Hogyan szabályozza a 316 literes fűtőhüvelyes csőben lévő primer delta-ferrit térfogatfrakciója a lyukképződés terjedési sebességét savas klorid oldatokban (pH 3, 1000 ppm Cl⁻) 50 fokon

Kedvezményes terjedési út: A ferrit fázis

The amount of delta ferrite retained in the austenite matrix-typically 0-5% for 316L-is the direct controlling factor for pitting propagation rates once pits initiate for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes operating in acidic chloride environments (e.g., pickling baths, acid mine drainage, or industrial effluent with pH 3 and chloride concentration of 1,000 ppm). The initial event leading to a pit may take place at a sulphide or oxide inclusion but the following expansion of the pit is highly affected by the presence of delta ferrite. Delta ferrite has less molybdenum (usually 1.5-2.0% Mo compared to 2.0-2.5% Mo in austenite) and creates a less stable passive film in acidic environments. The ferrite phase is selectively dissolved when a pit hits a ferrite grain or a ferrite-austenite phase boundary, forming a fast-path network that enhances pit growth. For delta ferrite volume fractions less than 0.5% the pits propagate at 0.1-0.3 mm/year. At ferrite fractions >3-Az 5%-os gödör terjedési sebessége 0,5-1,5 mm/év értékre emelkedik, ami 1-3 év elteltével elegendő egy 1,5 mm-es fal perforálásához. Jelen munka a delta-ferrit-tartalom és a gödör terjedési sebessége közötti kapcsolatot vizsgálja savas klorid oldatokban.

A ferrit szelektív oldódásának mechanizmusa

Az auszteniten lévő passzív film a savas klorid oldatokban (pH 3, 1000 ppm Cl−) viszonylag perzisztens, mivel nagyobb molibdéntartalma és felületközpontú köbös (FCC) szerkezete van. A delta-ferrit BCC szerkezete kevésbé stabil passzív filmet eredményez, különösen alacsony pH-n. Ezenkívül a ferrit passzív film kevésbé dúsítja a molibdént, mint az ausztenit. Amint egy gödör keletkezik, és helyi savas környezet jön létre (a pH általában 1-2-re csökken), a ferritfázis 2-10-szer gyorsabban oldódik fel, mint a környező ausztenit. Ha a ferritszemcsék összekapcsolódnak (stinger morfológia), a gödör gyorsan terjedhet ezeken a kedvelt utakon. Ha a ferrit izolált gömbszigetek formájában létezik, a gödröt a ferritfoltok között újra kell indítani ausztenitben, ezzel lassítva az általános terjedést.

Számszerűsített kapcsolat a delta-ferrit térfogatfrakciója és a gödör terjedési sebessége között

Változatos delta-ferrit koncentrációjú 316 literes próbatestek ellenőrzött elektrokémiai vizsgálata (alternatív vegyszerek vagy hőkezelések) pH 3-ban, 1000 ppm Cl- oldatban 50 fokon, standardizált hibákon kialakított mesterséges gödrökkel, a következő gödör terjedési sebességeket állapította meg.

Delta-ferrit térfogatfrakció (%) Ferrit morfológia gödör terjedési sebessége (mm/év) pH 3 mellett 1000 ppm Cl-, 50 fok Idő 1,5 mm-ig perforáció a kezdettől (év) Relatív terjedési sebesség (Ferrit{6}}Ingyenes szolgáltatás)<0.2 (completely austenitic)None 0.10-0.20 7.5-15 1.0× Yes 0.2-0.5Isolated globular 0.15-0.30 5-10 1.5x Yes
0,5-1,0 Gömbös, ritka 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× Elfogadható
1,0-2,0 vegyes (gömb alakú + rövid húrok) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× Marginális
2,0-3,0 Rövid húrok 0.50-0.90 1.7-3 5.0× Nem ajánlott
3,0-5,0 csatlakoztatott karakterláncok 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0× Nem
5.0-7.0 Continuous stringers/network 1.20-2.00 0.75-1.25 12× Not acceptable7.0 Fully interconnected >2.00 <0.75 >15× Nem elfogadható
Ferritszelektivitás savas pH-n

Az alacsonyabb pH növeli a ferrit oldódási szelektivitását. A ferrit és az ausztenit hasonló sebességgel oldódik megemelt pH-n.

pH (50°C) Propagation Rate Ratio (Ferrite/Austenite) Critical Ferrite Volume Fraction for 1.5 mm/year Propagation Rate (%)Practical Specifications for 316L in Acidic Chloride Service Recommended Maximum Ferrite for 5-Year Life 5.0 1.5 >8 5% 4.0 2.5 >6 3% 3.0 5.0 >3-4 1.5% 2.5 8.0 >2-3 1% 2.0 12.0 >1-2 0.5% 1.5 20.0 >0.5-1 0.2%

Javasolt delta-ferrit határértékek savas kloridos környezetben (pH 2-4, 500-2000 ppm Cl-) 40-60 fokon működő 316 literes tokozott fűtőtestekhez.

