Hogyan működik a keményfém részecskeméret-eloszlása ​​a 316 rozsdamentes acél fűtőburkolatban az oldás utáni izzítást követően a szemcseközi korrózióra való érzékenység szabályozása oxidáló savas környezetben

Az érzékenyítéssel szembeni ellenállást szabályozó mikrostrukturális szempont

A karbid részecskék mérete, eloszlása ​​és folytonossága a szemcsehatárokon kritikus fontosságú annak meghatározásában, hogy a 316 rozsdamentes acél burkolatú elektromos fűtőcsövek, amelyek oxidáló savaknak, például salétromsavnak vagy kloridokat tartalmazó kevert savaknak vannak kitéve, ellenállnak-e a szemcseközi korróziónak (IGC), vagy meghibásodnak-e a szemcsehatárok gyors támadásával. A legtöbb karbid 1040-1100 fokos megfelelő oldatos izzítást követően szilárd oldatba oldódik, majd gyors kioltás következik, és így tiszta szemcsehatár-szerkezetet kapunk. Ha azonban az izzítási hőmérsékletről való lehűlés túl lassú, vagy ha az anyagot ezt követően újra felmelegítik az érzékenyítési tartományba (450-850 fok), akkor a szemcsehatárokon króm-karbidok válnak ki. Az IGC-érzékenység ezeknek a karbidoknak a részecskeméret-eloszlásától függ, azaz attól, hogy finomak és nem folytonosak (0,1 µm alattiak és 1 µm-nél nagyobb távolságra vannak egymástól), vagy durvák és folytonosak (a határ mentén gyakorlatilag teljes filmet alkotnak). Itt van számszerűsítve a karbid részecskék mérete, a szemcseközi korrózió sebessége és az oxidáló savas körülmények között fennálló élettartam közötti összefüggés.

A szemcseközi korrózió mechanizmusa folytonos karbidokból

A króm-karbidok (Cr 23 C 6 ) kicsapódása a 316-os rozsdamentes acél szemcsehatárain a szomszédos mátrix krómtartalmának kimerülését eredményezi, és minden karbidszemcse körül körülbelül 50-200 nm széles króm-szegény zóna képződik. Ha a karbidok közötti távolság kicsi (kevesebb, mint 0,5 µm a részecskék között), a kimerülési zónák átfedik egymást, és folyamatos alacsony krómútvonalat alkotnak a szemcsehatár mentén. Azonban az oxidáló savakban (pl. . 65% salétromsav forrásban vagy kevésbé tömény savak oxidáló anyagokkal) ez a króm-kimerült út előnyösen 10-100-szor gyorsabban oldódik, mint a krómban gazdag szemcsék belsejében, ami szemcseközi korrózióhoz vezet. A sérült szemcsehatárok heteken vagy hónapokon belül 100-500 µm mélységig korrodálódhatnak, ami a hüvely teljes szétesését eredményezheti. Ha a karbidok nagyok (0,5-2,0 µm) és széles körben elterjedtek (több mint 2-3 µm távolságra egymástól), a kimerülési zónák nem fedik át egymást, és a szemcsehatáron elegendő króm van (12% felett) a részecskék között a passzivitás fenntartásához. A karbidok itt nem játszanak szerepet a szemcseközi korrózióban. A legfontosabb mikroszerkezeti feltétel nem annyira a karbidok jelenléte, hanem inkább a folyamatos hálózat kialakítása.

Kvantitatív kapcsolat a keményfém méreteloszlása ​​és az IGC sebessége között

Kvantitatív összefüggéseket állapítottak meg a karbid részecskék tulajdonságai és a szemcseközi korrózió sebessége között a szisztematikusan szabályozott hőkezelésnek alávetett 316-os csövek esetében, amelyeket forró 65%-os salétromsavba merítési vizsgálat követett (ASTM A262 gyakorlat C). A teljesen oldatban lágyított anyagban 0,1 mm/év alatti IGC-arány figyelhető meg (1000-szeres nagyításnál nincsenek látható karbidok). A finom, folytonos karbidokat tartalmazó anyagok (részecskék 0,05-0,2 µm, távolságok < 0,3 µm) IGC-sebessége 5-20 mm/év – elegendő egy 1,5 mm-es fal elpusztításához hetek-hónapok alatt. A durva, nem folytonos karbidokat tartalmazó anyagok (részecskék 0,5-1,5 µm, távolság 2-5 µm) IGC-értéke kevesebb, mint 0,5 mm évente, ami számos szolgáltatásra alkalmas. A karbidrészecskék tulajdonságainak, a hőkezelési előzménynek és az oxidáló savakban várható IGC-teljesítménynek az összefüggését az alábbi táblázat foglalja össze.

Keményfém részecskeméret, µm A részecskék közötti távolság, µm Keményfém morfológia Szenzibilizációs állapot, ASTM A26265% HNO3 Forrás IGC sebesség szerint (mm/év Perforációig eltelt idő (1,5 mm-es fal)|Oxidálósav szolgáltatáshoz ajánlott
N/A Teljesen oldatban lágyított Nincs észlelve Pass<0.1 >15 év Igen
0.02-0.10 <0.2 Continuous film Severe sensitisation 10-20 1-3 monthsNo 0.10-0.25 0.2-0.5 Almost continuousmoderate sensitisation 5-10 2-6 monthsNo 0.25-0.50 0.5-1.0 Discontinuous yet frequentMild sensitisation 1-5 3-12 monthsMarginal 0.50-1.00 1.0-2.0 Discontinuous Slight sensitisation 0.5-1.0 1-3 yearsSuitable for light duty
2.0-5.0 1.00-2.00 Single particlesNo Sensitisation (Carbides Present) 0.1-0.5 3-15 yearsYes (with supervision)2.00 >5.0 Nagyon durva Izolált Nem okoz túlérzékenységet<0.1 >15 év Igen
Az oldat izzítási hőmérsékletének hűtési sebességének szerepe

