Accessible Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter February 19, 2021

Failure Analysis of Stainless Steel Sheets of Heat Shield Assembly of a Vacuum Degassing Furnace

Schadensanalyse an rostfreien Stahlblechen einer Hitzeschildbaugruppe eines Vakuumentgasungsofens
R. K. Gupta, A. Kumar, P. Ganesh and R. Kaul
From the journal Practical Metallography

Abstract

A twenty-five-year-old vacuum furnace is being used for degassing of ultra-high vacuum components. The heat shield assembly of the furnace comprised of one molybdenum (Mo) front sheet, followed by four 304 stainless steel (SS) sheets. During prolonged service of the furnace, SS sheets developed thick black oxide scale. As a part of refurbishment drive, the SS sheets were subjected to chemical cleaning in 20 % HNO3 + 1.5 % HF, which caused severe thinning along the edges of some sheets. Detailed analysis of a damaged SS sheet showed that the damage was caused by severe sensitization of edge region which underwent extensive intergranular corrosion during chemical cleaning. Important remedial measures suggested to avoid similar failures included: (i) use of type 316L or stabilized grades of austenitic SS sheets, (ii) use of two Mo front sheets in place of one and (iii) use of mechanical cleaning in place of chemical cleaning.

Kurzfassung

Ein 25 Jahre alter Vakuumofen dient der Entgasung von Ultrahochvakuumkomponenten. Die Hitzeschildbaugruppe des Ofens setzt sich aus einem Molybdän-Frontblech (Mo) und vier nachfolgenden Blechen aus rostfreiem Stahl V304 (SS) zusammen. In der ausgedehnten Einsatzzeit des Ofens entwickelte sich auf den SS-Blechen eine dicke schwarze Zunderschicht. Im Rahmen einer Ofensanierung wurden die SS-Bleche chemisch in 20 % HNO3 + 1,5 % HF gereinigt, was zu einer starken Ausdünnung entlang der Kanten einiger Bleche führte. Eine eingehende Untersuchung eines der geschädigten SS-Bleche zeigte, dass der Schaden durch starke Sensibilisierung des Kantenbereichs verursacht wurde, in dem während der chemischen Reinigung eine schwere interkristalline Korrosion auftrat. Unter anderem werden folgende wesentliche Abhilfemaßnahmen zur Vermeidung ähnlicher Schäden vor geschlagen: (i) Verwendung von SS-Blechen vom Typ 316L oder solchen aus stabilisiertem austenitischem rostfreiem Stahl, (ii) Einsatz von zwei Mo-Frontblechen statt einem und (iii) Anwendung einer mechanischen statt einer chemischen Reinigung.

6

6 Acknowledgment

Authors are thankful to Shri A. P. Singh of chemical treatment lab for useful discussion regarding cleaning procedure adopted for stainless steel sheets. They thankfully acknowledge technical assistance of Shri Ram Nihal Ram for metallographic specimen preparation.

6

6 Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei Shri A. P. Singh vom Labor für chemische Behandlungen für den wertvollen Austausch bezüglich des für die Bleche aus rostfreiem Stahl angewendeten Reinigungsprozesses. Sie bedanken sich ferner für die technische Unterstützung durch Shri Ram Nihal Ram bei der metallographischen Probenpräparation.

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Received: 2020-06-04
Accepted: 2020-09-04
Published Online: 2021-02-19

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