Bei welchem spezifischen Schwellenwert der Schwefelsäurekonzentration muss eine 1,2-Millimeter-Ummantelung aus 316-Edelstahl nach dem Schweißen geglüht werden, um interkristalline Korrosion in elektrischen Tauchsiedern zu verhindern?
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Das Schweißen der Befestigung von Montageflanschen und Fittings an der Ummantelung aus Edelstahl 316 muss für Fertigungsingenieure und Qualitätssicherungspersonal durchgeführt werden, die für elektrische Tauchsieder zur Verwendung im Schwefelsäurebetrieb zuständig sind. Beim Schweißen entsteht Wärme, die eine Sensibilisierung, die Bildung von Chromkarbiden an den Korngrenzen in der wärmebeeinflussten Zone. 316 hervorrufen kann. Die sensibilisierte Zone verliert ihre Korrosionsbeständigkeit und wird anfällig für interkristalline Korrosion, die bevorzugt die Korngrenzen angreift, was zu schnellem Materialverlust und einem möglichen Ausfall der Heizung führt. Die Wandstärke des Mantels bestimmt die Geschwindigkeit der Abkühlung nach dem Schweißen und die Notwendigkeit eines Glühens nach dem Schweißen. In dieser Arbeit haben wir den Schwellenwert der Schwefelsäurekonzentration bestimmt, der ein Glühen nach dem Schweißen erfordert, um einen interkristallinen Korrosionsangriff in einem 1,2 mm dicken Mantel aus 316 zu vermeiden.
Sensibilisierung und intergranularer Korrosionsmechanismus in 316
Wenn Edelstahl 316 im Temperaturbereich von 450 bis 850 Grad (Sensibilisierungsbereich) erhitzt wird, neigen Chromkarbide zur Ausfällung an den Korngrenzen. Diese Ausfällung führt dazu, dass die Bereiche in der Nähe der Korngrenzen an Chrom verarmt sind und somit die für die passive Filmproduktion erforderlichen 12 % Chrom fehlen. In einer korrosiven Umgebung werden diese Chromverarmungszonen bevorzugt korrodiert, was zu einem Angriff an den Korngrenzen und letztendlich zum Materialabtrag führt. Bei einem dünnwandigen Mantel mit einer Dicke von 1,2 mm ist die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Schweißen schnell, da die thermische Masse minimal ist und die Wärme daher schnell abgeführt wird. Eine dünne Wand kühlt innerhalb von Sekunden von der Schweißtemperatur auf unter 450 Grad ab und verbringt nur kurze Zeit im Sensibilisierungsbereich. Bei dickwandigen Hüllen (mehr als 3 mm) ist die Abkühlgeschwindigkeit langsamer, was die Gefahr einer Sensibilisierung erhöht. Bei einer 1,2-mm-Wand ist die Abkühlgeschwindigkeit jedoch im Allgemeinen schnell genug, um eine Sensibilisierung beim herkömmlichen Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißen zu vermeiden. Entscheidend ist nicht nur die Wandstärke, sondern auch der Kohlenstoffgehalt des 316-Materials. 316L mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (max. 0,03 % C) ist unabhängig von der Wandstärke besonders resistent gegen Sensibilisierung. Standard 316 (max. 0,08 % Kohlenstoff) kann sensibilisiert werden, wenn es zu langsam abgekühlt wird.
Kritische Konzentration von Schwefelsäure zum Nachweis einer Sensibilisierung
The intergranular corrosion of sensitised 316 is especially severe at certain concentrations of sulphuric acid. The Strauss test (ASTM A262 Practice E) is a test for sensitisation using boiling 16% sulphuric acid with copper sulphate. The most susceptible concentration of sulphuric acid to intergranular assault in service is between 10 and 40% at temperatures over 50°C. Below 10 % the acid is not active enough to target grain boundaries preferentially. Above 40% acid it becomes oxidising and repassivates the surface obscuring sensitisation. 1.2 mm 316 sheath in sulphuric acid. For 60-80°C the concentration threshold for the risk of intergranular corrosion is around 15-25%. A sensitised sheath may live for years without obvious attack below 15 per cent. At >Bei einer Säure von 25 % kann die oxidierende Tendenz der Säure einen intergranularen Angriff verhindern, aber Lochfraß wird zur Sorge. Eine sensibilisierte Hülle im kritischen Bereich von 15-25 % kann entlang der Korngrenzen Material mit einer Rate von 0,5–2,0 mm/Jahr verlieren und innerhalb weniger Monate eine 1,2 mm dicke Wand durchdringen. Daher wird für Anwendungen mit Schwefelsäurekonzentrationen zwischen 15 % und 25 % bei Temperaturen über 50 Grad ein Glühen nach dem Schweißen dringend empfohlen, es sei denn, das Material ist 316L.
