316L ينتمي إلى الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، الذي يتوافق مع العلامة التجارية المحلية 022Cr17Ni12Mo2، والذي يتمتع بمرونة جيدة ومقاومة للتآكل. تعمل إضافة عنصر Mo في هذا الفولاذ المقاوم للصدأ على تحسين مقاومته للتنقر بشكل كبير. لذلك، يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 316L على نطاق واسع في الصناعات البتروكيماوية والصيدلانية وغيرها من الصناعات. لفائف الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المستخدمة في مؤسسة [...]
ينتمي 316L إلى الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، الذي يتوافق مع العلامة التجارية المحلية 022Cr17Ni12Mo2، والذي يتمتع بمرونة جيدة ومقاومة للتآكل.
إن إضافة عنصر Mo في هذا الفولاذ المقاوم للصدأ يحسن كثيرًا من مقاومته للتنقر.
ولذلك، يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ 316L على نطاق واسع في الصناعات البتروكيماوية والصيدلانية وغيرها من الصناعات.
تم العثور على ملف من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L المستخدم في إحدى المؤسسات به تسرب وثقب على جدار الأنبوب أثناء الاستخدام.
وسيط العمل داخل الأنبوب هو بخار الماء، بضغط عمل يبلغ 0.9 ميجا باسكال.
الوسيط خارج الأنبوب هو القلويات القوية ومسحوق النحاس، مع ضغط عمل يبلغ 1.0 ميجا باسكال.
يوجد فرق في الضغط بين الجدران الداخلية والخارجية.
يتم تحليل سبب الفشل ودراسته بالتجربة.
من الفحص البصري العياني الخارجي، يتبين أن ثقب التسرب عبارة عن ثقب صغير يبلغ قطره حوالي 2 مم على الجدار الخارجي، كما هو موضح في الشكل 1 أ.
على الجدار الداخلي، توجد أربعة ثقوب صغيرة مرتبة طوليًا بقطر حوالي 1 مم، ويمكن رؤية عدد كبير من شقوق "الجلد الملتوي"، كما هو موضح في الشكل 1ب.
الشكل 1 الشكل 1 المورفولوجيا الكلية لثقب التسرب
عند ملاحظتها باستخدام مجهر مجسم متغير التكبير، الشكل 2أ هو صورة ماكرو لثقب التسرب الداخلي للجدار بعد تكبيره 40 مرة;
يوضح الشكل 2ب شكل فتحة التسرب بعد القطع.
المساحة داخل الثقب كبيرة نسبيًا، حيث يبلغ حجمها الإجمالي حوالي 4 مم3.
جدار الحفرة متموج وغير منتظم.
الشكل 2 مورفولوجيا ثقب التسرب
يُستخدم مطياف القراءة المباشرة للطيف الكامل الطيف لتحليل التركيب الكيميائي للعينات حول فتحة التسرب.
تظهر النتائج (متوسط القيمة) في الجدول 1.
بالمقارنة مع تركيبة مادة TP316L في ASME SA213، فإنها تلبي متطلبات المعيار.
الجدول 1 نتائج تحليل التركيب الكيميائي (جزء الكتلة) (%)
النوع | C | سي | من | P | S | كر | ني | مو |
القيمة القياسية | ≤0.035 | ≤1.00 | ≤2.00 | ≤0.045 | ≤0.030 | 16.0~18.0 | 10.0~14.0 | 2.00~3.00 |
القيمة المقاسة | 0.02 | 0.28 | 0.86 | 0.041 | 0.003 | 16.21 | 10.17 | 2.18 |
تُستخدم آلة الاختبار الشاملة الإلكترونية لأخذ عينات على الملف لاختبار الشد.
النتائج موضحة في الجدول 2.
شكل الكسر في العينة هو كسر بلاستيكي.
من خلال المقارنة، يمكن ملاحظة أن قوة الشد, قوة الخضوع والاستطالة بعد الكسر للمادة تفي بمعيار ASME SA213.
الجدول 2 نتائج اختبار الخواص الميكانيكية
النوع | قوة الشد Rm / ميجا باسكال | قوة الخضوع Rبو.2/MPa | الاستطالة بعد الكسر A (%) |
القيمة القياسية | ≥486 | ≥170 | ≥35 |
القيمة المقاسة | 693 | 476 | 48.5 |
تُستخدم آلة الاختبار الشاملة الإلكترونية لإجراء اختبار الحرق والتسطيح.
النتائج موضحة في الجدول 3.
يظهر مظهر العينة المشتعلة بعد الاختبار في الشكل 3.
لا يوجد تشقق في الجدار الداخلي للأنبوب.
يظهر شكل العينة المسطحة في الشكل 4.
تتولد الشقوق على سطح الشد للجدار الخارجي للعينة المسطحة.
الجدار الخارجي لطرف فتحة الشق هو كسر قديم، وطرف الشق هو كسر جديد.
يمكن ملاحظة وجود شقوق قديمة على الجدار الخارجي للأنبوب.
