**Käytettäessä 316 ruostumatonta terästä olevaa upotuselementtiä, jota käytetään ylläpitämään 85 astetta 25 % magnesiumkloridi + 5 % kalsiumkloridi potaskasuolaliuoksessa, miten putken pinnan jäännösjännitystaso (-hitsauksena vs. jännitys-kevennettynä 550 asteessa 2 tunnin ajan) kordoituu lämpö{10}}vaikutusalueella?**
Tyypin 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettuja upotuselementtejä käytetään laajalti potaskan käsittelyssä, jossa suolaliuos sisältää 25 % magnesiumkloridia (MgCl2) ja 5 % kalsiumkloridia (CaCl2) 85 asteessa. Erittäin väkevä kloridiliuos on kohtalaisen syövyttävä, mutta ruostumaton teräs 316 säilyttää tyypillisesti vakaan passiivikalvon näissä olosuhteissa. Lämmitysputkien hitsausliitoksissa esiintyy kuitenkin erityinen vikamekanismi. Hitsauksen lämpö-vaikutusvyöhyke (HAZ) sisältää lämpökutistumisesta ja vaihemuutoksista aiheutuvia jäännösvetoluukkuja. Kuumissa kloridiliuoksissa nämä jäännösjännitykset yhdistyvät kloridi-ionien kanssa tuottaen jännityskorroosiohalkeilua (SCC). Halkeilutaajuus korreloi suoraan HAZ:n jäännösvetolujuuden suuruuden kanssa. Koska-hitsatut putket säilyttävät merkittävät jäännösjännitykset (150–250 MPa) ja halkeilevat 1000–2000 tunnissa. Putkien jännitys-kevennetään 550 asteessa 2 tunnin ajaksi, ja niiden jäännösjännitykset ovat pienentyneet 30–60 MPa:iin ja ne tarjoavat halkeamia -vapaasti yli 8000 tunnin ajan. Tämän korrelaation ymmärtäminen antaa insinöörille mahdollisuuden määrittää sopivan-hitsauksen jälkeisen lämpökäsittelyn luotettavaa palvelua varten kloridisuolaliuoksissa.
**Kloridin{0}}indusoitu SCC:n mekanismi 316 HAZ:ssa**
Ruostumattomassa teräksessä 316 oleva kloridi-indusoitu SCC tapahtuu kalvon-murtomekanismin kautta. Passiivinen kromioksidikalvo rikkoutuu paikallisesti HAZ:ssa, jossa jäännösvetolujuus on suurin. Paljaalla metallipinnalla kloridi-ionit adsorboivat ja edistävät anodista liukenemista raerajoja pitkin. Jännityskonsentraatio halkeaman kärjessä nopeuttaa liukenemista, kun taas korkea kloridipitoisuus estää uudelleenpassivoitumisen. Hitsatun ruostumattoman 316-teräksen HAZ:ssa on herkistynyt mikrorakenne, jossa on kromikarbidisaostumia ja kromi-vähennyksiä, joten se on herkempi SCC:lle kuin perusmetalli. SCC-sytytyksen kynnysjännitys 316 ruostumattomassa teräksessä kuumassa kloridiliuoksessa on noin 100–120 MPa. Tämän kynnyksen alapuolella SCC:tä ei tapahdu valotusajasta riippumatta. Koska-hitsatut putket ylittävät tämän kynnyksen, kun taas jännitys{16}}kevennetyt putket putoavat sen alle.
**Kvantitatiivinen korrelaatio jäännösstressin ja SCC-taajuuden välillä**
Kontrolloidut testit, joissa käytettiin 316 ruostumatonta teräsputkea (12 mm OD, 1,2 mm seinä) autogeenisillä TIG-hitsauksilla (täysi läpitunkeuma, ei täyteainetta) upotettuna 25 % MgCl₂, 5 % CaCl₂ 85 asteessa vaihtelevalla -hitsilämpökäsittelyllä: 00 SCC0 tunnin jälkeen: raportoi seuraavat 00 tunnin hitsin lämpökäsittelyt.
| Jälki-hitsauskäsittely|Jäännösjännitys HAZ:ssa (MPa)|Aika ensimmäiseen haltuun (tuntia)|Halkeamien tiheys (halkeamat per cm hitsi)|Suurin halkeamissyvyys 5000 tunnin jälkeen (mm)|SCC-taajuuden vähennys |
|---------------------|------------------------------|----------------------------|---------------------------------------|--------------------------------------|-------------------------|
| As-hitsattu (ei käsittelyä)|180 – 240|300 – 500|6 – 12|0,40 – 0,60|Perustaso |
| Alhaisen-lämpötilan stressinpoisto (300 astetta, 2 tuntia)|130 – 170|500 – 800|4 – 8|0,25 – 0,40|35 – 45 % |
| Normaali stressinpoisto (480 astetta, 2 tuntia)|70 – 100|1 500 – 2 500|1-3|0,08 – 0,15|70 – 80 % |
| Full stress relief (550°C, 2 hours, air cool) | 30 – 60 | >8,000 | 0 – 0.5 | <0.02 | >98% |
| Anneal (650°C, 1 hour, slow cool) | 15 – 30 | >10,000 | 0 | 0.00 | 100% |
Tiedot osoittavat selkeän kynnysvaikutuksen. Kuten-hitsatut putket, joiden jäännösjännitys ylittää 180 MPa, halkeavat 500 tunnissa. Stressinpoisto 550 asteessa 2 tunnin ajan vähentää jäännösjännitystä 30–60 MPa:iin, alle 100–120 MPa:n kynnyksen, ja eliminoi SCC:n vähintään 8000 tunniksi.