Glühanforderungsmatrix für geschweißte 316-Hüllen
Die folgende Tabelle enthält Empfehlungen für das Nachglühen von 1,2 mm dicken 316-Hüllen entsprechend der Schwefelsäurekonzentration, der Betriebstemperatur und der verwendeten spezifischen Sorte 316. Die Schweißbaugruppe wird 15 Minuten lang auf eine Temperatur von 1.050 Grad erhitzt und schnell abgekühlt (Wasserabschreckung oder Druckgas).
Schwefelsäurekonzentration, Betriebstemperatur, Güteklasse 316, Glühen nach dem Schweißen erforderlich? Alternative Empfehlung
Weniger als 10 % der Temperatur von 316 oder 316L. Standardschweißen nicht zulässig
10 – 15 % Unter 60 Grad 316L Nein Bevorzugt 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15 % 60 – 90 Grad 316L Nein Vorsicht vor Angriff
10 – 15 % 60 – 90 Grad 316 Ja Glühen oder 316L verwenden 15 – 25 % Unter 50 °C 316L Nein akzeptabel 316L 15 – 25 % Tabelle 11.2.2.1.2. Zusammensetzung und Anwendungen von Edelstahl 316 und 316L bei erhöhten Temperaturen. Beliebige Temperatur. Beliebig. 316 N/A. Sensibilisierung ist nicht die vorherrschende Fehlerursache; Lochfraß ist vorherrschend
Über 40 %Jede Temperatur Beliebig 316 Nicht anwendbar Oxidierende Säure; intergranularer Angriff unwahrscheinlich
Für den kritischen Konzentrationsbereich von 15-25 % bei Temperaturen über 50 Grad ist bei Verwendung von Standard-316 ein Glühen einer 1,2 mm dicken 316-Hülle nach dem Schweißen erforderlich. Aber das Glühen bietet auch bei 316L einen zusätzlichen Sicherheitsspielraum. Wenn kein Glühen durchgeführt wird, kann es im Bereich einer geschweißten Flanschbefestigung innerhalb von 3 bis 12 Monaten zu interkristalliner Korrosion kommen, die in die dünne Wand eindringt und zu einer Ablösung des Flansches oder einer Undichtigkeit der Ummantelung führt.
Praktische Überlegungen zum Glühen dünnwandiger Hüllen
Praktische Schwierigkeiten beim Nachglühen von 1,2-mm-Rohren aus 316 werden besprochen. Wenn die Baugruppe nicht ordnungsgemäß geschützt ist, kann die hohe Temperatur von 1050 Grad zur Oxidation des Innenwiderstandsdrahtes führen. Das Glühen sollte in einem Ofen mit kontrollierter Umgebungstemperatur unter Verwendung von Argon oder dissoziiertem Ammoniak durchgeführt werden, um Oxidation zu vermeiden. Alternativ kann die Schweißzone durch Induktionserwärmung lokal geglüht werden, ohne dass die gesamte Heizung erhitzt wird. Die MgO-Isolierung in den Heizkörpern dehnt sich anders aus als der Stahl und kann die Ummantelung zerbrechen. Daher ist ein vollständiges Ofenglühen von Heizkörpern, die zuvor mit einer MgO-Isolierung gestaucht wurden, nicht möglich. Daher muss das Glühen nach dem Schweißen, aber vor dem Stauchen erfolgen oder nur örtlich auf den Schweißbereich beschränkt werden. Ingenieure sollten vorschreiben, dass auf alle Schweißarbeiten an 316-Hüllen, die in 15 bis 25 Prozent Schwefelsäure eingesetzt werden, ein lokales Induktionsglühen der von der Hitze betroffenen Zone folgt. Die geglühte Zone muss sich auf beiden Seiten der Schweißnaht mindestens 10 mm erstrecken. Das ordnungsgemäße Glühen kann mit einem Ferritmessgerät oder durch Einsenden einer Schweißprobe zur ASTM A262 Practice E-Prüfung überprüft werden. Ein Lieferant, der kein Nachglühen oder Verifizierungstests durchführen kann, darf nicht für den Service von Schwefelsäure im kritischen Konzentrationsbereich eingesetzt werden. Die Kosten für einen interkristallinen Korrosionsfehler, der normalerweise unerwartet und ohne Vorwarnung auftritt, sind deutlich höher als die Kosten für gute Glühprozesse. Bei Neuinstallationen eliminiert die Wahl von 316L anstelle von Standard 316 das Risiko einer Sensibilisierung von 1,2-mm-Wänden unter allen außer den extremsten Bedingungen und wird dringend für alle Schwefelsäureanwendungen mit einer Konzentration von mehr als 10 % empfohlen.
