Kā karbīda daļiņu izmēru sadalījums 316 nerūsējošā tērauda sildītāju apvalkos pēc šķīduma atkvēlināšanas kontrolē starpgranulāro koroziju oksidējošās skābes vidēs

Sensibilizācijas pretestību regulējošais mikrostrukturālais aspekts

Karbīda daļiņu izmērs, sadalījums un nepārtrauktība pie graudu robežām ir izšķiroša nozīme, lai noteiktu, vai 316 nerūsējošā tērauda apvalkotas elektriskās sildīšanas caurules, kas pakļautas oksidējošām skābēm, piemēram, slāpekļskābei vai jauktām skābēm, kas satur hlorīdus, ir izturīgas pret starpgranulāro koroziju (IGC) vai sabojājas ar strauju graudu robežu uzbrukumu. Lielākā daļa karbīdu tiek izšķīdināti cietā šķīdumā pēc piemērotas šķīduma atkvēlināšanas 1040-1100 grādu temperatūrā, kam seko ātra rūdīšana, un tādējādi tiek iegūta tīra graudu robežstruktūra. Tomēr, ja dzesēšana no atkausēšanas temperatūras ir pārāk lēna vai ja materiāls pēc tam tiek atkārtoti uzkarsēts sensibilizācijas diapazonā (450–850 grādi), hroma karbīdi nogulsnējas pie graudu robežām. IGC jutība ir atkarīga no šo karbīdu daļiņu izmēra sadalījuma, ti, vai tie ir smalki un pārtraukti (zem 0,1 µm un atrodas vairāk nekā 1 µm attālumā viens no otra), vai rupji un nepārtraukti (veidojot praktiski pilnu plēvi gar robežu). Šeit ir kvantitatīvi izteikta saistība starp karbīda daļiņu izmēru, starpkristālu korozijas ātrumu un kalpošanas laiku oksidējošās skābes apstākļos.

Starpgranulu korozijas mehānisms no nepārtrauktiem karbīdiem

Hroma karbīdu (Cr 23 C 6 ) nogulsnēšanās 316 nerūsējošā tērauda graudu robežās izraisa hroma samazināšanos blakus esošajā matricā, un ap katru karbīda daļiņu veidojas hroma -noplicināta zona ar platumu aptuveni 50-200 nm. Ja atstatums starp karbīdiem ir mazs (mazāks par 0,5 µm starp daļiņām), izsīkuma zonas pārklājas un veido nepārtrauktu zema{11}}hroma līmeni gar graudu robežu. Tomēr oksidējošās skābēs (piem., . 65% slāpekļskābes vārīšanās laikā vai mazāk koncentrētās skābēs ar oksidējošām vielām) šis hroma-noplicinātais ceļš izšķīst 10–100 reizes ātrāk nekā ar hromu bagātās graudu iekšpuses, kas izraisa starpkristālu koroziju. Bojātās graudu robežas nedēļu vai mēnešu laikā var sarūsēt līdz 100 līdz 500 µm dziļumam, kā rezultātā apvalks pilnībā sadalās. Ja karbīdi ir lieli (0,5–2,0 µm) un plaši izplatīti (vairāk nekā 2–3 µm attālumā), noārdīšanās zonas nepārklājas un graudu robežās starp daļiņām ir pietiekami daudz hroma (virs 12 %), lai uzturētu pasivitāti. Karbīdiem šeit nav nozīmes starpkristālu korozijā. Galvenais mikrostrukturālais nosacījums ir ne tik daudz karbīdu klātbūtne, bet gan nepārtraukta tīkla veidošanās.

Kvantitatīvā saistība starp karbīda izmēru sadalījumu un IGC ātrumu

Kvantitatīvās attiecības starp karbīda daļiņu īpašībām un starpkristālu korozijas ātrumu ir noteiktas 316 caurulēm, kuras ir pakļautas sistemātiskai kontrolētai termiskai apstrādei, kam sekoja iegremdēšanas pārbaude verdošā 65 % slāpekļskābē (ASTM A262 prakse C). IGC ātrums ir mazāks par 0,1 mm/gadā pilnībā šķīdinātajā materiālā (nav redzamu karbīdu pie 1000x palielinājuma). Materiālam ar smalkiem, nepārtrauktiem karbīdiem (daļiņas 0,05–0,2 µm, atstatums < 0,3 µm) IGC ātrums ir 5–20 mm/gadā – pietiek, lai nedēļu vai mēnešu laikā iznīcinātu 1,5 mm sienu. Materiālam ar rupjiem, pārtrauktiem karbīdiem (daļiņas 0,5-1,5 µm, atstatums 2-5 µm) IGC ātrums ir mazāks par 0,5 mm gadā, kas ir piemērots daudziem pakalpojumiem. Karbīda daļiņu īpašību, termiskās apstrādes vēstures un paredzamās IGC veiktspējas korelācija oksidējošās skābēs ir apkopota tabulā zemāk.

