Bagi insinyur manufaktur dan spesialis korosi yang bertanggung jawab atas pemanas rendam listrik dalam sistem-pendingin air laut, pabrik desalinasi, dan anjungan lepas pantai, kombinasi tegangan tarik sisa dari swaging dan paparan klorida menimbulkan risiko tinggi retak korosi akibat tegangan. Sebagaimana ditetapkan dalam Pasal 10, retak korosi tegangan memerlukan tiga kondisi simultan: bahan yang rentan, tegangan tarik, dan lingkungan klorida di atas 60 derajat. Proses swaging yang digunakan untuk memadatkan insulasi magnesium oksida menimbulkan tegangan tarik sisa yang signifikan pada permukaan bagian dalam selubung 316. Untuk selubung berdinding tipis di bawah 1,1 mm, tegangan sisa ini sangat tinggi dan menembus sebagian besar ketebalan dinding, sehingga menciptakan jalur yang hampir kontinu untuk permulaan dan perambatan retak. Pasca-swage annealing-pemanasan rakitan pemanas yang telah selesai hingga 1.050 derajat diikuti dengan pendinginan cepat-mengurangi tegangan sisa ini, sehingga secara dramatis mengurangi kerentanan retak korosi tegangan. Artikel ini mengukur hubungan antara ketebalan dinding, besaran tegangan sisa, dan perlunya post-swage annealing untuk layanan air laut.
Besaran Tegangan Residu sebagai Fungsi Ketebalan Dinding Setelah Swaging
Selama swaging, tabung 316 dikerjakan secara dingin karena diameternya berkurang 15–30% di sekitar inti yang diisi MgO-. Pekerjaan dingin menimbulkan dislokasi dan deformasi butir, menyimpan energi elastis sebagai tegangan sisa. Pengukuran difraksi sinar X dari tegangan sisa pada permukaan bagian dalam selubung 316 yang diswag mengungkapkan hubungan terbalik yang kuat dengan ketebalan dinding. Untuk ketebalan dinding 0,8 mm, tegangan tarik sisa permukaan bagian dalam berkisar antara +250 hingga +350 MPa. Untuk dinding 1,0 mm, kisarannya adalah +200 hingga +280 MPa. Untuk dinding 1,2 mm, kisarannya turun menjadi +150 hingga +220 MPa. Untuk dinding 1,6 mm, kisarannya adalah +100 hingga +160 MPa. Untuk dinding berukuran 2,0 mm, tegangan sisa turun menjadi +50 hingga +100 MPa. Nilai-nilai ini mendekati atau melampaui ambang batas retak korosi tegangan di lingkungan klorida hangat, yaitu sekitar +150 MPa untuk baja tahan karat 316 dalam air laut pada suhu 60 derajat. Selubung dengan tegangan sisa permukaan bagian dalam di atas 150 MPa rentan terhadap timbulnya retakan dalam beberapa bulan setelah paparan. Di bawah 100 MPa, risikonya jauh lebih rendah. Oleh karena itu, selubung dengan ketebalan dinding di bawah kira-kira 1,2 mm mempunyai tegangan sisa permukaan dalam yang melebihi ambang batas aman, sedangkan selubung di atas 1,6 mm umumnya berada di bawah ambang batas. Untuk kisaran menengah 1,2–1,6 mm, risikonya bergantung pada pengurangan swaging spesifik dan suhu air laut.
Proses Annealing dan Pengaruhnya Terhadap Residu Stres dan Ketahanan Korosi
Pasca-swage annealing pada suhu 1.050 derajat selama 15–30 menit dalam atmosfer pelindung-biasanya argon atau amonia terdisosiasi-mengkristalisasi ulang struktur-butir selubung 316 yang dikerjakan dengan dingin. Proses ini menghilangkan hampir semua tegangan sisa, mengurangi nilai permukaan bagian dalam hingga di bawah ±20 MPa, berapa pun ketebalan dinding aslinya. Namun, anil memiliki tiga kelemahan potensial. Pertama, suhu tinggi dapat mengoksidasi kawat resistansi internal jika atmosfer tidak dikontrol dengan baik. Paduan-kromium nikel membentuk oksida pelindung pada suhu 1.050 derajat , namun oksidasi yang berlebihan akan mengurangi penampang kawat dan memperpendek masa pakai pemanas. Kedua, anil melunakkan selubung 316, mengurangi kekuatan mekanik dan tingkat tekanannya sekitar 20–30% dibandingkan dengan kondisi penarikan dingin. Pemanas yang dirancang untuk 40 bar dalam kondisi swasembada mungkin dibatasi hingga 30 bar setelah anil. Ketiga, anil dapat menyebabkan sensitisasi-pengendapan kromium karbida pada batas butir-jika laju pendinginan terlalu lambat. Pendinginan cepat, biasanya pendinginan air atau pendinginan gas paksa, mencegah sensitisasi dan menjaga ketahanan terhadap korosi. Anil yang dilakukan dengan benar tidak mengurangi ketahanan terhadap korosi lubang atau celah; itu sebenarnya dapat meningkatkan keseragaman film pasif. Untuk selubung berdinding tipis di bawah 1,1 mm, manfaat penghilangan tegangan sisa jauh lebih besar daripada kerugiannya, karena retak korosi tegangan akan membatasi masa pakai hingga berbulan-bulan, bukan bertahun-tahun.
