Eräkemiallisessa reaktiotuotannossa, ajoittaisissa galvanointiprosesseissa ja epäjatkuvassa jäteveden lämmityslaitteistossa 316 ruostumattomasta teräksestä valmistettua lämmitysputkea käyvät läpi toistuvasti nopean lämpötilan nousun ja äkilliset jäähdytysjaksot päivittäisen käytön aikana. Ajoittain vaihtuva lämpöjännitys vaikuttaa jatkuvasti putken seinämään, hitsausliitoksiin, kylmiin-taivutettuihin osiin ja kiinteisiin kohtiin, mikä johtaa vähitellen mikroväsymishalkeamien muodostumiseen ja laajenemiseen materiaalin pinnalla. Sillä välin syövyttävät aineet, kuten kloridi-ionit, tunkeutuvat mikrohalkeamiin yhdistäen lämpösyklisen vetojännityksen sähkökemialliseen korroosioon aiheuttaen lämpöväsymiskorroosiohalkeilua. Tässä vikatilassa on voimakas piilotus, ja halkeamat laajenevat yleensä raerajoja pitkin, joita ei ole helppo löytää tavanomaisella silmämääräisellä tarkastuksella. Kun halkeama tunkeutuu putken seinämään, tapahtuu keskimääräistä vuotoa ja tuotannon pysäytysonnettomuuksia. Monet yritykset tavoittelevat tuotantotehokkuutta ottamalla käyttöön erittäin-nopeat lämmitys- ja pakkojäähdytystilat, jättäen huomioimatta rajujen lämpötilanvaihteluiden aiheuttamat lämpörasituksen aiheuttamat vahingot, mikä tekee lämpöväsymiskorroosiosta yhden tärkeimmistä ajoittain käytettävien lämmitysputkien ennenaikaisen rikkoutumisen aiheuttajista. Siksi lämmitys- ja jäähdytysnopeuden, lämpötilan amplitudin ja käyttövälin standardoitu optimointi on olennaista lämmitysputkien lämpöväsymiskorroosion hillitsemiseksi.
Lämpöväsymiskorroosiota ohjaa yhdessä vuorotteleva lämpöjännitys ja keskikorroosio. Nopean lämpötilan nousun aikana putken seinämä tuottaa puristavaa lämpöjännitystä lämpölaajenemisrajoituksen vuoksi; pakkojäähdytysvaiheessa jyrkkä lämpötilan lasku aiheuttaa materiaalin supistumisen ja suuren vetojännityksen. Puristus- ja vetojännityksen toistuva vuorottelu laukaisee ensin mikroplastisen muodonmuutoksen jännityskeskittymiskohdissa, kuten hitsauksissa ja taivutetuissa osissa, minkä jälkeen muodostuu pintaan pieniä väsymishalkeamia. Elektrolyytissä olevat kloridi-ionit tunkeutuvat jatkuvasti halkeaman kärkeen tuhoten halkeaman sisällä olevan passiivisen kalvon ja muodostaen tukkeutuneen syövyttävän mikroympäristön. Vetojännitys halkeaman kärjessä nopeuttaa halkeaman etenemistä, ja mekaanisen jännityksen ja sähkökemiallisen korroosion kytkentävaikutus johtaa lopulta tunkeutuvaan hauraaseen halkeamiseen. Mitä suurempi lämpötilan muutosalue ja mitä nopeampi lämmitys{5}}jäähdytysnopeus, sitä suurempi lämpöjännityksen amplitudi, sitä lyhyempi väsymishalkeamien itämisaika. Lisäksi jäännöshitsaus ja muovausvetolujuus lisäävät syklistä lämpöjännitystä, mikä vähentää entisestään ruostumattoman teräksen alustojen lämpöväsymiskestävyyttä.
Tässä tutkimuksessa esitetään neljä keskeistä optimointistrategiaa lämpökiertoparametreille, jotta vältetään 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken lämpöväsymiskorroosio.
Laadi ensin turvalliset lämmitys- ja jäähdytysnopeudet rajoittaaksesi lämpöjännityksen amplitudia. Lämmitysputkien lämmitysnopeus on säädettävä alle 2 astetta /min, ja pakotettu vesisammuttava nopea jäähdytys on ehdottomasti kielletty; suurin jäähdytysnopeus ei saa ylittää 1,5 astetta/min. Jos laitteissa on säädettävä nopeasti prosessilämpötilaa, käytä vaiheittaista gradienttilämmitystä ja segmentoitua hidasta jäähdytystä välttääksesi kertaluonteiset jyrkät lämpötilanvaihtelut. Asteittainen lämpötilan muutos voi tehokkaasti vähentää hetkellistä lämpöjännityksen eroa lämmitysputken sisä- ja ulkoseinien välillä, estää paikallista plastista muodonmuutosta ja estää pinnan väsymisen mikrohalkeamien syntymisen. Kalibroi lämpötilansäätöanturit säännöllisesti välttääksesi epänormaalin ylikuumenemisen tai erittäin-alhaisen lämpötilan poikkeaman, joka johtuu instrumentin viasta.
