Hiệu ứng mỏi và ăn mòn kết hợp làm tăng tốc độ hư hỏng sớm của lò sưởi ngâm thép không gỉ 316 như thế nào

Hiệu ứng mỏi và ăn mòn kết hợp làm tăng tốc độ hư hỏng sớm của lò sưởi ngâm thép không gỉ 316 như thế nào

Lò sưởi ngâm bằng thép không gỉ 316 được sử dụng rộng rãi trong các bể chứa hóa chất tuần hoàn chịu tải trọng cơ học xen kẽ. Hầu hết các thử nghiệm vật liệu đều đánh giá hiệu suất ăn mòn và độ mỏi cơ học một cách riêng biệt, bỏ qua tác động kết hợp ăn mòn và mỏi cơ học của chúng. Sự rung động của chất lỏng, dao động áp suất và ứng suất tuần hoàn nhiệt tạo ra ứng suất động lặp đi lặp lại trên vỏ bọc bộ gia nhiệt. Trong khi đó, môi trường xử lý ăn mòn tạo ra các vết rỗ siêu nhỏ trên bề mặt kim loại. Những hố này hoạt động như nguồn gốc gây căng thẳng. Dưới tác động cơ học-hóa học kết hợp, các vết nứt do mỏi bắt đầu và mở rộng nhanh hơn nhiều so với khi chịu tải trọng cơ học thuần túy hoặc môi trường ăn mòn thuần túy, dẫn đến vỡ ống trước tuổi thọ sử dụng theo thiết kế lý thuyết.

Thiệt hại do ăn mòn do mỏi phát sinh từ sự tương tác giữa ứng suất cơ học tuần hoàn và chất điện phân ăn mòn. Rỗ cục bộ do clorua hoặc axit yếu tạo ra các vết khía hình học nhỏ trên bề mặt thép không gỉ 316. Khi dao động tuần hoàn hoặc tải trọng ứng suất nhiệt tác động lên các vị trí hố này, sự tập trung ứng suất sẽ xảy ra ở các mép hố. Màng thụ động bảo vệ liên tục bị vỡ dưới áp lực xen kẽ và chất nền kim loại mới tiếp tục tiếp xúc với chất lỏng ăn mòn. Sự ăn mòn mới tiến hành ngay lập tức. Quá trình tạo mầm vết nứt diễn ra ở đáy hố và các vết nứt lan truyền vào trong dưới tác dụng của tải trọng tuần hoàn liên tục. Cơ chế phối hợp này rút ngắn đáng kể chu kỳ phát triển vết nứt, chu kỳ này không thể dự đoán được bằng dữ liệu ăn mòn riêng lẻ hoặc kết quả kiểm tra độ mỏi độc lập.

Sự cố do ăn mòn do mỏi thể hiện các đặc tính tiềm ẩn rõ ràng. Về mặt vĩ mô, phần lớn vỏ bọc bộ sưởi vẫn duy trì màng thụ động hoàn chỉnh mà không bị mỏng đi đồng đều. Các vết nứt bắt nguồn từ các vị trí vi lỗ và phát triển vào bên trong. Kiểm tra trực quan bên ngoài khó có thể phát hiện sớm các mạng lưới vết nứt dưới bề mặt. Các nguồn rung bao gồm máy khuấy, bơm tuần hoàn và chu kỳ nhiệt độ thường được coi là hiện tượng vận hành bình thường. Người vận hành có xu hướng cho rằng sự đứt gãy cuối cùng là do ăn mòn quá mức đơn giản. Sau khi thâm nhập vào các dạng vết nứt, chất lỏng trong quy trình sẽ rò rỉ ra ngoài và khiến thiết bị ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, ngay cả khi các thông số dung dịch khối đáp ứng giới hạn ứng dụng vật liệu.

Nhiều chiến lược kỹ thuật thực tế có thể giảm thiểu rủi ro mỏi do ăn mòn. Giảm thiểu độ rung do dòng chảy gây ra bằng cách tối ưu hóa cách bố trí đường ống của bể và cấu trúc cố định bộ gia nhiệt. Giảm nguy cơ rỗ bề mặt thông qua kiểm soát chất lượng trung bình và vệ sinh thường xuyên để loại bỏ cặn lắng. Hạn chế sự dao động nhiệt có biên độ lớn thường xuyên. Trong quá trình bảo trì, hãy tập trung kiểm tra các mối hàn, các phần uốn cong và các khu vực tiếp xúc với rung động, nơi tập trung ứng suất. Đối với điều kiện làm việc có độ rung mạnh không thể tránh khỏi cộng với chất lỏng ăn mòn, hãy chọn vật liệu vỏ bộ sưởi thay thế có hiệu suất toàn diện chống ăn mòn-mỏi tốt hơn.

Để kết luận, khớp nối mỏi do ăn mòn tổng hợp là một dạng hư hỏng không thể bỏ qua đối với bộ gia nhiệt ngâm trong thép không gỉ 316 trong các điều kiện kết hợp giữa rung và ăn mòn. Cả dữ liệu ăn mòn đơn lẻ lẫn dữ liệu mỏi cơ học thuần túy đều không thể đánh giá đầy đủ tuổi thọ sử dụng thực tế. Giảm độ rung do dòng chảy gây ra, kiểm soát độ ăn mòn môi trường và kiểm tra có chủ đích các vùng tập trung ứng suất là rất cần thiết để ngăn ngừa vỡ ống do ăn mòn do mỏi trong các hệ thống sưởi công nghiệp.