316 سٹینلیس سٹیل ہیٹر شیتھس پر ٹیوب ڈرائنگ میں کمی کا فیصد کلورائیڈ سلوشنز میں پٹنگ ریزسٹنس کے مساوی نمبر کو کیسے تبدیل کرتا ہے

غیر فعال فلم کیمسٹری اور شمولیت کی تقسیم پر مکینیکل اخترتی کا اثر

The manufacturing history of 316 stainless steel sheathed electric heating tubes, particularly the percentage reduction due to cold drawing to which the tubing is subjected prior to the final annealing, has a measurable, but often ignored, effect on the intrinsic pitting resistance of the material in chloride containing media. The pitting resistance equivalent number (PREN = weight percent Cr + 3.3×Mo + 16×N) is computed from bulk chemistry and is generally a constant material attribute for a specific alloy grade . But cold drawing redistributes non-metallic inclusions, refines the grain structure and may change the effective concentration of chromium and molybdenum at the tube surface by strain-induced diffusion. High reduction percentages (>40-50%) بڑے پیمانے پر مینگنیج سلفائیڈ کی شمولیت کے پھٹنے کا باعث بن سکتا ہے، جس سے ایسے مائیکرو کرائیوائسز پیدا ہوتے ہیں جو بلک PREN کی پرواہ کیے بغیر، پیٹنگ شروع کرنے کے لیے سازگار مقامات ہیں۔ اس مقالے میں، گرم کلورائد محلول میں 316 میانوں کی موثر پٹنگ مزاحمت پر ٹیوب ڈرائنگ % کے اثر و رسوخ کی مقدار درست کی گئی ہے اور سنکنرن کی شدت کی بنیاد پر ڈرائنگ میں کمی کے انتخاب کے لیے ایک وضاحتی فریم ورک بیان کیا گیا ہے۔

کولڈ ورک اور پٹنگ حساسیت کے درمیان میٹالرجیکل رشتہ

جب بیرونی قطر اور دیوار کی موٹائی کو کم کرنے کے لیے 316 سٹینلیس سٹیل کی ٹیوب کو ٹھنڈا کیا جاتا ہے تو پلاسٹک کی خرابی سے بلک کیمیائی ساخت میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی ہے۔ تاہم، یہ تین مائیکرو اسٹرکچرل خصوصیات میں ترمیم کرتا ہے جو مقامی سنکنرن کو متاثر کرتی ہیں۔ اخترتی کا پہلا اثر ڈرائنگ کی سمت میں غیر دھاتی شمولیت، زیادہ تر MnS اور آکسائڈ کلسٹرز کا بڑھانا ہے۔ لمبا انکلوژنز کا آس پاس کے آسٹینیٹک میٹرکس کے ساتھ ایک بڑا مسلسل انٹرفیس ہوتا ہے اور اس وجہ سے وہ ایک شمولیت پر بننے والے گڑھے کے امکان کو بڑھاتے ہیں جو دوبارہ جمع کرنے کی بجائے انکلوژن – میٹرکس بارڈر کے ساتھ پھیل جاتے ہیں۔ دوسرا، بڑے MnS انکلوژنز کو بھاری ٹھنڈے کام (کمی > 40%) سے مائیکرو کریکس پیدا کرنے کے لیے ٹوٹ جاتا ہے جن کی بعد میں اینیلنگ سے مرمت نہیں ہوتی جب تک کہ درجہ حرارت 1050 ڈگری سے زیادہ نہ ہو۔ یہ مائیکرو کریکس کلورائیڈ آئنوں کو رکھنے اور مقامی طور پر جارحانہ کیمسٹری کو برقرار رکھنے کے لیے دراڑ کے طور پر کام کرتے ہیں، اس طرح بلک پٹنگ پوٹینشل سے بہت کم پوٹینشلز پر پٹنگ شروع ہو جاتی ہے۔ تیسرا، ٹھنڈا کام 10{sup 8} cm{sup -2} سے 10{sup 11} سے 10{sup 12} cm{sup -2} کو 40% کولڈ ڈراؤن میٹریل میں تین سے چار آرڈرز کی شدت کو بڑھاتا ہے۔ نقل مکانی اعلی توانائی والے علاقے ہیں جہاں غیر فعال فلم پتلی اور زیادہ ناقص ہوتی ہے اور کلورائڈ کی وجہ سے خرابی کے لیے زیادہ حساس ہوتی ہے۔ خالص اثر یہ ہے کہ بلک کیمسٹری سے مساوی PREN کے ساتھ دو ٹیوبوں میں 10-15 oC کے درجہ حرارت میں فرق ہو سکتا ہے صرف حتمی اینیلنگ سے پہلے لاگو کولڈ ڈرائنگ کمی فیصد میں فرق سے۔