Szolgáltatási környezet pH-tartomány Klorid (ppm) Hőmérséklet ( fok ) Maximálisan megengedett delta-ferrit (%) Acélgyártási gyakorlat ajánlott
Enyhén savas (pl. némi hűtővíz)4.5-5.5 500-1, 000 40 3% AOD szabvány
Mérsékelten savas (pl. némi ipari szennyvíz) 3.5-4.5 500-1,500 50 2% AOD vegyszeres szabályozással
Agresszív savas (pl. pácoló öblítés) 2.5-3.5 1,000-2,000 50 1% 316L magas nikkel (12-13%)
2.0-3.0 500-1,000 40 0.5% Fully austenitic 316L (Ni >12,5%, Kr<17%) Severe acidic (e.g. acid mine drainage)
Nagyon súlyos (pH<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825 
Delta Ferrit tartalomellenőrzés

Ha alacsony ferrit 316L-re van szükség a vevők savklorid-szolgáltatásához, három ellenőrzési módszer létezik:

Nem-roncsolásos mérés Mágneses indukciós módszer Ferritoszkóp Elfogadás:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.

Metallográfiai keresztmetszet, maratószer, pl. Beraha reagens, színek ferritbarna/kék ASTM E562 Képelemzés Elfogadás, igény szerint.

Chemical composition using DeLong diagram Calculate Cr and Ni equivalents For low ferrite aim for Ni eq >12,5, Cr ekv<19.

Gyorsított pitting ferrittel: Mező azonosítás

Amikor egy 316 literes fűtőberendezés elromlik a savas kloridos kezelés során, a ferrit felgyorsítja a gödrök kialakulását, és az így keletkező gödrök mikroszkóp alatt egyenetlennek és elágazónak tűnnek, jellemzően stringer{1}}mintákat követve. A metallográfiai keresztmetszeten-a gödör a gödör hegyéből kiinduló delta-ferritszálak preferenciális feloldódását mutatja, ami „ujj-szerű” vagy „gyökér{5}}szerű” morfológiát eredményez. A gödörfal EDS analízise kevesebb molibdént mutat az oldott területeken (ahogy az a ferrit oldódása esetén várható). A jövőbeli vásárlások megoldása az alacsony-ferrit (cél<1%) 316L with high nickel (11.5-13%) and lower chromium (16-16.5%). Or upgrade to a fully austenitic grade such as 904L (which includes no delta ferrite) or Alloy 825.

Következtetés: Acid chloride szolgáltatás alacsony ferrit specifikációval

Delta ferrite volume fractions >1-3%-kal növeli a gödör terjedési sebességét 3-8-szorosára a 316 literes rozsdamentes acélból készült fűtőtesteknél, savas kloridoldatokban (pH 3, 1000 ppm Cl-) 50 fokon, 5-10 évről 1-3 évre lerövidítve a perforációig eltelt időt. Savas közegben a ferrit fázis gyorsabban oldódik, ami gyors úthálózatok kialakulásához vezet a gödörképződéshez. Azoknak a mérnököknek, akik 316 literes burkolatokat írnak elő pácfürdőkhöz, savas bányák elvezetéséhez vagy ipari savas szennyvízhez, korlátozniuk kell a delta-ferrit<1-2% for moderate service and <0.5% for aggressive use. If pH is below 3 or chloride is above 2,000 ppm upgrade to Alloy 20 (32Ni-20Cr-2Mo-Cu) or Alloy 825 (42Ni-21Cr-3Mo). The methodology proposed here, which relates delta ferrite volume percentage to measurable rates of pit propagation in acidic chloride conditions, enables customers to specify 316L tubing with a minimised risk for accelerated pitting due to the ferrite-selective dissolution mechanism.