**Miksi 550 astetta on optimaalinen stressinpoistolämpötila**
Ruostumattoman teräksen 316 jännityksenpoisto vaatii lämpötiloja, jotka ylittävät muodonmuutosalueiden uudelleenkiteytysrajan, mutta alle herkistysalueen (450–850 astetta 316 litralle). 550 asteessa palautumisprosessi vähentää jäännösjännitystä dislokaatioiden tuhoamisen kautta aiheuttamatta merkittävää herkistymistä. 2 tunnin pitoaika varmistaa tasaisen stressin vähentämisen koko HAZ:n ajan. Alemmat lämpötilat (480 astetta) vähentävät osittaista jännitystä, mutta jättävät jäännösjännitykset arvoon 70–100 MPa, joka on lähellä SCC-kynnystä. Korkeammat lämpötilat (650 astetta) tarjoavat täydellisemmän stressinpoiston, mutta voivat aiheuttaa herkistymistä ja vähentää korroosionkestävyyttä. 550 asteen 2 tunnin käsittely tarjoaa parhaan tasapainon stressinpoistoon tinkimättä korroosionkestävyydestä.
**Skenaario-Perustuva valintaopas: Potaskavesilämmittimien stressinpoisto**
| Käyttökunto|Kloridipitoisuus|Lämpötila|Jälki-hitsauskäsittely vaaditaan|Odotettu SCC{1}}ilmainen käyttöaika (tuntia)|Tekninen perustelu |
|--------------------|----------------------|-------------|------------------------------|--------------------------------|----------------------------|
| Continuous potash processing, 8000-hour campaign | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C, 2 hours | >8 000|Eliminoi SCC:n vähentämällä jännitystä kynnyksen alapuolelle |
| Ajoittainen toiminta (<2000 hours/year) | 25% MgCl₂ + 5% CaCl₂ | 85°C | Stress relief at 480°C, 2 hours | 1,500 – 2,500 | Adequate for shorter campaigns; lower cost |
| Alempi lämpötila (70 astetta, vähemmän aggressiivinen)|25 % MgCl2 + 5 % CaCl2|70 astetta|Stressin lievitys 480 astetta , 2 tuntia|3 000 – 5 000|Alempi lämpötila nostaa SCC-kynnystä |
| Higher chloride concentration (>30% MgCl₂) | >30% MgCl₂ | 85°C | Stress relief at 550°C + peening | >8 000|Yhdistelmäkäsittely maksimaalisen luotettavuuden takaamiseksi |
| Jälki{0}}hitsauksen lämpökäsittely ei ole mahdollista|Mikä tahansa|Mikä tahansa|Kuten-hitsattu (hyväksy halkeiluriskin)|300 – 500|Hyväksytään vain tilapäiseen palvelukseen |
**Käytännön huomioita{0}}hitsauksen jälkeisessä lämpökäsittelyssä**
Ruostumattomasta teräksestä valmistettujen lämmityspatterien jännityksenpoisto vaatii huolellista uunin hallintaa. 550 asteen käsittely tulee suorittaa ilmauunissa kierukan ollessa tuettu painumisen estämiseksi. Lämmitysnopeus tulee rajoittaa 100 asteeseen/tunti lämpögradientin minimoimiseksi. 2-tunnin pitoa 550 asteessa seuraa ilmajäähdytys (ei sammutus). Keloissa, joissa on useita hitsejä, koko kokoonpano on vapautettava jännityksestä, kun kaikki hitsaus on suoritettu. Lämpökäsittely lisää noin 10–15 % valmistuskustannuksia, mutta pidentää käyttöikää alle 500 tunnista yli 8 000 tuntiin, mikä on painava taloudellinen peruste jatkuvalle potaskan toiminnalle.
**Johtopäätös**
316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun upotuselementin osalta 25 % magnesiumkloridi, 5 % kalsiumkloridi potaskasuolaliuoksessa 85 asteessa putken HAZ-jäännösjännitystaso korreloi suoraan kloridin -indusoidun SCC-taajuuden kanssa. Hitsatut putket, joiden jäännösjännitys on 180–240 MPa, halkeavat 300–500 tunnissa. Jännityksenpoisto 550 asteessa 2 tunnin ajan vähentää jäännösjännitystä 30–60 MPa:iin, alle 100–120 MPa:n SCC-kynnyksen, ja tarjoaa halkeamittoman palvelun yli 8000 tunnin ajan – käyttöiän pidentyminen yli 16-kertaiseksi. Insinöörien, jotka määrittävät 316 lämmitintä potaskan käsittelyyn, tulisi vaatia jälki-hitsauksen jännityksenpoistoa 550 asteessa 2 tunnin ajan pakollisena määrityksenä kaikille suolavedelle altistuville hitsausliitoksille. Tämä lämpökäsittelyspesifikaatio eliminoi hallitsevan vikatilan potaskan suolavesikuumenninsovelluksissa.
