Kā nem-metāla oksīda ieslēgumu tilpuma daļa pēc 316 sildītāja apvalka caurules kontroles bedres uzsākšanas vietas blīvuma ar vakuuma loka pārkausēšanu augstas-tīrības ūdenī 90 grādos

Populācijas iekļaušana kā vienīgais caurumu sākšanas mehānisms vidēs ar zemu{0}}hlorīdu saturu

With 316 stainless steel clad electric heating tubes in high purity water applications such as pharmaceutical water systems, semiconductor rinse tanks or high pressure boiler feedwater when the chloride levels are under 10 ppm, conventional chloride-induced pitting is not expected. However the pitting does occur in these conditions and the beginning sites are virtually solely non-metallic oxide inclusions (mainly alumina, Al2O3 and spinels) rather than manganese sulphides. The oxide inclusion volume fraction of a normal electric-arc furnace (EAF) 316 is usually 0.01–0.05%. Vacuum arc remelting (VAR) or electroslag remelting (ESR) reduce the oxide inclusion volume percentage to less than 0.002% (a 10-25 fold reduction). A 316 sheath with an oxide inclusion volume fraction >0,01% augstas tīrības ūdenī 90 grādu temperatūrā radīs 10-50 bedres/cm2 1000 stundās, bet VAR apstrādāts materiāls ar<0.002% inclusions is pit-free for >10 000 stundas. Šajā rakstā tika pētīta kalpošanas laika, bedres iniciācijas blīvuma un oksīda iekļaušanas tilpuma daļas ietekme uz augstas -tīrības pakāpes ūdeni.

Tērauda punktveida uzvedība, ko izraisa oksīda iekļaušanas mehānisms

Atšķirībā no mangāna sulfīda ieslēgumiem, kas ir elektroķīmiski aktīvi un izšķīdinot izraisa bedrīšu veidošanos, oksīdu ieslēgumi (Al2O3, MgO·Al2O3) ir inerti izolatori. Tiem ir mehāniska un ģeometriska loma bedrīšu veidošanās sākumā. Saskarne starp oksīda iekļaušanu un austenīta matricu atšķiras pēc termiskās izplešanās koeficienta (CTE Al2O3=8×10-6 / grāds pret . 316 ≈ 17 × 10-6 / grāds). Šī CTE neatbilstība rada atstarpi (plaisu) starp iekļaušanu un matricu pēc sildīšanas (līdz 90 grādiem) un dzesēšanas cikliem. Šī plaisa ir piepildīta ar ūdeni un hlorīda joniem (pat plkst<10 ppm) and constitutes the differential aeration cell that causes pitting. The pit then propagates by normal chloride driven mechanisms, but the bulk chloride is low. The number of pits is related to the number of oxide inclusions exposed at the surface.

Saistība starp oksīda ieslēguma tilpuma daļu un bedres blīvuma kvantitatīvo noteikšanu 90 grādos

Kontrolēti iegremdēšanas testi 316 caurulēm no dažādiem tērauda ražošanas procesiem (EAF, AOD, VAR) augstas tīrības ūdenī (8 ppm Cl⁻, 15 µS/cm vadītspēja, pH 7,0) 90 grādos 5000 stundas ir atklājuši šādus bedres iniciācijas blīvumus.

Normāla oksīda iekļaušanas tilpuma frakcija (%) tērauda ražošanas procesā. Ieslēgumu lieluma diapazons (µm) Bedres/cm² pēc 5000 stundām pie 90 grādiem Maksimālais bedres dziļums pēc 5000 h (µm) Laiks līdz pirmajai stabilai bedrei (h) Ieteicamais pakalpojums augstas tīrības ūdenim
VAR (vakuuma loka pārkausēšana)<0.002 1-5 <0.1 <10 >10 000 Labākais ESR (pārkausēts ar elektrošārņiem) 0.002-0.005 1-8 0.1-0.5 10-20 5,000-10 000 Izcils AOD (argona skābekļa dekarbonāts) 0.005-0.010 2-10 0.5-2 20-40 2,000–5000 Pieņemams
AOD + kalcija apstrāde 0.008-0.015 3-15 2-5 30-60 1, 000–3 000 Margināls
EAF (elektriskā loka krāsns, standarta) 0.015-0.030 5-25 5-20 50-100 500-1,500Nav ieteicams
EAF (slikta kvalitāte) 0.030-0.050 10-50 20-50 80-150 200-500 Nepieņemami
Hlorīda koncentrācijas ietekme uz iekļaušanu{0}}izraisīto urbumu veidošanās slieksni

Punktu veidošanās sākšanos pie oksīdu ieslēgumiem paātrina pat minimāla hlorīdu klātbūtne. Zemāk esošajā tabulā ir parādīts maksimāli pieļaujamais oksīda iekļaušanas tilpuma procents 5 gadu ekspluatācijai kā hlorīda koncentrācijas funkcija 90 grādu temperatūrā.

