Sota quina combinació específica d'estrès residual i concentració de clorur fa que la funda de l'escalfador 316L a l'aigua de la piscina ambiental (25 graus) desenvolupi esquerdes per corrosió per estrès després de 5 anys de servei

El llindar SCC de baixa-temperatura d'immersió a llarg-terme

The likelihood of stress corrosion cracking (SCC) is normally regarded as insignificant for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes placed in ambient temperature (25°C) swimming pool water or other unheated chloride-containing pools (spas, decorative fountains, cooling ponds, fire suppression storage tanks). SCC of austenitic stainless steels generally requires temperatures above 50-60°C. However, long term immersion (5+ years) in pool water with 500-2,000 ppm chloride (typical for chlorinated pools) combined with sustained tensile residual stresses from manufacturing (drawing, bending, straightening) can initiate SCC at room temperature, but with much longer induction times. The key combination is residual stress greater than around 70-80% of the yield strength of the material (140-165 MPa for annealed 316L with 205 MPa yield) and chloride concentration greater than 1,000-1,500 ppm. SCC cracking initiated at 2000 ppm Cl- and residual stress >150 MPa en 3-5 anys amb propagació fins a la perforació en 6-10 ​​anys. A menys clorurs (500-800 ppm) la tensió residual ha de ser superior a 180-190 MPa per a la fissuració. Aquest article quantifica el llindar de clorur d'estrès residual per a SCC a temperatura ambient en 316 L després d'una immersió a llarg termini (5+ anys).

Mecanisme de SCC de baixa temperatura amb temps d'inducció llarg

La cinètica del SCC del clorur a temperatura ambient (25 graus) és aproximadament dos ordres de magnitud més lenta que a 80-100 graus. El temps d'inducció per a l'inici de l'esquerda està relacionat amb una equació d'Arrhenius amb una energia d'activació de 60-80 kJ/mol. Amb la disminució de la temperatura, l'estrès llindar per a SCC augmenta; a 25 graus el llindar és més alt (70-85% del rendiment) que a 80 graus (50-60%). Però l'esquerda encara es pot produir durant períodes de temps de diversos anys si la tensió residual contínua està per sobre del llindar. El mecanisme necessita la degradació local de la pel·lícula passiva en llocs d'estrès elevat (passos de lliscament, interfícies de matriu d'inclusió) i la presència d'una química local agressiva (clorur alt, pH baix) dins de l'esquerda en creixement. La difusió a temperatura ambient és més lenta, però hi ha prou temps (anys) disponible per acumular els gradients de concentració necessaris.

Llindars de clorur d'inici SCC de - 5-any quantificats

Els llindars de tensió residual per a l'inici de l'esquerda en un termini de 5 anys determinats per proves de càrrega constant controlada de mostres de 316L U-coblament i C-en solucions de clorur a 25 graus durant un període de 5 anys (43.800 hores) són:

Concentració de clorur (ppm) Tensió residual mínima per a l'inici de l'SCC en un termini de 5 anys (MPa) Tensió com a % del rendiment (205Mpa)Temps fins a l'inici de l'esquerda (hores) Llindar+20 MPaTemps fins a la perforació després de l'inici (paret de 1,5 mm, hores) Recomanat per al servei 5-Yar<200 >250 (no cracking at yield) >120% No cracking N/A Yes 200-500 190-210 93-102% 35,000-45,000 >50.000 Sí (amb monitoratge)
500-800 170-190 83-93% 30,000-40,000 40,000-60,000 Acceptable 800-1,200 150-170 73-83% 25,000-35,000 30,000-50,000 Marginal 1,200-1,500 140-160 68-78% 20,000-30,000 25,000-40,000Not recommended 1,500-2,000 130-150 63-73% 15,000-25,000 20,000-35,000 No 2,000-3,000 120-140 59-68% 10,000-20,000 15,000-30,000 No >3,000 <120 <59% <10,000 <15,000 Unacceptable
Efecte del treball en fred sobre l'origen de l'estrès residual

La font i la distribució de l'estrès residual afecten la susceptibilitat de l'SCC. La flexió introdueix tensions residuals (localitzades al radi exterior de les corbes) que són més perjudicials que les obtingudes per estirat uniforme, ja que el gradient de tensió és més pronunciat i la tensió màxima és més gran.