Toiseksi, aseta kohtuullisesti käyttölämpötilan yläraja ja lämpötilaeron turvamarginaali. 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken pitkäkestoinen vakaa käyttölämpötila on säädettävä alle 300 asteen, jolloin lämpötilan turvamarginaali on vähintään 50 astetta, jotta vältetään toistuva käyttö lähellä materiaalin korkean lämpötilan kestävyysrajaa. Rajoita käynnistyksen ja sammutuksen välinen enimmäislämpötilaero 150 asteeseen; liian suuri lämpötilaväli aiheuttaa voimakasta vuorottelevaa lämpörasitusta ja nopeuttaa suuresti väsymishalkeamien kasvua. Vältä toistuvaa yli-lämpötilaa, koska lyhytaikainen{10}}korkea lämpötila vahingoittaa passiivista pintakalvoa, mutta myös pahentaa hitsattujen lämpö{11}}alueiden herkistymistaipumusta, mikä lisää rakeiden välisen lämpöväsymiskorroosion riskiä.
Kolmanneksi optimoi ajoittainen toimintajakso ja aseta riittävä lämmönsäilytys ja staattinen jäähdytysväli. Erä-epäjatkuvilla tuotantolinjoilla, järjestä lämmön säilytysvaihe jokaisen lämpötilan nousun jälkeen tasapainottaaksesi lämpötilakenttää lämmitysputken sisällä ja vapauttaaksesi ohimenevän lämpörasituksen; kun tuotanto on valmis, säilytä luonnollinen staattinen jäähdytys yli 60 minuuttia ennen korkean lämpötilan -väliaineen tyhjentämistä. Vähennä toistuvia lyhytaikaisia-käynnistys- ja sammutustoimintoja, koska korkeataajuiset{5}}lämpöjaksot keräävät väsymisvaurioita nopeasti. Lämmitysputkille, joita käytetään usein vaihdettavissa työoloissa, suorita alhaisen-lämpötilan jännityksenpoistohehkutus ennen käyttöönottoa, jotta vältetään taivutuksen ja hitsauksen aiheuttama jäännösvetolujuus, mikä vähentää luontaisen jäännösjännityksen ja syklisen lämpöjännityksen päällekkäisyyttä.
Neljänneksi tehosta säännöllistä -tuhoamatonta lämpöväsymisherkkien paikkojen tarkastusta. Keskity hitsisaumojen, taipuneiden siirtymäosien ja kiinteiden kiinnitysasemien pyörrevirta- ja ultraäänitarkastukseen puolen vuoden välein havaitaksesi varhaiset mikroväsymishalkeamat. Kun pieniä pintahalkeamia löytyy, järjestä välittömästi paikallinen kiillotus- ja passivointikorjaus ja pidennä asianmukaisesti laitteen lämpötilan nousua ja jäähtymisaikaa vähentääksesi myöhempää lämpökuormitusta. Lyhennä lämmitysputkien, joissa on pitkäaikainen-jaksottainen käyttöhuolto, tarkastusjakso neljännesvuosittain ja yhdistä jäljellä olevan käyttöiän arviointi arvioidaksesi, kannattaako tehdä ennaltaehkäisevä vaihto.
Kentän pitkän ajan{0}}seurantatiedot osoittavat, että lämmitysputkissa, joissa käytetään gradienttilämpötilan säätöä ja kohtuullisia ajoittaisia käyttöjaksoja, ei ole lämpöväsymishalkeiluvikaa pitkän-jatkuvan tuotannon jälkeen. Sitä vastoin lämmitysputket, joissa käytetään usein nopeaa kuumennusta ja pakkojäähdytystä, kärsivät tunkeutuvista väsymiskorroosiohalkeamista 5–9 vuodessa. Yhteenvetona voidaan todeta, että lämmitys- ja jäähdytysnopeuden rajoittaminen, lämpötilan vaihtelualueen hallinta, ajoittaisten käyttövälien optimointi ja väsymisherkän asennontarkistuksen vahvistaminen voivat tehokkaasti estää lämpöväsymishalkeamien alkamisen ja laajenemisen. Standardoidulla lämpösyklin hallinnalla vältetään vuorottelevien lämpöjännitysten ja syövyttävien väliaineiden kytkentävauriot, mikä parantaa merkittävästi 316 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmitysputken pitkäaikaista käyttöturvallisuutta-erien ajoittaisessa teollisuustuotannossa.
