ppm chloride water at 90 oC. The residual tensile stresses from drawing or bending are typically 50-150 MPa. Grinding marks deeper than around 10-15 µm cause local stresses that surpass the SCC threshold and contribute to crack initiation in 1,000-5,000 hours. This paper evaluates the link between grinding mark depth, stress concentration and SCC initiation time, and provides surface finish criteria for chloride service.

آلية بدء SCC عند الشقوق السطحية

يتطلب تكسير التآكل الإجهادي 316 في الكلوريدات الساخنة ثلاثة شروط: بنية مجهرية حساسة (عادةً بعض الأعمال الباردة)، وإجهاد شد طويل، وبيئة كلوريد عدوانية. عند قاعدة علامة طحن السطح، يتم إعطاء إجهاد الشد المحلي بواسطة $σ_{local}=σ_{applied}×K_{t}$ حيث $K_{t}$ هي دالة لهندسة العلامة (نسبة العمق إلى نصف القطر). علامة الطحن النموذجية بعمق d ونصف قطر الجذر ρ تعطي K_t=1 + 2 * sqrt(d/ρ). يعطي الانبعاج المستدير الضحل (d=5 μm, ρ=10 μm) K_t≈1+2×sqrt(0.5)=2.4. للحصول على علامة حادة عميقة (d=20 $\\mu$m, $\\rho$=2 $\\mu$m)، نقدر $K_t\\approx 1+2\\times\\sqrt(10)=7.3$ . بالنسبة للإجهاد المتبقي المطبق بمقدار 100 ميجا باسكال، يكون الضغط المحلي 240-730 ميجا باسكال - أعلى من قوة الخضوع البالغة 205 ميجا باسكال وبعيدًا عن المنطقة التي يحدث فيها SCC بسرعة. يبدأ الشق عند تركيز الإجهاد ويتقدم عن طريق التحلل الأنودي عند طرف الشق، مدفوعًا بالإجهاد المطبق حتى يتم ثقب جدار الغلاف.

العلاقة الكمية بين عمق علامة الطحن وبدء SCC

اختبار SCC الخاضع للرقابة (الحمل المستمر، عينات الانحناء على شكل حرف U أو الحلقة C) لـ 316 أنبوبًا مع علامات طحن سطحية ذات عمق يمكن التحكم فيه (يتم تحقيقه عن طريق تغيير نسبة الحبيبات الكاشطة ومعدل التغذية) في 500 جزء في المليون من ماء الكلوريد عند 90 درجة، حدد الأعماق الأساسية لبدء SCC خلال فترات زمنية معينة.

الحد الأقصى لعمق علامة الطحن (ميكرومتر) خشونة السطح النموذجية (Ra، ميكرومتر) نصف قطر علامة الجذر (ميكرومتر، نموذجي) عامل تركيز الإجهاد (K_t) الوقت اللازم لبدء SCC (ساعات، 500 جزء في المليون Cl-، 90 درجة، 100 ميجا باسكال من الإجهاد المتبقي) الوقت اللازم للثقب (جدار 1.5 مم بعد البدء) يوصى به لـ 500 جزء في المليون Cl-، خدمة 90 درجة<3 <0.2 >15 <2.0 >20,000 >30,000 نعم (معادل مصقول كهربائيًا)
3-5 0.2-0.3 10-15 2.0-2.5 10,000-20,000 15,000-25,000 نعم 5-8 0.3-0.5 8-12 2.5-3.0 5,000-10,000 8,000-15,000 مقبول 8-12 0.5-0.7 5-8 3.0-4.0 2,500-5,000 4,000-8,000 هامشي 12-15 0.7-1.0 4-6 4.0-5.0 1,000-2,500 2,000-4,000 غير مستحسن
15-20 1.0-1.5 3-4 5.0-6.0 500-1,000 1,000-2,000 غير مقبول
20-30 1.5-2.0 2-3 6.0-8.0 200-500 400-1,000 Unacceptable30 >2.0 <2 >8.0 <200 <400 Unacceptable 
تأثير مستوى الإجهاد المتبقي على عمق العلامة المسموح به

يختلف العمق المسموح به لعلامات الطحن بشكل كبير على إجهاد الشد المتبقي للغلاف. يحتاج الضغط المتبقي العالي إلى علامات أقل عمقًا لمنع SCC. الحد الأقصى المسموح به لعمق العلامة للعديد من مستويات الإجهاد المتبقية، 500 جزء في المليون Cl⁻، 90 درجة موضح في الجدول أدناه.