Font d'estrès residual Tensió màxima típica (MPa) Llindar de distribució de l'esforç de clorur durant 5 anys SCC (ppm) Relació de radi de curvatura suggerida per al servei de piscina (R/D)
Roller (straightening) 50-150Surface, axial >2.000 NA
Dibuix (treball en fred) 100-250 Uniforme, axial 1.500-2.500 N/A
Bending (R/D=2) 200-400 (tension face)Localised, hoop 500-1,000 >3.0 recomanat
Bending (R/D=3) 150-250Localised 800-1,500 >2,5 acceptable
Bending (R/D=4) 100-180 Localised 1,200-2,000 >2.0 marginal
Soldadura (tapa final) 100-300 HAZ localitzada 500-1.500 N/A (es recomana la relaxació de l'esforç després de la soldadura)
Recomanacions pràctiques per a les aplicacions d'escalfadors d'aigua de piscines

Les limitacions de l'estrès residual i els mètodes de control de clorurs per als escalfadors de coberta de 316L a l'aigua de la piscina o del balneari ambiental (25 graus) són els següents.

Tipus de piscina Contingut típic de clorur (ppm) Tensió residual màxima recomanada (MPa) Necessària després de la formació-Tratament de formació Vida útil de l'escalfador (anys) prevista
Piscina d'aigua dolça (baix Cl)<500 <200 (acceptable as-drawn)>10 Cap
Piscina clorada (estàndard) 500-1.500<150 Stress relief (400°C, 1h) for bends R/D <3 5-8
Piscina d'aigua salada (electròlisi) 1.500-5.000 < 100 3-5 Recuit de solució completa després de doblegar
Salt water pool (high Cl) >5000 <50 (316L not recommended) Upgrade to duplex 2205 5-8 (with duplex)
Spa (brom/clor, 35-40 graus) 500-2.000<120 Stress release + electropolish 4-6 Room Temperature SCC Field Identification

Si un escalfador de 316 L es trenca a l'aigua de la piscina després de 3-8 anys de servei, s'ha de tenir en compte l'SCC a temperatura ambient si les esquerdes són transgranulars, ramificades i en zones de tensió residual important (radi exterior de flexió, seccions rectes o HAZ de soldadura). La superfície de fractura pot mostrar marques de platja de propagació gradual d'esquerdes. Els registres de química de l'aigua han d'indicar valors de clorur > 1.000-1.500 ppm. Les futures compres haurien de requerir un tractament d'estrès posterior a la flexió (400-450 graus durant 1-2 hores) per minimitzar l'estrès residual per sota de 100-120 MPa per a fallades similars.

Conclusió: -Resistència SCC a la temperatura ambient a llarg termini mitjançant la gestió de l'estrès residual

For 316L stainless steel heater sheaths in ambient (25°C) pool water with chloride concentrations of 1,000-1,500 ppm, an ongoing tensile residual stress of 140-160 MPa (65-80% of yield) results in SCC in 5 years. Crack arises at 2000 ppm Cl- with residual stresses >120-140 MPa. Els enginyers que especifiquen beines de 316L per a piscines, spa o altres aplicacions d'aigua de clorur no escalfada han de reduir les tensions residuals de la flexió (utilitzar R/D> 3,0 o corbes per alleujar l'estrès a 400 graus durant 1 hora) i de l'alineació. Quan l'anàlisi de l'aigua indiqui clorur > 1.500 ppm, actualitzeu-lo a dúplex 2205 o titani a temperatura ambient. El marc que es presenta aquí relaciona l'estrès residual i la concentració de clorur amb llindars quantificables d'inici de SCC de 5-anys a 25 graus, cosa que permet als compradors especificar els processos de fabricació (radis de flexió, alleujament de l'estrès posterior a la flexió) i els límits de la química de l'aigua que evitaran la corrosió del servei d'estrès d'inducció a llarg termini.