Matriks Kebutuhan Ketebalan Dinding dan Annealing untuk Pelayanan Air Laut
Tabel berikut memberikan rekomendasi untuk post{0}}swage annealing pada 316 selubung yang ditujukan untuk layanan air laut panas pada suhu di atas 60 derajat . Nilai mengasumsikan paparan klorida terus menerus atau terputus-putus dan target masa pakai lebih dari dua tahun.
| Ketebalan Dinding Selubung | Stres Sisa Permukaan Dalam Setelah Swaging | Risiko Retak Korosi Stres Tanpa Annealing | Pasca-Swage Annealing Direkomendasikan | Rekomendasi Alternatif |
|---|---|---|---|---|
| Di bawah 0,8mm | Di atas 350 MPa | Sangat tinggi; kegagalan dalam beberapa minggu | Wajib | Pertimbangkan peningkatan dinding atau paduan paduan yang lebih tebal |
| 0,8 – 1,0mm | 250 – 350 MPa | Tinggi; kegagalan dalam 1-6 bulan | Wajib | Annealing diperlukan untuk layanan air laut apa pun |
| 1,0 – 1,2mm | 200 – 280 MPa | Sedang hingga tinggi; kegagalan dalam waktu 6-18 bulan | Sangat disarankan | Anil lebih disukai; dapat diterima tanpa hanya untuk layanan intermiten |
| 1,2 – 1,4mm | 150 – 220 MPa | Sedang; kegagalan dalam 1-3 tahun | Direkomendasikan untuk layanan berkelanjutan | Tanpa anil, periksa setiap tahun |
| 1,4 – 1,6 mm | 100 – 160 MPa | Rendah hingga sedang; kegagalan dalam waktu 3-5 tahun | Opsional | Tanpa anil mungkin dapat diterima untuk umur 5 tahun |
| 1,6 – 2,0mm | 50 – 100 MPa | Rendah; kegagalan tidak mungkin terjadi dalam waktu 5 tahun | Tidak diperlukan | Annealing tidak memberikan manfaat yang signifikan |
| Di atas 2,0 mm | Di bawah 50 MPa | Sangat rendah | Tidak diperlukan | Annealing tidak perlu; dapat mengurangi kekuatan |
Untuk selubung di bawah 1,2 mm yang beroperasi di air laut di atas 60 derajat, menentukan pasca-swage annealing adalah perbedaan antara pemanas yang rusak dalam satu tahun dan pemanas yang bertahan lima tahun atau lebih. Biaya tambahan anil-biasanya 15–25% dari biaya pemanas-dibenarkan oleh masa pakai yang lebih lama dan menghilangkan risiko kegagalan retak mendadak.
Pertimbangan Praktis untuk Menentukan Selubung Dinding Tipis-Anil
Saat menentukan post{0}}swage annealing untuk selubung-dinding tipis 316, teknisi harus menyertakan tiga persyaratan tambahan dalam spesifikasi pengadaan. Pertama, memerlukan sertifikasi atmosfer anil dan laju pendinginan. Sertifikat kesesuaian yang menyatakan bahwa anil dilakukan pada suhu 1.050 ± 15 derajat selama minimal 15 menit dalam atmosfer non-oksidasi dengan pendinginan air atau pendinginan gas paksa memberikan jaminan pemrosesan yang tepat. Kedua, memerlukan uji sensitisasi sesuai ASTM A262 Praktik E. Pengujian ini memaparkan sampel bahan selubung yang dianil ke larutan tembaga-tembaga sulfat yang mendidih dan memeriksa serangan antar butir. Peringkat kelulusan menegaskan bahwa anil tidak menyebabkan sensitisasi. Ketiga, memerlukan verifikasi bahwa kawat resistansi internal tidak rusak akibat oksidasi. Uji resistansi insulasi sederhana pada suhu ruangan-minimal 100 megaohm-mengonfirmasi bahwa MgO dan kabel tetap utuh. Untuk pemanas yang tidak dianil dengan benar di udara, kabel resistansi mungkin teroksidasi sepenuhnya dan pemanas akan menunjukkan korsleting atau resistansi yang sangat rendah. Untuk produksi bervolume tinggi, teknisi harus meminta sampel penampang destruktif dari proses produksi pertama untuk memverifikasi struktur butiran dan tidak adanya karbida antar butir. Biaya kualifikasi ini relatif kecil dibandingkan dengan biaya kegagalan lapangan dalam aplikasi air laut, dimana penggantian pemanas yang gagal sering kali memerlukan penutupan kapal, pengurasan, dan pembersihan. Selubung dinding tipis-316 yang dianil dengan benar memberikan manfaat respons termal dari dinding tipis dengan ketahanan retak korosi tegangan dari dinding tebal-yang terbaik dari keduanya ketika pemanasan cepat dan daya tahan air laut diperlukan.