Hlorīda koncentrācija (ppm) Maksimālā pieļaujamā oksīda iekļaušanas tilpuma daļa (%) Piedāvātais tērauda ražošanas ceļš Alternatīva pārsniegšanas gadījumā<1 0.020 AOD or betterNone 1-5 0.010 AOD + calcium therapyNone 5-10 0.005 AOD (premium) or ESR None 10-20 0.003 ESR or VAR 316L with electropolishing 
20-50 0.002 VARU jauninājums uz 316 L, pasivēšana50<0.001 VAR + surface removal 316 not recommended for long life
316. iekļaušana-Kontrolēta specifikācija augstas tīrības ūdens pakalpojumam

Specifikācijās 316 apvalkotajiem sildītājiem, kas paredzēti augstas tīrības ūdens izmantošanai, iepirkuma dokumentos jāiekļauj tālāk norādītā informācija.

Pielietojums Maksimālais hlorīds (ppm) Nepieciešams tērauda ražošanas process Maksimālā oksīda iekļaušanas tilpuma daļa Pārbaudes metode
Farmaceitiskais WFI (ūdens injekcijām)<3 VAR or ESR <0.003% (30 ppm) ASTM E45 + SEM/EDS
Pusvadītāju skalošana (ultratīra)<1 VAR <0.002% (20 ppm) SEM/EDS of 10 fields 
Augstspiediena katla padeves ūdens-<5 ESR or AOD premium <0.005% (50 ppm) ASTM E45 Method A General high purity industrial <10 AOD with calcium treatment <0.010% (100 ppm) ASTM E45

Pircējiem, kuriem nepieciešama iekļaušana kontrolēta 316, ir trīs verifikācijas metodes. Pirmā ir ASTM E45 (standarta testa metodes tērauda iekļaušanas satura noteikšanai), vai nu A metode (sliktākais lauks), vai D metode (attēla analīze). Augstas tīrības pakāpes lietojumiem B tipa (alumīnija oksīda) ieslēgumiem ir noteikta maksimālā smaguma pakāpe 0,5. Otrais ir skenējošā elektronu mikroskopija (SEM) ar enerģiju izkliedējošu rentgenstaru spektroskopiju (EDS) uz pulēta šķērsgriezuma (500–1000 ×), skaitot ieslēgumus 10 redzes laukos. Pieņemšanas slieksnis ir mazāks par 10 ieslēgumiem uz mm 2, kas lielāks par 2 µm. Trešais tests ir vienkāršots iegremdēšanas tests, kurā cauruļu paraugs tiek iegremdēts augstas tīrības ūdenī (10 ppm Cl⁻) 90 grādu temperatūrā 1000 stundas. Ja ir redzamas bedres, iekļaušanas saturs ir pārāk augsts.

Oksīda ieslēgumu iedobumu lauka identifikācija

Oksīdu ieslēgumi ir iespējamais iemesls 316 sildītāja bedrēm augstas kvalitātes ūdenī, kurā hlorīdu saturs ir mazāks par 10{11}}20 ppm. Mikroskopiski (200-500×) bedres vietā tiks atklāts Al 2 O 3 vai spinela ieslēgums bedres centrā, ieslēgums bieži vien ir daļēji izkustējies. Bedrītes ir niecīgas (diametrs 10–100 µm), daudz un vienmērīgi izvietotas. Bedres centra EDS pārbaude pārbauda O un Al. Šo problēmu risinājums ir norādīt VAR vai ESR-grade 316 turpmākiem pirkumiem. Sildītājs nav labojams, un tas ir jāaizstāj ar iekļaušanas kontrolētu cauruli.

Secinājums: VAR/ESR 316 apzīmējums augstas tīrības ūdens pakalpojumam

316 nerūsējošā tērauda iesaiņotiem sildītājiem augstas tīrības ūdenī (hlorīdi<10 ppm) at 90°C, the dominant pitting initiation mechanism is galvanic crevice attack at non-metallic oxide inclusions. Standard EAF steel with 0.015-0.03% oxide inclusion volume fractions produces 5-20 pits/cm2 and perforation in 2-5 years in 5,000 hours. VAR or ESR processing decreases the oxide inclusion volume percentage to <0.002-0.005% and increases the pit-free life to >10 000 stundas. Ja 316 apvalki ir norādīti izmantošanai farmācijas, pusvadītāju vai ultra-tīra ūdens sildīšanas lietojumos, tad inženieriem ir nepieciešams VAR vai ESR kategorijas materiāls un jāpārbauda iekļaušanas saturs atbilstoši ASTM E45 ar smaguma ierobežojumiem.<0.5 for Type B inclusions. The framework described correlates oxide inclusion volume percentage with measurable pit initiation density and service life. Buyers may now select 316 tubing that resists pitting even in the most aggressive high purity water situations.