ایک اہم بحالی قدم کے طور پر ڈرائنگ کے بعد اینیلنگ

ٹھنڈے کام کی وجہ سے پٹنگ مزاحمت کا نقصان مستقل نہیں ہوتا۔ 1040-1100 ڈگری پر مکمل حل اینیلنگ اور فوری پانی بجھانے سے اناج کے ڈھانچے کو دوبارہ تیار کیا جاتا ہے، نقل مکانی کو ہٹایا جاتا ہے اور لمبے لمبے انکلوژنز کی اسفیرائیڈائزیشن ہوتی ہے۔ اینیلنگ اسی بلک کیمسٹری کی ہلکی کھینچی ہوئی ٹیوب کے مقابلے میں انتہائی سرد-نکالنے والی ٹیوب کی مزاحمت کو بحال کرتی ہے۔ لیکن ہیٹر میان بنانے کی صنعتی مشق بہت مختلف ہے۔ کچھ مینوفیکچررز نلیاں کو آخری طول و عرض تک کھینچتے ہیں، ابتدائی کھوکھلی بلٹ کو 60-%70 تک کم کرتے ہیں، پھر لمبائی میں کاٹنے اور موڑنے سے پہلے اینیل کرتے ہیں۔ دوسرے کئی بار انٹرمیڈیٹ اینیلز کے ساتھ کھینچتے ہیں جس سے ٹیوب کو ڈیڑھ-سخت یا چوتھائی-مشکل حالت میں (10-25% ٹھنڈا کام) بغیر کسی حتمی مکمل اینیل کے چھوڑ دیا جاتا ہے، مستقبل کی ویلڈنگ کی گرمی پر انحصار کرتے ہوئے اور جزوی طور پر تناؤ کو چھوڑنے کے لیے موڑتے ہیں۔ مؤخر الذکر تکنیک کے لیے، بقایا ٹھنڈا کام (عام طور پر 10-25%) مؤثر پٹنگ مزاحمت کے مساوی قدر کو 2-4 پوائنٹس تک کم کرتا ہے۔ عملی طور پر، بلک PREN=25 والی ٹیوب (مثال کے طور پر. 17%Cr, 2.2%Mo, 0.06%N) سردی سے کام کرنے والی حالت میں PREN=22-23 کے طور پر برتاؤ کرتی ہے، جو 8-12 ڈگری کے نازک پٹنگ درجہ حرارت میں کمی کا سبب بنتی ہے۔ 80 ڈگری اور اسی کلورائد ارتکاز پر، ٹھنڈے کام کرنے والی ٹیوب پر پٹنگ واقع ہوگی، جبکہ مکمل طور پر اینیل شدہ ٹیوب غیر فعال ہوگی۔

پٹنگ درجہ حرارت اور انڈکشن ٹائم پر ڈرائنگ میں کمی کے اثر کی مقدار

مقداری کنکشن 316 سٹینلیس سٹیل کی نلیاں کی لیبارٹری ٹیسٹنگ سے کنٹرول شدہ ڈرائنگ میں کمی اور بعد میں 80 ڈگری پر 1 M NaCl میں ممکنہ پیمائش کے ذریعے قائم کیے گئے ہیں۔ مکمل طور پر اینیل شدہ مواد (0-5% کولڈ ورک) کے لئے اہم پٹنگ پوٹینشل عام طور پر 300-350 mV بمقابلہ SCE ہے اور 1 M NaCl میں اہم پٹنگ درجہ حرارت (CPT) 55-65 ڈگری ہے۔ 15% ٹھنڈے کام والے مواد کے لیے (چوتھائی-سخت) CPT کم ہو کر 48-55 ڈگری ہو جاتا ہے۔ 25% ٹھنڈے کام (آدھی مشکل) کے لیے یہ 40-48 ڈگری تک گر جاتا ہے۔ 40% ٹھنڈے کام کے لیے (مکمل مشکل) CPT 30-38 ڈگری تک کم ہو جاتا ہے۔ خدمت کے لیے، 90 ڈگری پر 2000 پی پی ایم کلورائد پانی میں 5-8 سال کے لیے مناسب طریقے سے اینیل کی گئی 316 میان کی نمائش نہیں ہوگی۔ اسی بلک کیمسٹری اور 25% بقایا ٹھنڈے کام کے ساتھ، اسی سیال حالات میں 12-24 مہینوں میں پٹنگ شروع ہو جائے گی۔ پٹنگ کے آغاز کے لیے شامل کرنے کا وقت سرد کام کے فیصد کے ساتھ تیز ہے۔ ٹھنڈے کام میں ہر 5% اضافہ کلورائد درجہ حرارت والے ماحول میں پہلے گڑھے کے وقت کو آدھا کر دیتا ہے۔ نیچے دی گئی جدول ان رشتوں کو ایک عام 316 کیمسٹری (PREN=25) کے لیے مختلف قسم کے کلورائد ارتکاز اور آپریٹنگ درجہ حرارت کے لیے دکھاتی ہے۔