Karbīda daļiņu izmērs, µm atstatums starp daļiņām, µm Karbīda morfoloģija Sensibilizācijas nosacījumi, atbilstoši ASTM A26265% HNO3 viršanas IGC ātrumam (mm/gadā Laiks līdz perforācijai (1,5 mm siena))|Ieteicams oksidējošās skābes pakalpojumam
N/A Pilnībā atkvēlināts ar šķīdumu Neviens nav konstatēts<0.1 >15 gadi Jā
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 Ļoti rupji Izolēts Nav sensibilizācijas<0.1 >15 gadi Jā
Šķīduma atkausēšanas temperatūras dzesēšanas ātruma nozīme

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 grādi/s sensibilizācijas diapazonā) nav laika karbīdiem veidot kodolu, pirms temperatūra nokrītas zem 450 grādiem, kur hroma difūzija ir nenozīmīga. Tādējādi tiek iegūta karbīda-bez vai ļoti rupja karbīda struktūra. Dzesēšanas ātrumu pēc sildītāja apvalku atkausēšanas nosaka sienas biezums un rūdīšanas vide. Caurules ar sieniņu biezumu no 1 līdz 2 mm var efektīvi dzēst ar ūdeni un sasniegt dzesēšanas ātrumu no 1000 līdz 2000 grādiem/s. Biezākas daļas (5 līdz 10 mm, piemēram, atloku bloki) atdziest lēnāk, un, lai nodrošinātu pietiekamu dzesēšanu, nepieciešama spēcīga ūdens strūkla vai polimēru dzesētāji. Sildītāja mezglos, kur lieli atloki ir piemetināti uz plāniem apvalkiem, iespējams, ka apvalks, atdzesējot, nejutīsies, bet atloks to radīs, tādējādi metināšanas savienojumā notiek IGC.

Karbīda izplatības un jutības pret IGC lauka pārbaude

Ir paredzētas trīs metodes, lai pārbaudītu piemērotu karbīda sadalījumu 316 apvalkotajiem sildītājiem oksidējošās skābes apkalpošanai. Pirmais ir kodināšanas tests ar skābeņskābi (ASTM A262 prakse A), kurā pulēts paraugs tiek elektrolītiski kodināts 10 % skābeņskābē. "Pakāpienu" struktūra (gludas graudu robežas) parāda labu mikrostruktūru. "Grāvju" struktūra (graudu robežās iegravētas tranšejas) norāda uz nepārtrauktiem karbīdiem un sensibilizāciju. Otrā procedūra ir vara -vara sulfāta- sērskābes tests (ASTM A262 prakse E), kurā izliektu paraugu iegremdē 24 stundas. Plaisa līkumā=apstiprināta sensibilizācija. Trešais veids ietver tiešu pulēta un iegravēta šķērsgriezuma izmeklēšanu ar 500–1000x palielinājumu, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu. Kvantitatīvi karbīda izmēru un atstarpi var izmērīt, izmantojot attēla analīzi. Iepirkumam izpildāmā kvalitātes nodrošināšana ir prasība sildītāja ražotājam apliecināt, ka apvalka materiāls atbilst ASTM A262 praksei A ar "pakāpju" struktūru un bez sensibilizācijas pazīmēm.

Sensibilizētu mikrostruktūru mazināšana

Ja tiek atklāts, ka 316 apvalka mikrostruktūra ir sensibilizēta (smalki, nepārtraukti karbīdi), ir trīs iespējas. Pirmā ir visa Šī terapija noņem karbīdus un atjauno IGC pretestību. Pabeigta sildītāja atkārtota-atkausēšana var sabojāt iekšējo MgO izolāciju, deformēt apvalku vai oksidēt iekšējās sastāvdaļas. Vēl viena alternatīva ir izmantot sildītāju tikai ne-oksidējošos apstākļos (piemēram, neitrālos hlorīdos, reducējošās skābēs), kur nenotiek starpkristālu korozija, jo zonas, kurās trūkst hroma, paliek pasīvas. Trešā alternatīva ir nomainīt sildītāju ar 316L (zems oglekļa saturs, zem 0,03 %). Zems oglekļa saturs arī novērš nepārtrauktu karbītu veidošanos ar lēnāku dzesēšanu, jo nav pietiekami daudz oglekļa, lai izgulsnētu nepārtrauktu tīklu. Oksidējošās skābes apkalpošanai ļoti ieteicams norādīt 316L, nevis parasto 316.

Secinājums: karbīda{0}}brīvo mikrostruktūru noteikšana skābes pakalpojumā

316 nerūsējošā tērauda iesaiņoto sildītāju pretkorozijas jutīgumu oksidējošās skābes vidē nosaka nevis karbīdu klātbūtne vai trūkums, bet gan to sadalījums pēc izmēra un nepārtrauktība. Smalki nepārtraukti karbīdi (daļiņu atstatums ir mazāks par 0,5 µm) rada pārklājas zonas bez hroma, kas erodējas par 5-20 mm gadā. Rupji, pārtraukti karbīdi (atstarpe > 2 µm) neizraisa IGC, jo deficīta zonas tiek atdalītas. Inženieriem, kas norāda slāpekļskābes, jauktu skābju vai citu oksidējošu vielu sildītājus, ir jāpieprasa pierādījums par atbilstošu karbīda izkliedi ar ASTM A262 testu un jānorāda 316L, lai piedāvātu papildu rezervi pret sensibilizāciju ražošanas laikā. Korelējot karbīda daļiņu izmēru un atstarpi ar izmērāmiem IGC ātrumiem, šeit sniegtā sistēma ļauj pircējiem izvēlēties 316 apvalkus, kas iztur starpgranulu uzbrukumu visnaidīgākajos skābes apstākļos.