A kénsav koncentrációjának és hőmérsékletének milyen specifikus kombinációja esetén szükséges egy 2,0 milliméteres 316-os rozsdamentes acél burkolat 5 watt/négyzetcentiméter alá csökkenteni a fémpácoló fürdők aktív korróziójának megelőzése érdekében?

Az acélgyárakban és a fémgyártó iparban fémpácoló fürdőkhöz elektromos merülő fűtőberendezéseket építő folyamatmérnökök a 316 rozsdamentes acél köpenyek egyik legkeményebb körülményeivel szembesülnek, amikor extrém hőmérsékleten kénsavval szembesülnek. A pácoló fürdőket általában 60-90 fokos hőmérsékleten és 10-25 %-os kénsav koncentrációban üzemeltetik, gyakran oldott vassókkal, ami tovább bonyolítja a korróziós viselkedést. A 2,0 mm-es falvastagságot gyakran választják meg, hogy lehetővé tegye a korróziót és mechanikai rugalmasságot biztosítson a fürdő turbulenciájával és a munkadarabbal való érintkezésével szemben. A normál, 8-12 W/cm2 wattsűrűséggel történő futás azonban azt eredményezi, hogy a köpeny felületi hőmérséklete 20-40 oC-kal magasabb, mint az ömlesztett fürdő hőmérséklete, ami ahhoz vezethet, hogy a köpeny aktív korróziós állapotba kerül, 5 mm-nél nagyobb korróziós sebességgel évente. Ebben a cikkben azonosítjuk azokat a hőmérséklet-koncentráció kombinációkat, amelyeknél a 2,0 mm-es 316-os burkolatot 5 W/cm2 alá kell csökkenteni, hogy a passzív korróziós rendszeren belül maradjon.

316 Rozsdamentes acél kénsavban: Átmenet passzívból aktívba
A 30. cikk kimondja, hogy a kénsavban a 316 rozsdamentes acél passzív -aktív átalakulása nagymértékben függ a hőmérséklettől és a koncentrációtól. Passzív üzemmódban a korrózió sebessége < 0,2 mm yr−1. Az aktív üzemmódban az arányok évi 5-20 mm. A pácoló fürdőkörülmények átmeneti határa egy bizonyos görbét követ. Az átmeneti hőmérséklet 10 százalék. a kénsav körülbelül 55 °C. 15%-nál 45 fokos átmenet. 20%-nál 38 fokra csökken. Akár 32 fokot is elérhet . - 25%. A 15%-os kénsavat tartalmazó, 70 fokos, ömlesztett fürdőben lévő fűtőtestnél az ömlesztett állapot önmagában már meghaladja a 45 fokos átmeneti hőmérsékletet – a fürdő aktívan korrozív a 316-os hőmérsékletre hőáram nélkül . 316 ilyen körülmények között nem megfelelő, függetlenül a falvastagságtól vagy a wattsűrűségtől. Azonban sok pácoló fürdő az átmeneti zónában van, ahol a tömegviszonyok passzívak, de a hőáram hatására megnövekedett burkolat felületi hőmérséklete a burkolatot aktív üzemmódba tolja. A hőmérséklet-növekedés az ömlesztett részről a köpeny felületére 25-30 fok körüli 2,0 mm-es tok esetén 10 W/cm²-nél. A 40 fokos ömlesztett fürdő 15%-os savval (passzív) 65-70 fokos köpenyfelületi hőmérsékletet eredményez, ami meghaladja a 45 fokos átmenetet, tehát aktív korrózió lép fel a köpeny felületén annak ellenére, hogy az ömlesztett fürdő passzív.

Kritikus leértékelési küszöbértékek 2,0 milliméteres burkolat
A 316 minta korróziós vizsgálatából adódó igények csökkentése a pácoló fürdőkhöz megfelelő hőmérsékleten és koncentrációban a következő. 2,0 mm-es falú köpeny. Az értékek azt a maximális wattsűrűséget jelentik, amely a burkolat felületi hőmérsékletét legalább 5 fokkal a passzív -aktív átmeneti hőmérséklet alatt tartja az adott tömegkoncentrációhoz.