It is found that the transition from a desirable coarse, discontinuous carbide distribution to an unsatisfactory fine, continuous distribution is mostly governed by the cooling rate from solution annealing temperature. When 316 is slowly cooled from 1040 °C (e.g. in still air or in the furnace) carbides nucleate lavishly since the material is in the sensitisation region (450-850 °C) for minutes instead of seconds. The high nucleation rate yields many tiny carbides with close spacing. 316 rapidly quenched (water quench, cooling rate >500 fok/s az érzékenyítési tartományon túl) nincs ideje a karbidoknak magképződni, mielőtt a hőmérséklet 450 fok alá csökkenne, ahol a króm diffúziója jelentéktelen. Ez keményfém-mentes vagy nagyon durva keményfém szerkezetet eredményez. A fűtőburkolatok izzítása utáni hűtési sebességet a fal vastagsága és az oltóközeg határozza meg. Az 1-2 mm falvastagságú csövek hatékonyan olthatók vízzel, és 1000-2000 fok/s hűtési sebességet érhetnek el. A vastagabb részek (5-10 mm, pl. karimás blokkok) lassabban hűlnek, és erőteljes vízpermetet vagy polimer oltóanyagokat igényelnek a megfelelő hűtés érdekében. Azokban a fűtőberendezésekben, ahol nagy karimákat hegesztenek vékony burkolatokhoz, előfordulhat, hogy a burkolat nem hűtéskor érzékennyé válik, de a karima igen, így a hegesztési kötésnél IGC lép fel.

A keményfém eloszlás és az IGC-re való érzékenység helyszíni ellenőrzése

Három módszer áll rendelkezésre a karbid megfelelő eloszlásának ellenőrzésére a 316 tokozott fűtőtestek oxidáló sav szolgáltatásához. Az első az oxálsavas maratási teszt (ASTM A262 Practice A), amelynek során egy polírozott mintát elektrolitikusan maratnak 10%-os oxálsavban. A "lépcsős" szerkezet (sima szemcsehatárok) jó mikroszerkezetet mutat. Az „árok” szerkezet (maratott árkok a szemcsehatárokon) folyamatos keményfémekre és érzékenységre utal. A második eljárás a réz-réz-szulfát-kénsav-teszt (ASTM A262 Practice E), amelyben egy hajlított mintát 24 órára bemerítenek. Repedés a kanyarban=megerősítette az érzékenységet. A harmadik módszer egy polírozott és maratott keresztmetszet közvetlen vizsgálata 500-1000×-es nagyítással pásztázó elektronmikroszkóp segítségével. Kvantitatívan a karbid mérete és távolsága képanalízissel mérhető. A beszerzésnél a végrehajtható minőségbiztosítás megköveteli, hogy a fűtőberendezés gyártója igazolja, hogy a burkolat anyaga megfelel az ASTM A262 Practice A szabványnak, „lépcsős” szerkezettel, és nincs szenzibilizáció jele.

Az érzékeny mikrostruktúrák enyhítése

Ha a 316-os hüvely mikroszerkezetét érzékenynek találják (finom, folytonos karbidok), három lehetőség közül választhat. Az első az egész fűtő-1040-1100 fokos újramelegítése, majd a gyors vízhűtés. Ez a terápia eltávolítja a karbidokat és helyreállítja az IGC ellenállást. A kész fűtőtest újralágyítása károsíthatja a belső MgO szigetelést, deformálhatja a burkolatot vagy oxidálhatja a belső alkatrészeket. Egy másik alternatíva, hogy a fűtőberendezést kizárólag nem -oxidáló körülmények között (pl. semleges kloridok, redukáló savak) használják, ahol nem lép fel szemcseközi korrózió, mivel a krómszegény zónák passzívak maradnak. A harmadik alternatíva a fűtőelem cseréje 316 literesre (alacsony szén-dioxid, 0,03 % alatt). Az alacsony széntartalom elkerüli a folyamatos karbitok lassabb hűtéssel történő előállítását is, mivel nincs elég szén a folyamatos hálózat kicsapásához. Az oxidáló sav szervizeléséhez erősen ajánlott a 316L megadása a szokásos 316 helyett.

Következtetés: Karbid{0}}mentes mikrostruktúrák meghatározása az Acid Service-ben

A 316 rozsdamentes acélból készült fűtőtestek szemcseközi korrózióérzékenységét oxidáló savas környezetben nem a karbidok jelenléte vagy hiánya határozza meg, hanem méreteloszlásuk és folytonosságuk. A finom, folytonos karbidok (a részecsketávolság kisebb, mint 0,5 µm) átfedő krómmentes zónákat eredményez, amelyek évente 5-20 mm-rel erodálódnak. A durva, nem folytonos karbidok (távolság > 2 µm) nem indukálnak IGC-t, mivel a hiányos zónák elkülönülnek. A salétromsavhoz, kevert savakhoz vagy más oxidáló közegekhez fűtőberendezéseket előíró mérnököknek meg kell követelniük a megfelelő karbid-diszperzió igazolását az ASTM A262 teszttel, és meg kell határozniuk a 316L-t, hogy további védelmet biztosítsanak a gyártás során bekövetkező túlérzékenység ellen. A keményfém részecskeméretnek és a térköznek a mérhető IGC-arányokhoz való viszonyításával az itt megadott keret lehetővé teszi a vásárlók számára, hogy 316 hüvelyt válasszanak ki, amelyek ellenállnak a szemcsék közötti támadásnak a legrosszabb savas körülmények között is.