إجهاد الشد المتبقي (MPa) الحد الأقصى المسموح به لعمق علامة الطحن لمدة 10000- ساعة من العمر الخالي من SCC (ميكرومتر) خشونة السطح المطلوبة (Ra، ميكرومتر) طريقة التشطيب الموصى بها<50 (stress-relieved) <20 <1.5 Typical centerless ground
50-100 (الرسم)<12 <0.8 Fine ground or polished.
100-150 (رسم معتدل)<8 <0.5 Polished 150-200 (heavy drawing) <5 <0.3 Electropolished >200 (كما هو الحال-مثني، بدون تخفيف الضغط)<3 <0.2 Electropolished + stress relief
خدمة مواصفات التشطيب العملي للكلوريد

يوصى بمعايير التشطيب السطحي التالية لـ 316 سخانًا مغلفًا للخدمة في ماء الكلوريد الذي يزيد عن 200 جزء في المليون عند درجات حرارة أعلى من 80 درجة بناءً على حالة الإجهاد المتبقية المقدرة.

طريقة المعالجة النهائية الحد الأقصى لعمق علامة الطحن الحد الأقصى لطريقة فحص Ra حالة الإجهاد المتبقية
تخفيف الضغط (تصلب بعد التشكيل)أرضية غير مركزية، 400-600 حبيبات رملية 10 ميكرومتر 0,5 ميكرومتر مرئي + مقياس الملف الشخصي 50×
كما هو مرسومة أو مثنية (بدون تخفيف التوتر)أرضية ناعمة + طلاء خفيف 5 ميكرومتر 0.3 ميكرومتر
كلوريدات عالية كما هي مرسومة على شكل تلميع كهربائي مثني (إزالة 20-30 ميكرومتر)<2 µm (marks erased) 0.1 µm Visual + gloss measurement
أي، للخدمة الحرجةElectropolish + passivation0 (تمت إزالة العلامات بالكامل)<0.1 µmComplete surface inspection
التحديد الميداني لـ SCC الناجم عن علامة الطحن

بالنسبة للسخانات التي فشلت بواسطة SCC في خدمة الكلوريد، يجب فحص سطح الكسر لمعرفة مكان منشأ الكسر. تحت التكبير (100-500×)، فإن نقطة منشأ الكراك سوف تتطابق في كثير من الأحيان مع علامة الطحن أو الخدش. سيتم النظر إلى العلامة على أنها أخدود محدد بشكل حاد، وغالبًا ما يتم جمع منتج التآكل بشكل تفضيلي في الأخدود. تنتشر شقوق SCC بشكل طبيعي في اتجاه علامة الطحن (إذا كانت العلامات محيطية، تكون الشقوق محورية، وإذا كانت العلامات محورية، تكون الشقوق عادة محيطية ولكنها قد تتبع العلامة). إذا كانت علامات الطحن موجودة وكانت بيئة الخدمة تحتوي على كلوريدات تزيد عن 200 جزء في المليون ودرجات حرارة تزيد عن 80 درجة، فيجب الاشتباه في SCC بسبب علامات الطحن. الجواب هو المطالبة بأسطح مصقولة كهربائيًا أو مصقولة بشكل جيد للمشتريات المستقبلية، وإيقاف السخانات الحالية أو تلميع سطح الغلاف في مكانه إذا كان الوصول إليه ممكنًا (نادرًا ما يكون ذلك ممكنًا).

الاستنتاج: حدود عمق علامة الطحن لخدمة الكلوريد

Grinding markings >10-12 ميكرومتر يوفر مكثفات الضغط ويقلل وقت بدء SCC لـ 316 سخانًا مغلفًا بالفولاذ المقاوم للصدأ في 500 جزء في المليون من ماء الكلوريد عند 90 درجة من 20,000+ ساعة إلى 2,000-5,000 ساعة. يبدأ SCC خلال 500-1000 ساعة تحت مستويات الضغط المتبقية الطبيعية على أعماق أعمق من 20 ميكرومتر. بالنسبة لخدمة الكلوريد، يجب على المهندسين الذين يختارون 316 غمدًا تحديد الحد الأقصى لعمق علامات الطحن (على سبيل المثال أقل من أو يساوي 8 ميكرومتر)، أو ما يعادل الحد الأقصى لخشونة السطح (على سبيل المثال Ra أقل من أو يساوي 0.5 ميكرومتر) وطلب التحقق عن طريق قياس البيانات الشخصية. بالنسبة لظروف الكلوريد الأكثر عدوانية أو حيث لا يمكن تقليل الضغوط المتبقية، فإن التلميع الكهربائي لإزالة الطبقة السطحية المخدوشة المعالجة على البارد يزيل مركزات الإجهاد المرتبطة بعلامات الطحن تمامًا. ويرتبط النهج المقترح هنا بعمق علامة الطحن بتوقيت بدء SCC القابل للقياس، مما يسمح للمشتري بتحديد تقنيات تشطيب السطح التي تتجنب بدء الشقوق قبل النضج عند عيوب السطح.