Deniz suyuyla soğutulan sistemlerde, tuzdan arındırma tesislerinde ve açık deniz platformlarındaki elektrikli daldırma ısıtıcılardan sorumlu imalat mühendisleri ve korozyon uzmanları için, dövme ve klorüre maruz kalma nedeniyle oluşan artık çekme geriliminin birleşimi, yüksek bir stresli korozyon çatlaması riski oluşturur. Madde 10'da belirlendiği gibi, stresli korozyon çatlaması üç eşzamanlı koşulu gerektirir: hassas bir malzeme, bir çekme gerilimi ve 60 derecenin üzerindeki bir klorür ortamı. Magnezyum oksit yalıtımını sıkıştırmak için kullanılan dövme işlemi, 316 kılıfın iç yüzeyinde önemli artık çekme gerilimleri oluşturur. 1,1 mm'nin altındaki ince duvarlı kılıflar için bu artık gerilimler özellikle yüksektir ve duvar kalınlığının daha büyük bir kısmına nüfuz ederek çatlağın başlaması ve yayılması için neredeyse sürekli bir yol oluşturur. Tamamlanan ısıtıcı düzeneğinin-dövme tavlama-sonrası 1.050 dereceye kadar ısıtılması ve ardından hızlı soğutma-bu artık gerilimleri hafifletir ve gerilimli korozyon çatlamasına duyarlılığı önemli ölçüde azaltır. Bu makale, duvar kalınlığı, artık gerilim büyüklüğü ve deniz suyu hizmeti için dövme sonrası tavlamanın gerekliliği arasındaki ilişkiyi sayısal olarak ortaya koymaktadır.
Dövme Sonrası Et Kalınlığının Fonksiyonu Olarak Artık Gerilme Büyüklüğü
Dövme sırasında 316 tüpü, MgO- dolu çekirdeğin etrafında çapı %15–30 oranında azaltıldığı için soğuk işlenir. Soğuk çalışma, elastik enerjiyi artık gerilim olarak depolayarak dislokasyonları ve tane deformasyonunu ortaya çıkarır. Bükümlü 316 kılıfların iç yüzeyindeki artık gerilimin X-ışını kırınım ölçümleri, duvar kalınlığı ile güçlü bir ters ilişkiyi ortaya koymaktadır. 0,8 mm'lik bir duvar kalınlığı için, iç yüzey artık çekme gerilimi +250 ile +350 MPa arasında değişir. 1,0 mm'lik bir duvar için aralık +200 ila +280 MPa'dır. 1,2 mm'lik bir duvar için aralık +150 ila +220 MPa'ya düşer. 1,6 mm'lik bir duvar için aralık +100 ila +160 MPa'dır. 2,0 mm'lik bir duvar için artık gerilimler +50 ila +100 MPa'ya düşer. Bu değerler, sıcak klorür ortamlarında gerilimli korozyon çatlağı eşiğine yaklaşır veya onu aşar; bu eşik, 60 derecede deniz suyunda 316 paslanmaz çelik için yaklaşık +150 MPa'dır. 150 MPa'nın üzerinde iç yüzey artık gerilimine sahip bir kılıf, maruz kaldıktan sonraki aylar içinde çatlamanın başlamasına karşı hassastır. 100 MPa'nın altında risk önemli ölçüde düşüktür. Bu nedenle, et kalınlığı yaklaşık 1,2 mm'nin altında olan kılıflar, güvenli eşiği aşan iç yüzey artık gerilimlerine sahipken, 1,6 mm'nin üzerindeki kılıflar genellikle eşiğin altına düşer. 1,2–1,6 mm'lik ara aralık için risk, spesifik dövme azalmasına ve deniz suyu sıcaklığına bağlıdır.
Tavlama İşlemi ve Artık Gerilme ve Korozyon Direncine Etkisi
Koruyucu bir atmosferde-1.050 derecede 15-30 dakika boyunca dövme sonrası tavlama-tipik olarak argon veya ayrışmış amonyak-316 kılıfın soğuk-işlenmiş tanecik yapısını yeniden kristalleştirir. Süreç, orijinal duvar kalınlığına bakılmaksızın iç yüzey değerlerini ±20 MPa'nın altına düşürerek neredeyse tüm artık gerilimleri ortadan kaldırır. Ancak tavlamanın üç potansiyel dezavantajı vardır. Birincisi, eğer atmosfer yeterince kontrol edilmezse, yüksek sıcaklık iç direnç telini oksitleyebilir. Nikel-krom alaşımları 1.050 derecede koruyucu bir oksit oluşturur, ancak aşırı oksidasyon telin kesitini azaltır ve ısıtıcının ömrünü kısaltır. İkincisi, tavlama 316 kılıfı yumuşatır ve soğuk çekme durumuna kıyasla mekanik mukavemetini ve basınç değerini yaklaşık %20-30 azaltır. Kalıplanmış durumda 40 bar için tasarlanmış bir ısıtıcı, tavlama sonrasında 30 bar ile sınırlandırılabilir. Üçüncüsü, soğutma hızı çok yavaşsa tavlama, hassaslaşmaya-tane sınırlarında krom karbür çökelmesine- neden olabilir. Hızlı soğutma, tipik olarak suyla söndürme veya zorla gaz soğutma, hassasiyeti önler ve korozyon direncini korur. Uygun şekilde gerçekleştirilen tavlama, çukurlaşma veya çatlak korozyon direncini azaltmaz; aslında pasif filmin tekdüzeliğini geliştirebilir. 1,1 mm'nin altındaki ince duvarlı kılıflar için, gerilim korozyonu çatlaması hizmet ömrünü yıllar yerine aylarla sınırlandıracağından, kalan gerilim gidermenin faydaları dezavantajlardan çok daha ağır basar.
