전기 침지식 히터의 입계 부식을 방지하기 위해 1.2mm 316 스테인리스강 보호관에 사후-용접 어닐링이 필요한 황산 농도의 특정 임계값은 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 감작화 및 입계 부식 메커니즘
316 스테인리스강을 450~850도(감광 범위)의 온도 범위에서 가열하면 크롬 탄화물이 결정립 경계에 석출되는 경향이 있습니다. 이러한 침전으로 인해 결정립 경계 근처 영역에 크롬이 고갈되어 패시브 필름 생산에 필요한 12% 크롬이 부족해집니다. 부식성 환경에서는 이러한 크롬 고갈 영역이 우선적으로 부식되어 결정립계 공격을 일으키고 궁극적으로 재료가 제거됩니다. 1.2mm 두께의 얇은 벽 피복의 경우 열 질량이 최소화되어 열이 빠르게 방출되므로 용접 후 냉각 속도가 빠릅니다. 얇은 벽은 용접 온도에서 몇 초 만에 450도 미만으로 냉각되며 민감화 범위에서 거의 시간을 보내지 않습니다. 벽이 두꺼운-피복(3mm 이상)의 경우 냉각 속도가 느려져 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
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 >25% 산, 산의 산화 경향은 입자간 공격을 방지할 수 있지만 피팅이 걱정됩니다. 임계 15-25% 범위의 민감한 피복은 입자 경계를 따라 연간 0.5-2.0mm의 속도로 재료를 손실하여 몇 달 만에 1.2mm 벽을 관통할 수 있습니다. 따라서 50도 이상의 온도에서 15% ~ 25% 사이의 황산 농도를 사용하는 응용 분야의 경우 재료가 316L이 아닌 한 용접 후 어닐링을 강력히 권장합니다.

용접된 316 외장에 대한 어닐링 요구 사항 매트릭스
아래 표는 황산 농도, 작동 온도 및 사용된 316의 특정 등급에 따라 1.2mm 316 보호관의 용접 후 어닐링에 대한 권장 사항을 제공합니다. 용접 조립체는 15분 동안 1,050도의 온도로 가열되고 급속 냉각됩니다(물 담금질 또는 강제 가스).

황산 농도 작동 온도 316 등급 용접 후 어닐링이 필요합니까? 대체 권장사항
316 또는 316L 온도의 10% 미만 표준 용접이 허용되지 않음
10 – 15% 60도 미만 316L 선호하지 않음 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15% 60 – 90도 316L 공격에 주의하지 않음
10 – 15% 60 – 90도 316 예 어닐링 또는 316L 사용 15 – 25%50oC 미만 316L 허용되지 않음 316L 15 – 25%표 11.2.2.1.2. 고온에서 316 및 316L SS의 구성 및 적용 모든 온도 모든 316 N/A 감작은 주요 고장 모드가 아닙니다. 피팅이 지배적이다
40% 이상 모든 온도 상관없음 316 해당 없음 산화성 산; 입자 간 공격 가능성 없음
50도 이상의 온도에서 15-25%의 임계 농도 범위에 대해 표준 316을 사용하는 경우 1.2mm 316 외장의 용접 후 어닐링이 필요합니다. 그러나 어닐링은 316L에서도 추가적인 안전 여유를 제공합니다. 어닐링을 실시하지 않을 경우, 용접 플랜지 부착 부위는 3~12개월 내에 얇은 벽을 관통하는 입계 부식이 발생하여 플랜지가 분리되거나 외장이 누출될 수 있습니다.

얇은 벽으로 둘러싸인 외장 어닐링에 대한 실제 고려 사항
316의 1.2mm 튜브에 대한 용접 후 어닐링의 실제적인 어려움이 논의됩니다. 어셈블리가 제대로 보호되지 않으면 1050도의 고온으로 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. 따라서 어닐링은 용접 후, 스웨이징 전에 수행하거나 용접 영역에만 국한하여 수행해야 합니다. 엔지니어는 15~25% 황산에서 사용할 수 있는 316개 보호관에 수행되는 모든 용접 후에 열 영향 영역의 국부적 유도 어닐링이 뒤따르도록 규정해야 합니다-. 어닐링 영역은 용접 양쪽에서 최소 10mm 확장되어야 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.