¿Cómo controla el porcentaje de trabajo en frío previo de la reducción del tubo piloto de la funda del calentador 316L la anisotropía de la tasa de propagación de picaduras en direcciones longitudinales versus transversales en 5000 ppm de agua con cloruro a 50 grados?

Alineamiento microestructural debido a la deformación y su efecto en la geometría del tajo

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, es decir, las picaduras se propagan 5 veces más rápido a lo largo del eje del tubo que alrededor de la circunferencia. Esta anisotropía puede provocar una perforación longitudinal prematura incluso con una pérdida de pared promedio considerable en agua con 5.000 ppm de cloruro a 50 grados. En esta investigación se cuantifica la asociación entre el porcentaje de trabajo en frío, el índice de anisotropía de picaduras y la vida útil efectiva.

El mecanismo de propagación anisotrópica de pozos

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% trabajo en frío). En segundo lugar, las inclusiones de sulfuro de manganeso (MnS), que son los lugares clave para la iniciación de la mina, crecen en largueros orientados paralelos al eje del tubo. En tercer lugar, las bandas de deformación y las células de dislocación se alinearon longitudinalmente. Cuando se inicia un pozo, se propaga preferentemente a lo largo de estas características alineadas. La fosa puede migrar grandes longitudes a lo largo del eje longitudinal sin límites de grano ni zonas libres de inclusiones. En dirección transversal, el hoyo tiene que atravesar los límites de los granos y los hilos de inclusión, lo que ralentiza la propagación.

Cuantificación de la correlación entre trabajo en frío y anisotropía por picaduras

Las siguientes relaciones de anisotropía se han determinado a partir del estirado en frío controlado de tubería 316L (inicio completamente recocido, 2,2 % Mo, 0,02 % C) a varios porcentajes de reducción, seguido de pruebas de inmersión en 5000 ppm de agua Cl - (pH 7,0, aireada) a 50 grados durante 5000 horas midiendo las profundidades de las picaduras en sentido longitudinal (paralelo al eje) y transversal. direcciones (circunferenciales).

Trabajo en frío (%) Relación de aspecto del grano (largo: ancho) Longitud del larguero MnS (mm) Tasa de propagación de picadura longitudinal (mm/año) Tasa de crecimiento de picadura transversal (mm/año) Relación de anisotropía (largo/trans) Tiempo hasta la perforación longitudinal (pared de 1,5 mm, años) Tiempo hasta la perforación transversal (años) Recomendado para 5000 ppm Cl^-, 50 grados Servicio 0 (recocido) 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 Sí
Efecto de la concentración de cloruro sobre el grado de anisotropía.

El aumento del contenido de cloruro mejora más la propagación longitudinal que la propagación transversal y, por tanto, la relación de anisotropía.

Contenido de cloruro (ppm) Relación de anisotropía al 20 % Tasa de trabajo en frío Longitudinal (mm/an) Tasa transversal (mm/año) Factor de reducción de vida efectiva (longitudinal) 1,000 2.5:1 0.20-0.30 0.08-0.12 1.0× (línea de base) 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× Recomendaciones prácticas para el servicio con alto contenido de cloruro-

Se aplicarán las siguientes limitaciones de consideración de diseño y trabajo en frío para calentadores revestidos de 316L en agua de 5000 ppm de Cl⁻ a 50 grados.

Vida útil deseada, años Trabajo en frío máximo para control de picaduras, % Relación máxima permitida de anisotropía Especificaciones de producción sugeridas Recocido o trefilado ligero 5-8 10-15 2.0:1 Estirado ligero, liberación de tensión 3-5 15-20 (no recomendado) 8<10 1.5:1316L not appropriate, duplex 2205 3.0:1 Upgrade to 316L with electropolish <3 >20 >4.0:1
Verificación del riesgo de picaduras

Hay dos formas de verificación para los compradores con restricciones precisas sobre la anisotropía de las picaduras. La primera es la evaluación metalográfica de la relación de aspecto del grano en una sección longitudinal. Aceptación: relación de aspecto de grano<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.

Conclusión: La especificación limita el trabajo en frío para controlar la anisotropía por picaduras

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 >15-20%, lo que resulta en una propagación anisotrópica de picaduras con tasas longitudinales de 3 a 5 veces más rápidas que las tasas transversales. Esta anisotropía afecta la vida útil efectiva entre un 30% y un 50% en comparación con el material recocido. Los ingenieros que especifican vainas 316L para operación en ambientes con alto contenido de cloruro deben limitar el trabajo en frío previo a<10-15% (grain aspect ratio <3:1) to ensure pitting isotropy is acceptable. Cold work >El 15-20% requiere recocido post-estirado para la recristalización de la estructura del grano y la eliminación de la anisotropía. El modelo descrito aquí correlaciona el porcentaje de trabajo en frío con la relación de anisotropía por picaduras y el tiempo de perforación en 5000 ppm Cl- a 50 grados, lo que permite al cliente elegir reducciones de trefilado que no causarán fallas tempranas por picaduras longitudinales.