Tömeges kénsav-koncentráció Tömeges fürdőhőmérséklet Passzív-Aktív átmeneti hőmérséklet ennél a koncentrációnál Maximális köpenyfelületi hőmérséklet (átmenet – 5 fok biztonsági ráhagyás)Max. Megengedett wattsűrűség 2,0 mm-re. Köpeny Javasolt működés 10% 30 fok 55 fok 50 fok 12 W/cm² Biztonságos normál wattsűrűség mellett
10% 40 fok 55 fok 50 fok 6 W/cm² Derate 10% 45 fok 55 fok 50 fok 3 W/cm2 Marginális; Fontolja meg az ötvözet javítását 10% 48 fok felett 55 fok 50 fok Nem lehetséges Titán vagy 20-as ötvözet
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Biztonságos közepes wattsűrűségben
15% 30 fok 45 fok 40 fok 6 W/cm² Lecsökkentés szükséges
15% 35 fok 45 fok 40 fok 2 W/cm2 Nem praktikus csereötvözet
15% 38 fok felett 45 fok 40 fok Nem lehetséges 316 nem praktikus
20% 20 fok 38 fok 33 fok 8 W/cm² Biztonságos alacsony wattsűrűség mellett
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Jelentős leértékelés 20% 28C felett 38C 33C Nem lehetséges 316 nem alkalmas
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 fok 32 fok 27 fok Nem lehetséges 20-as ötvözet vagy titán használata
Egy 15%-os kénsavas és 35 fokos ömlesztett hőmérsékletű tipikus pácolófürdőben a 2,0 mm-es 316-os hüvelynek 2 W/cm2 vagy az alatt kell lennie az aktív korrózió elkerülése érdekében. Ennél a watt-sűrűségnél a fűtőelem nem praktikusan hosszú fűtőberendezés lenne 10-20 kW átlagos teljesítményigényhez. Tehát a 316 nem megfelelő ehhez a szolgáltatáshoz. A mérnököknek fontolóra kell venniük az Alloy 20 (Carpenter 20) vagy az Alloy 825 használatát, amelyek passzív-aktív átmeneti hőmérséklete 30–50 fokkal magasabb, mint 316 kénsavban.

Tervezési változtatások az aktív korrózió megelőzése érdekében leértékelés nélkül
Ha a pácolófürdő körülményei közel vannak az átmeneti határhoz, és egy 2,0 mm-es 316-os burkolat már a helyén van, vagy szükséges, három tervezési beállítással elkerülhető az aktív korrózió anélkül, hogy a wattsűrűség a gyakorlati határok alá csökkenne. Az első a savkeringés javítása a fűtőfelületen. Az 1-2 m/s sebességű turbulens áramlás 25-30-ról 10-15 fokra csökkenti a köpenyfelület hőmérséklet-emelkedését, ami megakadályozhatja, hogy a köpeny elérje az átmeneti pontot. A második változtatás egy oxidálószer hozzáadása a fürdőhöz. Kis vas-ionok vagy hidrogén-peroxid hozzáadása 10-20 °C-kal eltolhatja a passzív{12}}aktív átmenetet magasabb hőmérsékletre, és visszatér a passzív viselkedéshez. A harmadik változás a kettős -watt-sűrűségű fűtőberendezés, amely a rétegződés miatt alacsonyabb teljesítménysűrűséggel rendelkezik a fürdő alsó részén, ahol a legmagasabb a hőmérséklet. A legtöbb pácoló fürdő alkalmazásnál a mérnöki megoldás a 316-ról egy ellenállóbb ötvözetre való frissítés. A 2,0 mm-es 316-os és az azonos méretű Alloy 20-as köpenyek közötti költségkülönbség jellemzően 30-50%, de az élettartam hónapról 5-10 évre javul. A pácoló fürdők fűtőberendezéseinek meghatározásakor a mérnököknek meg kell adniuk a szállítónak a fürdő teljes összetételét, a hőmérséklet-tartományt és a turbulencia várható mértékét. Ha a gyártó 316-ot ajánl 15%-os kénsavhoz 50 fokon, és nem beszél a leértékelésről vagy az aktív korrózió lehetőségéről, akkor nem ad hozzáértő tanácsot. A kénsavban a passzívról az aktív korrózióra való átállás gyors és kíméletlen. Az aktív korrózió során évente 5 mm-t veszítõ 2,0 mm-es burkolat kevesebb, mint 5 hónapon belül kilyukad. Leértékelés<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.