Kā primārā delta ferīta tilpuma daļa 316 l sildītāja apvalka caurulē kontrolē dubļu veidošanās izplatīšanās ātrumu skābā hlorīda šķīdumos (pH 3, 1000 ppm Cl⁻) 50 grādu temperatūrā

Preferenciālais pavairošanas ceļš: ferīta fāze

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 >3-5% bedres izplatīšanās ātrums palielinās līdz 0,5–1,5 mm/gadā, kas ir pietiekami, lai pēc 1–3 gadiem caurdurtu 1,5 mm sienu. Šajā darbā novērtēta saikne starp delta ferīta saturu un bedres izplatīšanās ātrumu skābā hlorīda šķīdumos.

Ferīta selektīvās šķīdināšanas mehānisms

Pasīvā plēve uz austenīta ir relatīvi noturīga skābā hlorīda šķīdumos (pH 3, 1000 ppm Cl−), jo tajā ir lielāks molibdēna saturs un virspuse ir centrēta kubiskā (FCC) struktūra. Delta ferīta BCC struktūra noved pie mazāk stabilas pasīvās plēves, īpaši zemā pH. Turklāt ferīta pasīvajai plēvei ir mazāk molibdēna bagātināšanas nekā austenītam. Kad ir izveidota bedre un izveidota lokāla skāba vide (pH parasti samazinās līdz 1-2), ferīta fāze izšķīst 2–10 reizes ātrāk nekā apkārtējais austenīts. Ja ferīta graudi ir saistīti (stingrāku morfoloģija), bedre var ātri izplatīties pa šiem labvēlīgajiem ceļiem. Ja ferīts pastāv kā izolētas lodveida salas, bedre ir atkārtoti jāiesaista austenītā starp ferīta plankumiem, tādējādi palēninot kopējo izplatīšanos.

Kvantitatīvā attiecība starp delta ferīta tilpuma daļu un bedres izplatīšanās ātrumu

Kontrolētā elektroķīmiskā testēšana 316L paraugiem ar dažādām delta ferīta koncentrācijām (alternatīva ķīmija vai termiskā apstrāde) pH 3, 1000 ppm Cl- šķīdumā 50 grādu temperatūrā ar mākslīgām bedrēm, kas veidojas pie standartizētiem defektiem, ir izveidojuši šādus bedrēs izplatīšanās ātrumus .

Delta ferīta tilpuma frakcija (%) Ferīta morfoloģijas bedres izplatīšanās ātrums (mm/gadā) pie pH 3, 1000 ppm Cl-, 50 grādi Laiks līdz 1,5 mm perforācijai no iniciācijas (gados) Relatīvais izplatīšanās ātrums (Ferīta{6}}Bezmaksas pakalpojums)<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 lodveida, reti 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× Pieņemams
1,0–2,0 jaukts (lodveida + īsas stīgas) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× malas
2,0–3,0 Īsas stīgas 0.50-0.90 1.7-3 5.0× Nav ieteicams
3,0–5,0 Savienotie virknes 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0× Nr
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× Nav pieņemams
Ferīta selektivitāte pie skābes pH

Zemāks pH palielina ferīta šķīdināšanas selektivitāti. Ferīts un austenīts tiek izšķīdināti līdzīgā ātrumā pie paaugstināta pH.

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%

Ieteicamie delta ferīta ierobežojumi 316 l apvalkotiem sildītājiem, kas darbojas skābā hlorīda vidē (pH 2-4, 500–2000 ppm Cl-) 40–60 grādu temperatūrā.

Pakalpojuma vide pH diapazons Hlorīds (ppm) Temperatūra ( grāds ) Maksimālais pieļaujamais delta ferīts (%) Ieteicamā tērauda ražošanas prakse
Viegli skābs (piem., nedaudz dzesēšanas ūdens)4.5-5.5 500-1, 000 40 3% AOD standarts
Mēreni skābs (piemēram, daži rūpnieciskie notekūdeņi) 3.5-4.5 500-1,500 50 2% AOD ar ķīmisku kontroli
Agresīva skāba (piemēram, kodināšanas skalošana) 2.5-3.5 1,000-2,000 50 1% 316L ar augstu Ni (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)
Ļoti smaga (pH<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825 
Delta ferīta satura pārbaude

Ja skābes hlorīda pakalpojumam pircējiem ir nepieciešams zema ferīta 316L, ir trīs pārbaudes metodes:

Nesagraujošs mērījums{0}} Magnētiskās indukcijas metode Feritoskops Pieņemšana:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.

Metalogrāfiskais šķērsgriezums, kodinātājs, piemēram, Beraha reaģents, krāsas ferīta brūnā/zilā krāsā ASTM E562 Attēlu analīze Pieņemšana, ja nepieciešams.

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

Paātrināta bedru veidošanās ar ferītu: lauka identifikācija

Kad 316 L sildītājs saplīst, iedarbojoties ar skābes hlorīdu, ferīts paātrina bedrīšu veidošanos, un rezultātā radušās bedres mikroskopā šķiet nevienmērīgas un sazarojušās, parasti sekojot stringer{1}}veida paraugiem. Metalogrāfiskajā-šķērsgriezumā bedre atklās no bedres gala izplūstošo delta ferīta virkņu izšķīšanu, kas noved pie "pirkstam-līdzīga" vai "sakne{5}}līdzīga" morfoloģijas. Bedres sienas EDS analīze uzrādīs mazāk molibdēna izšķīdušajās vietās (kā paredzēts ferīta šķīdināšanas gadījumā). Risinājums turpmākajiem pirkumiem ir norādīt zemu-ferītu (mērķis<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.

Secinājums: Skābā hlorīda pakalpojums ar zemu ferīta specifikāciju

Delta ferrite volume fractions >1-3% palielina bedres izplatīšanās ātrumu par koeficientu 3-8 316 l nerūsējošā tērauda sildītājiem skābā hlorīda šķīdumos (pH 3, 1000 ppm Cl-) pie 50 grādiem, saīsinot laiku līdz perforācijai no 5-10 gadiem līdz 1-3 gadiem. Skābā vidē ferīta fāze izšķīst ātrāk, izraisot ātrgaitas tīklu attīstību bedres veidošanai. Inženieriem, kas nosaka 316 L apvalkus kodināšanas vannām, skābju raktuvju drenāžai vai rūpnieciskajiem skābajiem notekūdeņiem, ir jāierobežo delta ferīts līdz<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.