1.2mm 316 스테인리스강 외장에 전기 침지 히터의 입계 부식을 방지하기 위해 사후-용접 어닐링이 필요한 황산 농도와 온도의 특정 조합은 무엇입니까?

316 스테인리스 스틸 보호관에 장착 플랜지 및 부속품 부착 용접은 황산 서비스에 사용되는 전기 침수식 히터를 담당하는 제조 엔지니어 및 품질 보증 담당자가 수행해야 합니다. 용접은 예민화를 일으킬 수 있는 열을 생성하며, 감작된 열-영향부. 316의 결정립계에 크롬 탄화물이 형성되면 내부식성이 상실되고 결정립계를 우선적으로 공격하는 입계 부식이 일어나 빠른 재료 손실과 히터 고장 가능성이 발생합니다. 피복의 벽 두께는 용접 후 냉각 속도와 용접 후 어닐링의 필요성을 제어합니다. 이 작업에서 우리는 1.2mm 316 피복에서 입계 부식 공격을 피하기 위해 용접 후 어닐링이 필요한 황산 농도의 임계값을 결정했습니다.

316의 입계 부식의 민감성과 메커니즘
316 스테인리스강을 민감화 범위인 450°C ~ 850°C 사이의 온도로 가열하면 크롬 탄화물이 결정립 경계에 침전됩니다. 이러한 이슬점 침전은 결정립 경계 옆 영역에서 크롬을 침출시켜 부동태 피막을 형성하는 데 필요한 12% 크롬 미만으로 고갈되게 합니다. 부식성 환경에서는 이러한 크롬 고갈 영역이 우선적으로 부식되어 결정립계 공격을 일으키고 궁극적으로 재료가 제거됩니다. 1.2mm 두께의 얇은-벽 피복은 열 질량이 낮고 용접 후 열이 빠르게 소멸될 수 있습니다. 이로 인해 냉각 속도가 빨라집니다. 얇은 벽은 용접 온도에서 450°C 미만으로 빠르게 냉각되며 민감화 영역에서 거의 시간을 보내지 않습니다. 3mm보다 큰-벽으로 둘러싸인 보호관은 냉각 속도가 느리므로 감작 위험이 증가합니다. 그러나 1.2mm 벽의 경우 냉각 속도는 일반적으로 기존 가스 텅스텐 아크 용접 환경에서 민감화를 방지할 수 있을 만큼 충분히 빠릅니다. 중요한 것은 벽 두께뿐만 아니라 316 소재의 탄소 함량입니다. 저탄소 316L(최대 0.03% C)은 특히 벽 두께와 관계없이 감작에 대한 저항력이 뛰어납니다. 표준 316(최대 0.08% 탄소)은 너무 천천히 냉각하면 민감해질 수 있습니다.

감작 검출을 위한 황산의 임계 농도
민감화된 316의 입계 부식은 특정 농도의 황산에서 특히 심각합니다. Strauss 테스트(ASTM A262 Practice E)는 끓는 16% 황산과 황산구리를 결합하여 민감성을 테스트합니다. 입계 공격은 50°C 이상의 온도에서 10~40% 황산의 사용 중에 발생할 가능성이 가장 높습니다. 10% 미만에서는 산이 결정립계를 목표로 삼을 만큼 강하지 않습니다. 약 40%에서 산은 산화되어 표면을 재부동태화하여 감작을 가립니다. 황산 내 1.2mm 316 외장의 입계 부식 위험에 대한 임계 농도는 60~80°C의 온도에서 약 15~25%입니다. 15% 미만의 민감화된 외장은 뚜렷한 공격 없이 수년간 생존할 수 있습니다. 25% 이상의 농도에서 산은 입자간 공격을 막을 만큼 충분히 산화될 수 있지만 구멍이 생기면 문제가 됩니다. 임계 15~25% 범위 내에서 민감화된 외장은 결정립 경계를 따라 매년 0.5~2.0mm의 재료를 손실하여 몇 달 내에 1.2mm 벽을 관통할 수 있습니다. 따라서 황산 농도가 15%~25%이고 온도가 50°C 이상인 응용 분야의 경우 316L을 사용하지 않는 한 용접 후 어닐링을 적극 권장합니다.