Deniz Suyu Hizmeti için Duvar Kalınlığı ve Tavlama Gereksinim Matrisi
Aşağıdaki tabloda, 60 derecenin üzerindeki sıcaklıklarda sıcak deniz suyu hizmeti için amaçlanan 316 kılıfın dövme sonrası tavlanmasına ilişkin öneriler verilmektedir. Değerler, sürekli veya aralıklı olarak klorüre maruz kalındığını ve hedef hizmet ömrünün iki yılı aştığını varsaymaktadır.
| Kılıf Duvar Kalınlığı | Dövme Sonrası İç Yüzey Artık Gerilme | Tavlama Olmadan Gerilmeli Korozyon Çatlama Riski | Sonradan-Swage Tavlama Önerilir | Alternatif Öneriler |
|---|---|---|---|---|
| 0,8 mm'nin altında | 350 MPa'nın üzerinde | Çok yüksek; haftalar içinde başarısızlık | Zorunlu | Daha kalın duvar veya alaşım yükseltmesini düşünün |
| 0,8 – 1,0 mm | 250 – 350 MPa | Yüksek; 1-6 ay içinde başarısızlık | Zorunlu | Herhangi bir deniz suyu hizmeti için tavlama gerekir |
| 1,0 – 1,2 mm | 200 – 280 MPa | Orta ila yüksek; 6-18 ay içinde başarısızlık | Kesinlikle tavsiye edilir | Tavlama tercih edilir; yalnızca aralıklı hizmet olmadan kabul edilebilir |
| 1,2 – 1,4 mm | 150 – 220 MPa | Ilıman; 1-3 yıl içinde başarısızlık | Sürekli hizmet için önerilir | Tavlamadan yıllık olarak kontrol edin |
| 1,4 – 1,6 mm | 100 – 160 MPa | Düşük ila orta; 3-5 yıl içinde başarısızlık | İsteğe bağlı | Tavlama olmadan 5 yıllık ömür kabul edilebilir |
| 1,6 – 2,0 mm | 50 – 100 MPa | Düşük; 5 yıl içinde başarısız olma ihtimali düşük | Gerekli değil | Tavlama önemli bir fayda sağlamaz |
| 2,0 mm'nin üzerinde | 50 MPa'nın altında | Çok düşük | Gerekli değil | Gereksiz tavlama; gücü azaltabilir |
60 derecenin üzerindeki deniz suyunda çalışan 1,2 mm'nin altındaki kılıflar için, -dövme sonrası tavlamayı belirtmek, bir yıl içinde arızalanan bir ısıtıcı ile beş yıl veya daha uzun süre dayanan bir ısıtıcı arasındaki farktır. Tavlamanın ek maliyeti-genellikle ısıtıcı maliyetinin %15-25'i kadardır-uzun hizmet ömrü ve ani çatlama arızası riskinin ortadan kaldırılmasıyla haklı çıkar.
Tavlanmış İnce-Duvar Kılıflarının Belirlenmesinde Pratik Hususlar
Mühendisler, ince duvarlı 316 kılıflar için-dönme sonrası tavlamayı belirlerken-tedarik spesifikasyonuna üç ek gereksinim eklemelidir. Öncelikle tavlama atmosferinin ve soğuma hızının sertifikalandırılması gerekir. Tavlamanın 1.050 ± 15 derecede en az 15 dakika boyunca oksitleyici olmayan bir atmosferde suyla söndürme veya cebri gaz soğutmayla gerçekleştirildiğini belirten bir uygunluk sertifikası, uygun işlemin güvencesini sağlar. İkincisi, ASTM A262 Uygulama E'ye göre bir duyarlılık testi gerektirir. Bu test, tavlanmış kılıf malzemesinin bir örneğini kaynayan bakır-bakır sülfat çözeltisine maruz bırakır ve tanecikler arası saldırı açısından inceler. Geçme derecesi, tavlamanın duyarlılığa neden olmadığını doğrular. Üçüncüsü, iç direnç telinin oksidasyondan zarar görmediğinin doğrulanması gerekir. Oda sıcaklığında (minimum 100 megaohm- yapılan basit bir yalıtım direnci testi, MgO ve telin sağlam kaldığını doğrular. Havada uygun şekilde tavlanmayan ısıtıcılarda direnç teli tamamen oksitlenebilir ve ısıtıcı kısa devre veya çok düşük direnç gösterebilir. Yüksek hacimli üretim için mühendisler, tane yapısını ve tanecikler arası karbürlerin bulunmadığını doğrulamak için ilk üretimden yıkıcı kesit numuneleri talep etmelidir. Bu yeterliliğin maliyeti, arızalı bir ısıtıcının değiştirilmesinin genellikle geminin kapatılmasını, boşaltılmasını ve temizlenmesini gerektirdiği deniz suyu uygulamalarındaki saha arızalarının maliyetine kıyasla küçüktür. Düzgün bir şekilde tavlanmış ince duvarlı 316 kılıf, ince duvarların termal tepki avantajlarını kalın duvarların stres korozyonu çatlama direnciyle birlikte sağlar; hem hızlı ısınma hem de deniz suyuna dayanıklılık gerektiğinde her iki dünyanın da en iyisi.