Residual Cold Work after Drawing (%) Heat Treatment after Drawing Effective PREN (calculated) Critical Pitting Temperature in 2000 ppm Cl⁻ (°C) Time to Pit Initiation at 90 °C, 500 ppm Cl⁻ Recommended Service Environment 0-5 (completely annealed) Full solution anneal 1040 °C + quench 25 58 >8 سال تمام کلورائڈ سروس 3000 پی پی ایم تک، 90 ڈگری 5-10 جزوی تناؤ سے نجات صرف 24-25 53-58 5-8 سال اعتدال پسند کلورائڈز کے لیے قابل قبول (<1500 ppm) 
10-15 کوئی اینیل نہیں؛ جیسا کہ تیار کیا گیا سہ ماہی 23-24 48-533-5 سال کلورائڈ سروس (<800ppm)
15-20 کوئی اینیل نہیں، نصف مشکل سے تیار کردہ 22-23 44-48 2-3 سال مارجنل، صرف کم کلورائڈز (<400 ppm)
20-25 کوئی اینیل نہیں، مشکل سے تیار کردہ21-22 40-44 12-24 مہینے مسلسل سروس کلورین کے لیے موزوں نہیں
25-35 کوئی اینیل نہیں؛ مکمل مشکل 19-21 34-40 6-12 مہینے کسی بھی نم کلورائڈ ماحول کے لیے ناقابل قبول
Any , post anneal Full solution anneal after all drawing Full PREN restored 55-65 (depends on bulk chemistry) >8 سال (بلک PREN پر منحصر) تمام corrosive سروس کے لیے ترجیحی معیار
سرد کام کی حالت اور اینیلنگ کی کافییت کی عملی تصدیق

کلورائد کے استعمال کے لیے 316 انکیزڈ ہیٹر کے خریداروں کے لیے تین عملی طریقے ہیں تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ ٹیوب مکمل طور پر اینیلڈ ہے اور اس میں کم از کم بقایا ٹھنڈا کام ہے۔ سب سے پہلے فیرائٹسکوپ کا استعمال کرتے ہوئے مقناطیسی پارگمیتا کی پیمائش ہے۔ مکمل طور پر annealed 316 austenitic سٹینلیس سٹیل غیر مقناطیسی ہے جس کی نسبت پارگمیتا (μr) 1.02 سے کم ہے۔ سٹرین-حوصلہ افزائی مارٹینائٹ، جو فیرو میگنیٹک ہے، کولڈ روٹ 316 میں بنتی ہے۔ 1.05 سے اوپر پڑھنے سے کم از کم 10-15% ٹھنڈے کام کی تجویز ہوتی ہے، جبکہ 1.10 20-25% ٹھنڈے کام کی تجویز کرتی ہے۔ دوسرا طریقہ ٹیوب کی دیوار کے ایک حصے پر مائکرو ہارڈنیس ٹیسٹنگ ہے۔ اینیلڈ 316 میں ویکرز کی سختی 150-180 HV ہے۔ چوتھائی مشکل مواد 200-240 HV ہے۔ نصف مشکل 250-300 HV ہے۔ فل ہارڈ 320 HV اور اس سے آگے ہے۔ تیسرا ٹیسٹ ایک الیکٹرو کیمیکل پوٹینیوکینیٹک ری ایکٹیویشن (ای پی آر) ٹیسٹ ہے جو حساسیت اور سرد کام کے نقصان کی ڈگری کو ماپتا ہے۔ EPR کی قدریں 0.5 C/cm2 سے کم اچھی طرح سے annealed مواد کی نشاندہی کرتی ہیں، جبکہ 2.0 C/cm2 سے زیادہ قدریں نمایاں بقایا خرابی کی نشاندہی کرتی ہیں۔ خریداری کی تصریحات میں 1.05 کی زیادہ سے زیادہ مقناطیسی پارگمیتا کے ساتھ مکمل حل اینیلنگ (درجہ حرارت، وقت، اور بجھانے کا طریقہ) کے سرٹیفکیٹ کی تصریح قابل نفاذ معیار کی یقین دہانی پیش کرتی ہے۔