용접된 316 외장에 대한 어닐링 요구 사항 매트릭스
아래 표에는 다양한 황산 농도, 작동 온도 및 사용된 특정 316 등급에 따른 1.2mm 316 피복의 용접 ​​후 어닐링에 대한 권장 사항이 나열되어 있습니다. 어닐링은 용접된 어셈블리를 15분 동안 1050°C로 가열한 후 급속 냉각(물 담금질 또는 강제 가스)하는 것입니다.

황산 농도 작동 온도 등급 316 -용접 후 어닐링이 필요합니까? 대체 권장사항
10% 미만모든 온도 316 또는 316L 아니요 표준 용접 가능
60°C 미만 10 – 15% 316L 선호하지 않음 316L
10 – 15% 60°C 미만 316 아니요, 그러나 316L 권장 어닐링 없이 허용 가능
10 – 15% 60 – 90°C 316L 아니요 공격 모니터링 10 – 15% 60 – 90°C 316 예 어닐링 또는 316L 사용 15 – 25% 50°C 미만 316L 아니요 316L 허용 15 – 25% 50°C 미만 316 예 어닐링 필요 15 – 25% 50 – 80°C 316 또는 316L 예 등급 15 – 25%에 대해 어닐링 필수 80°C 초과 모두 316 예, 합금 업그레이드 고려 높은 공격 위험; 합금 20 25 사용 – 40% 모든 온도 모든 316 해당 없음 민감화는 주요 실패 모드가 아닙니다. 피팅이 지배적이다
40% 이상모든 온도 상관없음 316 해당 없음 산화성 산; 입자 간 공격 가능성 없음
표준 316을 사용하는 경우 50°C 이상의 온도에서 15~25%의 임계 농도 범위에서 1.2mm 316 보호관에 대해 용접 후 어닐링이 필요합니다. 316L의 경우 어닐링은 추가적인 안전 마진입니다. 입계 부식은 3~12개월 내에 얇은 벽에 침투하여 용접된 플랜지 부착 영역의 어닐링 없이 플랜지 분리 또는 외장 누출로 이어질 수 있습니다.

벽이 얇은 튜브에 대한 어닐링에 대한 실제 고려사항-
실제로 문제는 1.2mm 316 피복의 용접 ​​후 어닐링에서 발생합니다.- 어셈블리가 잘 차폐되지 않으면 1,050°C의 높은 온도로 인해 내부 저항선이 산화될 수 있습니다. 산화를 방지하려면 아르곤이나 해리된 암모니아를 사용하여 통제된 환경의 용광로에서 어닐링을 수행해야 합니다. 대안적으로, 전체 히터를 가열하지 않고 유도 가열에 의해 용접 영역을 국부적으로 어닐링할 수 있습니다. 히터 스웨이지의 MgO 절연체는 강철과 다르게 팽창하고 외장을 깨뜨릴 수 있으므로 이전에 MgO 절연체로 스웨이징한 히터의 전체 퍼니스 어닐링은 불가능합니다. 어닐링은 용접 후 스웨이징 전에 수행하거나 용접 부위에만 국한하여 수행해야 합니다. 엔지니어는 15~25% 황산 사용을 위한 316 피복의 모든 용접 후에 열 영향부의 국부적 유도 어닐링이 뒤따르도록 지정해야 합니다-. 어닐링 영역은 용접 양쪽에서 최소 10mm가 되어야 합니다. 적절한 어닐링은 페라이트 측정기를 사용하거나 ASTM A262 Practice E 테스트를 위해 샘플 용접을 제출하여 확인할 수 있습니다. 용접 후 어닐링을 수행할 수 없거나 검증 테스트를 제공할 수 없는 공급업체는 임계 농도 범위의 황산 서비스에 고용되어서는 안 됩니다. 일반적으로 예상치 못한 경고 없이 발생하는 입계 부식 실패의 비용은 우수한 어닐링 공정의 비용보다 훨씬 더 큽니다. 새로운 설치의 경우 표준 316 대신 316L을 선택하면 가장 극한 조건을 제외한 모든 조건에서 1.2mm 벽에 대한 감작 가능성이 제거되며 10% 농도 이상의 황산 서비스에 강력히 권장됩니다.