Com controla la fracció de volum de les inclusions de sulfur de manganès (MnS) del tipus Stringer-a la canonada de la funda de l'escalfador de 316L la proporció de profunditat de la fossa-a-ample en aigua de mar clorada a 35 graus

L'efecte de la forma d'inclusió sobre la forma del pou i la taxa de creixement

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes immersed in chlorinated seawater (residual chlorine 1-2 ppm, chloride 20,000 ppm) at 35°C-typical for marine cooling systems, coastal power plant intake heaters, or offshore platform service-the morphology of manganese sulphide (MnS) inclusions is the key factor controlling pit initiation, as well as the resulting pit geometry and propagation rate. Stringer-type MnS inclusions (elongated, aspect ratios >5:1, longitud 20-100 µm, produïda per solidificació unidireccional i estirat en fred pesat) donen lloc a fosses llargues i estretes amb proporcions de profunditat a amplada de 5:1 a 20:1, que penetren el gruix de la paret ràpidament (0,5-1,5 mm/any). Inclusions globulars de MnS (relació d'aspecte<2:1, size 2-10 μm) create equiaxed pits with depth:width ratios of 1:1 to 2:1, which propagate significantly more slowly (0.1-0.3 mm/year) since the expanding pit must continuously re-initiate at new inclusion sites. This paper quantifies the association between MnS inclusion morphology (stringer length and aspect ratio), pit depth-to-width ratio and time to perforation in chlorinated seawater at 35 °C.

Morfologia d'inclusió i control del mecanisme de geometria de fossa

Quan s'inicia una fossa en una inclusió de MnS en 316L en aigua de mar clorada, la inclusió es dissol preferentment (electroquímicament o químicament) deixant un buit. El buit és aproximadament esfèric si la inclusió és globular. A mesura que el forat es propaga a la matriu d'austenita circumdant, el front de propagació es manté aproximadament hemisfèric. Si la inclusió és un cordó (allargat al llarg de l'eix del tub), el buit original és un canal llarg i estret. En aquest canal es manté la química localitzada (clorur alt, pH baix) i la fossa es propaga ràpidament en la direcció del cordó, molt abans que es produeixi una dissolució lateral considerable. La fossa de "forat de cuc" resultant pot tenir una gran relació entre profunditat i amplada i pot penetrar el gruix de la paret en una fracció del temps necessari per a una fossa iniciada per inclusió globular.

Longitud de la corda, relació d'aspecte del fossat i temps de perforació: relació quantificada

Les proves d'exposició controlada de tubs de 316L que contenen morfologies d'inclusió de MnS de diferents morfologies (resultant de diferents pràctiques d'acer i reduccions d'estirament) en aigua de mar sintètica clorada (1,5 ppm Cl₂, 20.000 ppm Cl⁻, pH 8,0, 35 i 35 graus següents) velocitats de propagació.

Màx. MnS Longitud de l'estrella (µm) Relació d'aspecte d'inclusió mitjana (Longitud:Amplada) Relació de profunditat de la fossa-a-Amplada després de 1.000 h Taxa de propagació de la fossa (mm/any) Temps fins a la perforació (paret d'1,5 mm, hores) Recomanat per a un servei d'aigua de mar a 35 graus<5 <2:1 (globular) 1:1 to 1.5:1 0.10-0.20 7,500-15,000 Yes 5-10 2:1 to 3:1 1.5:1 to 2:1 0.15-0.30 5,000-10,000 Acceptable 10-20 3:1 to 5:1 2:1 to 4:1 0.25-0.50 3,000-6,000 Marginal 20-30 5:1 to 8:1 4:1 to 6:1 0.40-0.80 1,900-3,800 Not recommended 30-50 8:1 to 12:1 6:1 to 10:1 0.60-1.20 1,250-2,500 Unacceptable 50-80 12:1 to 20:1 10:1 to 15:1 0.90-1.80 800-1,700 Unacceptable >80 >20:1 >15:1 >1.50 <1,000 Unacceptable
MnS Morfologia Influència de la pràctica siderúrgica

La forma de les inclusions de MnS es veu afectada principalment pel procediment de fabricació d'acer i el posterior treball en fred.