سرد کام، ویلڈنگ اور حتمی اینیلنگ کے امکانات کا تعلق

مینوفیکچرنگ کی ایک عام رکاوٹ یہ حقیقت ہے کہ موڑنے اور ویلڈنگ کے بعد مکمل حل اینیلنگ ہمیشہ ممکن نہیں ہے۔ لمبے U-ٹیوب ہیٹر، خاص طور پر جو منسلک فلینجز اور تھرمو ویلز کے ساتھ ہیں، کو عملی طور پر اینیل نہیں کیا جا سکتا، کیونکہ زیادہ درجہ حرارت اسمبلی کو مسخ کر دیتا ہے، اندرونی MgO کو آکسائڈائز کرتا ہے یا غیر-دھاتی اجزاء کو نقصان پہنچاتا ہے۔ ان صورتوں میں حتمی سنکنرن مزاحمت کا سب سے اہم عنصر شکل دینے سے پہلے خام نلیاں کی سرد کام کی حالت ہے۔ اگر موڑنے سے پہلے ٹیوب کو مکمل طور پر اینیل شدہ حالت میں (0 سے 5 فیصد سرد کام) میں پہنچایا جانا ہے، تو موڑنے کے آپریشن سے 10 سے 15 فیصد ٹھنڈے کام کے اضافے کے باوجود، حتمی بقایا تناؤ 20 فیصد سے کم ہوگا۔ ان ہیٹروں کے لیے جن کو حتمی اینیل کے بغیر مڑی ہوئی حالت میں استعمال کیا جانا ہے، زیادہ مولبڈینم مواد والی نلیاں کا انتخاب (مثال کے طور پر کم از کم 2.0 % کی بجائے 2.5-2.7 % Mo کے ساتھ L) بلک PREN میں ایک معاوضہ اضافہ پیش کرتا ہے۔ بلک PREN=27 اور 15% بقایا کولڈ ورک کے ساتھ ایک ٹیوب میں ایک موثر PREN ≈ 25 ہے، جو کہ مکمل طور پر اینیلڈ اسٹینڈرڈ 316 کے برابر ہے۔ مینوفیکچرنگ پابندیوں کی تلافی کے لیے پریمیم کیمسٹری کا استعمال کرنے کا یہ طریقہ بڑے، پیچیدہ ہیٹر کے لیے عام ہے جہاں ہیٹر اسمبل کرنے کے بعد فیبرک آپشن نہیں ہوتا ہے۔

نتیجہ - Corrosive سروس کے لیے کیمسٹری کے ساتھ اینیلنگ کنڈیشن کی وضاحت کرنا

کلورائیڈ سلوشنز میں 316 سٹینلیس سٹیل شیتھڈ ہیٹر کی پٹنگ ریزسٹنس بلک PREN کا کام نہیں ہے جیسا کہ صرف مل سرٹیفکیٹ میں بتایا گیا ہے۔ ٹیوب کی تیاری کے دوران استعمال ہونے والی کولڈ ڈرائنگ میں کمی اور کیا ٹیوب کو تمام فارمنگ آپریشنز کے بعد مکمل حل اینیل دیا جاتا ہے، مؤثر پٹنگ درجہ حرارت کو 10-20 ڈگری تک منتقل کر سکتا ہے اور گڑھے کے آغاز کے وقت کو 5-10 کے عنصر سے تبدیل کر سکتا ہے۔ 500 پی پی ایم سے زیادہ یا 80 ڈگری سے زیادہ درجہ حرارت پر کلورائیڈ میں مسلسل سروس ہیٹر کے لیے، خریدار کو سرٹیفیکیشن طلب کرنا چاہیے کہ مکمل میان (بشمول موڑ اور ویلڈز) کو مکمل طور پر حل کر دیا گیا ہے۔ جب پوسٹ فیبریکیشن اینیلنگ قابل عمل نہیں ہے تو، پریمیم کیمسٹری کا استعمال (316L PREN کے ساتھ 26 سے زیادہ یا اس کے برابر) اور ٹیوب اینیلڈ حالت میں داخل ہونے کی ضرورت ہے (سختی <180 HV، پارگمیتا 1.02 سے کم یا اس کے برابر) ایک معقول آپشن ہے۔ اس مقالے میں تیار کردہ ایک نمونہ ٹیوب ڈرائنگ میں کمی % اور اینیلنگ کی تاریخ کو قابل مشاہدہ پٹنگ مزاحمت سے جوڑتا ہے۔ یہ انجینئرز کو 316 شیتھڈ ہیٹروں کا انتخاب کرنے کے قابل بناتا ہے جو صرف بلک کیمسٹری پر انحصار کرنے کے بجائے پیش گوئی کے قابل سنکنرن کارکردگی فراہم کریں گے۔