الجدول 3 نتائج اختبار أداء العملية
اختبار الحرق | اختبار التسطيح | |||
Β(°) | د (%T) | النتائج | تباعد صفيحة الضغط / مم | النتائج |
60 | 15 | لا يوجد تشقق في الجدار الداخلي | 29.5 | تشققات عند تشوه الشد في الجدار الخارجي |
الشكل 3 عينة متوهجة 3
الشكل 4 التصدع على سطح الشد للعينة المسطحة
يجب معالجة العينات المعدنية الدقيقة على الجدران الداخلية والخارجية وداخل الملف.
يجب أن يتم طحن وصقل المقطع العرضي للعينات، ثم يتم ملاحظتها بالمجهر المعدني.
يتضح من الشكل 5أ أن هناك تشققات "جلدية ملتوية" على الجدار الداخلي للملف، وهناك تشققات دقيقة في الجزء السفلي من "الجلد الملتوي";
يمكن ملاحظة من الشكل 5ب وجود عدد كبير من التشققات الدقيقة على الجدار الخارجي، والتي تنشأ عند العيوب أو حفر التآكل وتتوسع على طول الشوائب;
يمكن أن نرى من الشكل 5 ج أن هناك عددًا كبيرًا من الشوائب الحبيبية والشريطية الشكل والكتلة في الداخل، بحجم 5 ~ 25 ميكرومتر.
الشكل 5 مناطق مختلفة من مواد اللفائف
البنية المجهرية للعينة المتآكلة هي الأوستينيت بمتوسط حجم الحبيبات 6.5، وتوجد الرواسب على حدود الحبيبات.
يمكن أن نرى من الشكل 6ب أن هناك عددًا كبيرًا من خطوط انزلاق التشوه على الجدار الداخلي، مما يشير إلى وجود الإجهاد المتبقي;
يمكن أن نرى من الشكل 6ج وجود شقوق بين الخلايا الحبيبية وبين الخلايا الحبيبية على الجدار الخارجي.
الشكل 6 مخطط ميتالوغرافي
يستخدم مجهر المسح الإلكتروني لرصد الكسر المتصدع. الشكل 7أ هو كسر قديم.
يمكن أن نرى من شكل الجدار الداخلي لثقب التسرب في الشكل 7ب وجود نواتج تآكل "نمط الطين" على السطح.
الشكل 7 مظهر SEM لجزء الفشل
تم إجراء تحليل طيف الطاقة على عينات الكسر القديمة في الشكل 7 أ، كما هو موضح في الشكل 8. وترد النتائج في الجدول 4.
تكون نواتج التآكل معقدة نسبيًا، وتتكون بشكل أساسي من أكاسيد ومختلطة بالنحاس والنحاس الصوديوم وغيرها.
C | من | مو | في | كر | ني | O | النحاس | نا |
8.2 | 0.6 | 1.3 | 41.5 | 17.4 | 5.0 | 22.9 | 0.7 | 1.8 |
الجدول 4 نتائج تحليل طيف الطاقة (جزء الكتلة) (%)
الشكل 8 طيف الطاقة لنقطة التحليل
استنادًا إلى بيانات الاختبار المذكورة أعلاه، فإن التركيب الكيميائي وقوة الشد وقوة الخضوع والاستطالة بعد الكسر للفولاذ المقاوم للصدأ TP316L يفي بمتطلبات ASME SA213.
اختبار الاحتراق مؤهل، وتظهر الشقوق على سطح الشد للجدار الخارجي لأنبوب الاختبار المفلطح، والطرف المفتوح عبارة عن شق قديم.
يُظهر التحليل المعدني وSEM + EDS أن الهيكل من الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ، ولكن هناك شوائب حبيبية بأحجام مختلفة، وهناك نواتج تآكل "نمط الطين" على السطح، خاصةً عند فتحة التسرب.
يتذبذب جدار المسام بشكل غير منتظم، ويوجد عدد كبير من التشققات الدقيقة في "الجلد المشوه" ويتمدد على طول الشوائب.
الأسباب الرئيسية للتسرب من 316L غير القابل للصدأ 316L لفائف الصلب عدد كبير من الشوائب ونواتج تآكل الأكسيد والشقوق الدقيقة في المادة.
يتم تدمير استمرارية المصفوفة بسبب وجود شوائب.
في ظل العمل المشترك للإجهاد المتبقي وفرق الضغط بين الجدران الداخلية والخارجية، تتولد الشقوق بسهولة وتتوسع عند التضمين.
ومع ذلك، يتلامس التضمين مع وسيط البخار عالي الحرارة.
ونظرًا لأن مقاومة التآكل في التضمين أقل بكثير من مقاومة التآكل في المادة نفسها، فإن التضمين يتآكل، وفي النهاية تتشكل ثقوب في جدار الأنبوب، مما يؤدي إلى ثقب جدار الأنبوب والتسرب.
لتجنب حدوث تسرب مماثل، يوصى بما يلي:
1) بالنسبة لبيئة خدمة الملف، فإن الجودة العالية فولاذ 316L المقاوم للصدأ يجب اختيار المواد ذات الشوائب القليلة.
2) التحكم في نقاء وسيط العمل لتجنب تأثير المواد المسببة للتآكل على الأنبوب قدر الإمكان.
3) يجب معالجة مكونات الملف بالحرارة بعد الانحناء و اللحام لتحرير الإجهاد المتبقي بشكل فعال.