0.8 มม. ลวดสปริงสแตนเลส 316 - การแตกร้าวจากความเค้นคลอไรด์
0.8mm 316 สายสปริงเหล็กไร้ขัด
,ลวดทนการแตกร้าวจากความเค้นคลอไรด์
,ลวดสปริงสแตนเลส 316
การแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ในลวดสปริง 316: ทำไมขดลวดจึงเสียหายโดยไม่มีการเตือน
สปริงสแตนเลส 316 ที่หักในห้องโถงสระว่ายน้ำหรือโรงงานชายทะเลมักไม่แสดงรอยคอด ไม่มีการงอ และไม่มีสัญญาณเตือนที่มองเห็นได้ ในหลายกรณี ลวดตรงตามข้อกำหนดทางเคมีและแรงดึง โหมดความเสียหายคือการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นคลอไรด์ และขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการใช้งานพอๆ กับโลหะผสม
สามเงื่อนไขที่ต้องเกิดขึ้นพร้อมกัน
SCC ไม่ใช่กระบวนการกัดกร่อนทั่วไป ต้องใช้โลหะผสมที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา ความเค้นดึงที่คงที่ และอิเล็กโทรไลต์ที่มีคลอไรด์ ทั้งหมดนี้อยู่ในจุดเดียวกันของชิ้นส่วนเป็นเวลานานพอ
- โลหะผสมที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเกรดออสเทนนิติก 304 และ 316 ต่างก็ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา 316 ทนทานต่อการเกิดรูพรุนได้ดีกว่าเนื่องจากมีโมลิบดีนัม ซึ่งช่วยชะลอการเริ่มต้นการแตกร้าว แต่ไม่ได้ขจัดความเสี่ยง
- ความเค้นดึงที่คงที่ต่างจากการล้า SCC ไม่ต้องการการวนซ้ำ โหลดคงที่ก็เพียงพอแล้ว และค่าขีดจำกัดสามารถต่ำกว่ากำลังครากได้มาก
- อิเล็กโทรไลต์คลอไรด์โซเดียมคลอไรด์จากอากาศชายทะเล ไฮโปคลอไรต์จากการฆ่าเชื้อ กรดไฮโดรคลอริกสำหรับขจัดคราบ และกระแสน้ำในกระบวนการที่มีคลอไรด์ ล้วนมีคุณสมบัติตรงตามเงื่อนไขนี้ ออกซิเจนและอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะเร่งปฏิกิริยา
ทำไมสปริงจึงมีความเสี่ยงมากกว่าชิ้นส่วนแบน
สปริงถูกออกแบบมาเพื่อรับความเค้น ในขดลวดที่ถูกบีบอัด ส่วนของลวดจะทำงานที่สัดส่วนสูงของกำลังคราก และการม้วนเย็นจะทิ้งความเค้นดึงตกค้างไว้ที่ด้านนอกของแต่ละรอบ ทั้งสองอย่างรวมกัน
รูปทรงทำให้แย่ลง ตะขอ ห่วง ขดลวดปลาย และจุดตัดจะรวมความเค้นไว้ และในขณะเดียวกันก็สร้างรอยแยกที่สารละลายคลอไรด์จะเกาะและเข้มข้นขึ้นเมื่อน้ำระเหย บนลวดขนาด 0.8 มม. รูพรุนขนาด 50 ไมครอนก็ถือเป็นส่วนสำคัญของหน้าตัดแล้ว ดังนั้นการเกิดรูพรุนจึงกลายเป็นรอยแตกร้าวอย่างรวดเร็ว
รูพรุนก่อน รอยแตกร้าวทีหลัง
การแตกร้าวแทบไม่เคยเริ่มบนพื้นผิวพาสซีฟที่สะอาด ไอออนคลอไรด์จะทำลายฟิล์มพาสซีฟเฉพาะที่ เกิดรูพรุนขึ้น และภายในรูพรุนจะขาดออกซิเจนและเป็นกรด โดยมีความเข้มข้นของคลอไรด์สูงกว่าสารละลายหลัก เคมีเฉพาะที่นั้นคือสิ่งที่ทำให้เกิดรอยแตกร้าว ซึ่งจะเติบโตแบบข้ามเม็ดและแตกแขนงตามสนามความเค้น
พื้นผิวการแตกหักคือการวินิจฉัยภาคสนามที่ง่ายที่สุด: มีลักษณะเปราะ ไม่มีขอบเฉือน ไม่มีการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง และรอยแตกร้าวแตกแขนงตั้งฉากกับความเค้นหลัก การแตกหักจากการรับน้ำหนักเกินบนลวดเดียวกันจะแสดงรอยคอดและโซนที่เป็นเส้นใยทึบก่อนที่จะแยกออกจากกันในที่สุด
อุณหภูมิและความเข้มข้นเป็นแบบเฉพาะที่ ไม่ใช่ค่าเฉลี่ย
แนวทางที่เผยแพร่สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติกกำหนดเกณฑ์ SCC ที่ใช้งานได้จริงในสภาพแวดล้อมคลอไรด์ที่มีออกซิเจนประมาณ 60 C ตัวเลขนั้นเป็นจุดเริ่มต้นที่มีประโยชน์ ไม่ใช่ใบอนุญาต: ค่าที่เกี่ยวข้องคืออุณหภูมิและความเข้มข้นของคลอไรด์ภายในรอยแยกหรือใต้ชั้นสะสม ไม่ใช่ในอากาศหรือน้ำทั่วไป