Contingut de sofre (% en pes) Pràctiques de fabricació d'acer Típica MnS Longitud de la corda (µm) Contingut d'oxigen (ppm) Control de forma d'inclusió Recomanat per a aigua de mar clorada
EAF (forn d'arc elèctric) 0.010-0.025 30-80 50-150 Stringer, no controlat Núm
EAF + AOD (descarburació d'argó-oxigen) 0.005-0.015 10-40 30-80 Mixta (globular + corda) Marginal
Ca-Si (AOD amb tractament amb calci) 0.003-0.008 5-15 15-30 Globularitzat Acceptable
AOD + Ca + baix S 0.001-0.005 2-8 10-20 Globular, fi Sí VAR (arc de buit refós) 0.003 5 10 Globular molt fi Millor ESR (electroslag refont) 0.005 8 15 Globular fi Excel·lent Recomanacions pràctiques per a escalfadors d'aigua de mar amb clor

Es proposen els següents paràmetres morfològics d'inclusió per als escalfadors 316L enfundats en servei d'aigua de mar clorada (1-2 ppm Cl 2 , 35 graus).

$ast$ Vida útil desitjada (anys) Longitud màxima de la banda de MnS ($mu$m) Contingut màxim de sofre (% en pes) Mètode de verificació de la pràctica de fabricació d'acer requerit 3 No aplicable (aliatge no apte) Qualsevol Actualització a dúplex 2205 3-5 15 0.008 AOD + tractament amb calci ASTM E45, tipus A, gravetat ASTM + A4 + A, severitat baixa, tipus S ATM + A45} 1.0 8-12 8 0.003 VAR o ESR ASTM E45, tipus A, gravetat 12<5 <0.002 VAR (premium) + electropolish SEM/EDS inclusion count (<1/mm2 >5 μm)
Confirmació de la morfologia de MnS

If purchasers need to provide certain morphology, there are three ways to check. First, ASTM E45 (Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel), Method A (worst field) for Type A (sulphide) inclusions: severity 1.5 for moderate service, 1.0 for aggressive service, 0.5 for severe service. The second is scanning electron microscopy (SEM) with image analysis. Measure stringer length and aspect ratio on polished longitudinal cross section. The third test is a simple immersion test. It consists of exposure to chlorinated seawater for 500 hours. Pits with a depth/width ratio >5:1 significa que l'inici està controlat per stringers.

Llarga vida en aigua de mar clorada; Conclusió: Determinació de les inclusions globulars

Manganese sulphide inclusion morphology determines pit shape and propagation rate for 316L stainless steel heater sheaths in chlorinated saltwater at 35 °C Stringer type inclusions (length >15-30 microns, aspect ratio >5:1) cause high aspect ratio pits (depth:width >6:1) que penetren a la paret a 0,6-1,2 mm/any, provocant perforació en 1-3 anys. Les fosses equiaxiades creixen a 0,1-0,3 mm/any i donen una vida de 5-15 anys. Aquestes fosses es produeixen per inclusions globulars (longitud<5-10 µm, aspect ratio <3:1). Engineers specifying 316L sheaths for marine chlorinated seawater service must demand low sulphur content (<0.005-0.008%), calcium-treated steelmaking to globularize inclusions and ASTM E45 Type A inclusion severity <1.0. VAR or ESR remelting, with sulphur <0.003% for best dependability Stringer free, fine spherical inclusions. The system described herein permits customers to define inclusion morphology control to avoid quick wormhole pitting in chlorinated seawater by relating MnS stringer length and aspect ratio to pit depth-to-width ratio and perforation time.