硫酸濃度の特定のしきい値では、電気浸漬ヒーターの粒界腐食を防ぐために 1.2 ミリメートルの 316 ステンレス鋼シースに溶接後アニーリングが必要ですか?{2}}

316 ステンレス鋼シースへの取り付けフランジおよび継手の取り付けの溶接は、硫酸サービスで使用する電気浸漬ヒーターを担当する製造エンジニアおよび品質保証担当者が行う必要があります。溶接では、鋭敏化を引き起こす可能性のある熱が発生します。鋭敏化された熱影響部-の粒界でクロム炭化物が形成され、耐食性が失われ、優先的に粒界を攻撃する粒界腐食の影響を受けやすくなり、材料の急速な損失とヒーターの故障の可能性が生じます。シースの壁の厚さは、溶接後の冷却のペースと溶接後の焼きなましの必要性を制御します。-この研究では、1.2 mm 316 シースにおける粒界腐食の攻撃を回避するために溶接後焼きなましを必要とする硫酸濃度の閾値を決定しました。-

316 における鋭敏化と粒界腐食のメカニズム
316 ステンレス鋼を 450 度から 850 度の温度範囲 (鋭敏化範囲) で加熱すると、結晶粒界にクロム炭化物が析出する傾向があります。この析出により、粒界付近の領域ではクロムが枯渇し、不動態皮膜の生成に必要な 12% のクロムが不足します。腐食環境では、これらのクロム欠乏ゾーンが優先的に腐食され、その結果、粒界攻撃が発生し、最終的には材料が除去されます。厚さ 1.2 mm の薄壁シースの場合、熱質量が最小限であるため溶接後の冷却速度が速く、熱が素早く放散されます。薄い壁は溶接温度から 450 度未満まで数秒で冷却され、鋭敏化範囲にほとんど時間がかかりません。壁が厚いシース（3 mm 以上）の場合、冷却速度が遅くなり、感作の危険性が高まります。ただし、壁厚が 1.2 mm の場合、冷却速度は通常、従来のガス タングステン アーク溶接環境下での鋭敏化を回避できるほど十分に速いです。重要なのは壁の厚さだけではなく、316 素材のカーボン含有量です。低炭素 316L (最大 0.03% C) は、壁の厚さに関係なく、特に感作に対して耐性があります。標準 316 (最大 0.08% 炭素) は、冷却が遅すぎると過敏になる可能性があります。

感作の検出のための硫酸の臨界濃度
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 >酸が 25% あると、酸の酸化傾向により粒子間の攻撃は防止される可能性がありますが、孔食が心配になります。重要な 15-25% の範囲にある鋭敏化されたシースは、粒界に沿って年間 0.5 ～ 2.0 mm の速度で材料を失い、数か月で 1.2 mm の壁を貫通します。したがって、50 度を超える温度で 15% ～ 25% の硫酸濃度を使用する用途では、材料が 316L でない限り、溶接後焼きなましを行うことを強くお勧めします。

溶接 316 シースの焼きなまし要件マトリックス
以下の表は、硫酸の濃度、動作温度、使用する 316 の特定のグレードに応じた 1.2 mm 316 シースの溶接後焼きなましの推奨事項を示しています。{0}溶接アセンブリは 1,050 度の温度で 15 分間加熱され、急速に冷却されます (水冷または強制ガス)。

硫酸濃度 動作温度 316 グレード 溶接後のアニーリングは必要ですか?代替の推奨事項
316 または 316L 温度の 10 パーセント未満 標準溶接は許可されません
60 度未満 10 – 15% 316L 推奨されない 316L
10 – 15% <60°C 316No, however 316L recommended Good without annealing
10 – 15% 60 – 90 度 316L 攻撃に対する注意なし
10 – 15% 60 – 90 度 316 はい アニールまたは 316L を使用 15 – 25% 50oC 以下 316L 許容不可 316L 15 – 25% 表 11.2.2.1.2。高温での 316 および 316L SS の組成と用途任意の温度任意の 316 N/A 増感は主な故障モードではありません。ピッチングが優勢
40% 以上 任意の温度 任意 316 該当なし 酸化性の酸。粒界攻撃の可能性は低い
50 度を超える温度での 15-25% の臨界濃度範囲では、標準 316 を使用する場合、1.2 mm 316 シースの溶接後アニーリングが必要です。しかし、焼きなましを行うと、316L であっても安全マージンが追加されます。アニーリングを行わない場合、溶接フランジ取り付け部分は 3 ～ 12 か月で薄肉を貫通する粒界腐食が発生し、フランジの剥離やシースの漏れを引き起こす可能性があります。

薄壁シースのアニーリングに関する実際的な考慮事項
316 の 1.2 mm チューブの溶接後焼きなましの実際的な困難について説明します。{0}アセンブリが適切に保護されていない場合、1050 度の高温により内部抵抗線が酸化する可能性があります。アニーリングは、酸化を避けるために、アルゴンまたは解離アンモニアを使用して、制御された環境の炉で実行する必要があります。あるいは、ヒーター全体を加熱せずに、誘導加熱によって溶接部を局所的に焼きなますことができます。ヒーターのスウェージ内の MgO 絶縁体は鋼とは異なる膨張をし、シースを粉砕する可能性があるため、MgO 絶縁体で以前にスウェージ加工されたヒーターの完全な炉アニーリングは不可能です。したがって、アニーリングは溶接後スエージング前に行うか、溶接領域のみに局所的に行う必要があります。エンジニアは、15 ～ 25% の硫酸で使用される 316 シースで行われる溶接の場合は、熱の影響を受ける部分の局所的な高周波焼きなましを行う必要があると規定する必要があります。-。焼きなましゾーンは、溶接部の両側に少なくとも 10 mm 延ばさなければなりません。適切な焼きなましは、フェライト メーターを使用するか、ASTM A262 Practice E テスト用のサンプル溶接を提出することで確認できます。溶接後焼きなましを実行できない、または検証テストを提供できないサプライヤーは、臨界濃度範囲での硫酸サービスに採用されないものとします。 1 回の粒界腐食故障のコストは、通常は予期せず、警告もなく発生しますが、良好な焼きなましプロセスのコストよりも大幅に大きくなります。新規設置の場合は、標準の 316 ではなく 316L を選択すると、最も極端な条件を除くすべての条件下で 1.2 mm の壁が感作される可能性が排除され、濃度 10% を超える硫酸サービスには強く推奨されます。