สถานการณ์ทั่วไปที่สภาวะเฉพาะที่รุนแรงกว่าที่วัดได้: น้ำกลั่นหยดจากเพดานห้องโถงสระลงบนที่แขวน ฉนวนที่เปียกชื้นด้วยน้ำที่มีคลอไรด์ ปะเก็นและแหวนยางที่กักเก็บสารละลายไว้กับลวด และชิ้นส่วนที่ทำความสะอาดด้วยไฮโปคลอไรต์และไม่ได้ล้างออก
การเลือกเกรดตามสภาพการใช้งาน
| สภาพการใช้งาน | 316 / 316L | 904L | 2205 ดูเพล็กซ์ |
|---|---|---|---|
| ในร่ม, คลอไรด์ต่ำ, แห้ง | เหมาะสม | เหมาะสม | เหมาะสม |
| บรรยากาศชายทะเลพร้อมการควบแน่น | จำกัด, ตรวจสอบรอยแยก | เหมาะสม | เหมาะสม |
| น้ำที่มีคลอรีนต่ำกว่า 40 C | จำกัด, หลีกเลี่ยงรอยแยก | เหมาะสม | เหมาะสม |
| น้ำที่มีคลอรีน 40 - 60 C | ไม่แนะนำ | เหมาะสม | พิจารณาเป็นกรณีไป |
| สูงกว่า 60 C พร้อมคลอไรด์ | ไม่แนะนำ | พิจารณาเป็นกรณีไป | จำกัด |
การเปลี่ยนเกรดเป็นการแก้ไขที่น่าเชื่อถือที่สุดเมื่อไม่สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมได้ แต่ก็ไม่ใช่เพียงวิธีเดียว การควบคุมความเค้นมักจะเป็นตัวตัดสินว่าชิ้นส่วน 316 จะรอดจากสภาพแวดล้อมที่ก้ำกึ่งได้หรือไม่
การควบคุมความเค้นและการออกแบบ
- รักษาความเค้นในการออกแบบให้ต่ำที่สุดเท่าที่ฟังก์ชันจะอนุญาต ความเค้นในการทำงานที่ต่ำลงจะช่วยยืดเวลาจนกว่าจะถึงค่าขีดจำกัด
- คลายความเค้นหลังการม้วน สำหรับ 316 ให้คงไว้ที่ 400 - 450 C และเย็นตัวลงอย่างช้าๆ โดยหลีกเลี่ยงช่วงการทำให้ไวต่อปฏิกิริยา 450 - 850 C; 316L ทนทานต่อช่วงนี้ได้ดีกว่า
- พ่นลูกปัดบนพื้นผิวที่สำคัญเพื่อเปลี่ยนแรงดึงตกค้างให้เป็นแรงอัด นี่เป็นหนึ่งในไม่กี่วิธีที่ได้ผลกับ SCC แทนที่จะหลีกเลี่ยง
- ออกแบบเพื่อการระบายน้ำ ขดลวดปลายที่ทำหน้าที่เหมือนถ้วยเก็บน้ำเป็นตัวเริ่มต้นรอยแตกร้าว ไม่ใช่รายละเอียด
- หลีกเลี่ยงฉนวนเปียกและปะเก็นที่กักเก็บน้ำ ทั้งสองอย่างสร้างสภาวะคลอไรด์เข้มข้นที่สภาพแวดล้อมทั่วไปไม่แสดง
- ห้ามใช้น้ำยาไฮโปคลอไรต์กับชิ้นส่วนที่ติดตั้งแล้ว หรือกำหนดให้ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนทันทีหลังใช้งาน
ข้อกำหนดลวด
| พารามิเตอร์ | ข้อกำหนด |
|---|---|
| วัสดุ | 316 (UNS S31600) / 316L (UNS S31603) |
| เส้นผ่านศูนย์กลาง | มาตรฐาน 0.8 มม.; ช่วง 0.15 - 12 มม. |
| อุณหภูมิ | สปริงแข็ง, ดึงเย็น, ตามมาตรฐาน ASTM A313 |
| ความต้านทานแรงดึง | 1,500 - 2,000 MPa ที่อุณหภูมิสปริง, ตามเส้นผ่านศูนย์กลาง |
| การยืดตัว | ขั้นต่ำ 8% ที่อุณหภูมิสปริง |
| พื้นผิว | สดใส, เคลือบสบู่, หรือพาสซีเวท |
| รูปแบบการจัดส่ง | ขดลวด, แกนม้วน หรือความยาวตรง, 1 - 500 กก. |
| การใช้งานทั่วไป | สปริง, คลิป และรูปทรงลวดในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ |
การตรวจสอบและการวิเคราะห์ความล้มเหลว
ASTM G36, แมกนีเซียมคลอไรด์เดือด, เป็นการทดสอบเร่งด่วนแบบคลาสสิกสำหรับการจัดอันดับเกรดออสเทนนิติกกับ SCC; ASTM G48 ครอบคลุมความต้านทานการเกิดรูพรุนและการเกิดรอยแยกในเฟอร์ริกคลอไรด์ ทั้งสองเป็นการทดสอบเปรียบเทียบ ไม่ใช่การคาดการณ์อายุการใช้งาน เมื่อสปริงล้มเหลวแล้ว ให้ตัดส่วนรอยแตกร้าว ตรวจสอบการแตกแขนงและหารูพรุนที่จุดเริ่มต้น และเปรียบเทียบรูปลักษณ์การแตกหักกับตัวอย่างการรับน้ำหนักเกินก่อนที่จะเปลี่ยนวัสดุ
ความล้มเหลวของสปริง 316 ส่วนใหญ่ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ไม่ใช่ความบกพร่องของชุดโลหะ แต่เป็นโลหะผสมที่ถูกต้องซึ่งใช้ในระดับความเค้นและรูปทรงที่สภาพแวดล้อมสามารถโจมตีได้
