Kā primārā titāna nitrīda (TiN) ieslēgumu tilpuma daļa 316 l sildītāja apvalka caurulēs kontrolē urbumu veidošanās vietas hlorētā jūras ūdenī 40 grādu temperatūrā

Bojājumu{0}}izturīgākā iekļaušana oksidējošos apstākļos

The use of chlorine (normally 0.5-2 ppm residual) as a biocide results in highly oxidising conditions for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in chlorinated seawater service (e.g., marine heat exchangers, cooling systems for coastal power plants or offshore platform heaters). Under these conditions, the common pitting initiators, manganese sulphide (MnS) inclusions, are oxidised rapidly and dissolved, but primary titanium nitride (TiN) inclusions become the dominant pitting initiator sites. TiN inclusions are hard, angular and electrically conducting. During solidification , precipitation of chromium-rich carbides and nitrides occurs leading to depletion of chromium and molybdenum at their edge in the surrounding austenite matrix . TiN inclusions >5-10 µm kodola bedres hlorētā jūras ūdenī 40 grādu temperatūrā 500-1000 stundās. Materiāls ar TiN tilpuma daļām<0.001% (essentially TiN free) remains pitting free for >10 000 stundas. Šajā rakstā ir novērtēta statistiskā saikne starp TiN iekļaušanas saturu, bedres iniciācijas blīvumu un kalpošanas laiku hlorētā jūras ūdenī.

Alvas izraisīta bedrīšu veidošanās oksidējošos apstākļos: mehānistisks pētījums

Titānu bieži pievieno 316L kā stabilizējošu elementu (316Ti) vai kā titāna-deoksidētā tērauda ražošanas blakusproduktu. Sacietēšana augstā temperatūrā izraisa titāna nitrīda (TiN) primāro ieslēgumu veidošanos, kas parasti ir 2-20 µm lieli un tiem ir leņķiska kubiskā forma. Kamēr MnS aktīvi šķīst, TiN ir termodinamiski stabils austenīta matricā. Tomēr TiN{10}}matricas saskarnei ir dažādas funkcijas, kas veicina punktu veidošanu. Pirmkārt, sacietēšanas laikā augstā temperatūrā nogulsnējas titāna nitrīdi, un apkārtējais šķidrais tērauds zaudē hromu un molibdēnu, veidojot 0,5-3 µm platu izšķīdušās vielas -nabadzīgo zonu, kurā Cr saturs ir tikai 12-14% (pret{13}}). Otrkārt, pati TiN daļiņa ir pusvadoša un var darboties kā katods, tādējādi izraisot blakus esošās matricas anodisku izšķīšanu. Treškārt, TiN leņķiskā forma iekļaušanas matricas saskarnē rada plaisu. Hlorētā jūras ūdenī (augsts oksidācijas potenciāls) TiN daļiņa darbojas kā ļoti efektīvs katods, un tās tuvumā esošā matrica, kurā ir noplicināts hroms, labāk izšķīst.

TiN tilpuma daļas un punktkorozijas korelācija hlorētā jūras ūdenī

Kontrolētā iedarbības pārbaude 316 L caurulēm ar dažādu TiN iekļaušanas saturu (no dažādām tērauda ražošanas procedūrām) ir parādījusi šādus bedres iniciācijas blīvumus sintētiskā hlorētā jūras ūdenī (brīvais hlors 1,5 ppm, 20 000 ppm Cl -, pH 8,0) pie 40 stundām 40 grādi.

Alvas iekļaušanas tilpuma daļa (％) Alvas ieslēguma lieluma diapazons (µm) Alvas morfoloģija Bedres blīvums pēc 5000 stundām (bedres/cm2) Maksimālais bedres dziļums pēc 5000 stundām (µm) Laiks līdz pirmajai stabilai bedrei (stundas) Ieteicamais hlorētais jūras ūdens<0.0005 (Ti-free 316L) None None <0.1 <10 >10,000 Best 0.0005-0.001 1-3 Few, fine 0.1-0.5 10-25 5,000-10,000 Excellent 0.001-0.002 2-5 Scattered 0.5-2 20-40 2,000-5,000 Acceptable 0.002-0.005 3-8 Moderate 2-5 30-60 1,000-2,000 Marginal 0.005-0.010 5-12 Frequent 5-15 50-80 500-1,000 Not recommended 0.010-0.020 8-15 Numerous, angular 15-40 60-100 200-500 Unacceptable >0.020 >15 Extensive, clusters >40 >100 <200 Unacceptable
TiN un MnS ieslēgumu salīdzinājums hlorētā vidē

Hlorēšana krasi maina dažāda veida ieslēgumu relatīvo agresivitāti. Tālāk esošajā tabulā ir salīdzināta bedrīšu veidošanās no MnS un TiN nehlorētā un hlorētā jūras ūdenī 40 °C temperatūrā.

Iekļaušanas veids Tilpuma frakcija (%) Nehlorēta jūras ūdens bedrīšu veidošanās ātrums (mm/gadā) Punktu veidošanās ātrums hlorētā jūras ūdenī (1,5 ppm Cl2, mm/gadā) Kļūmes režīma dominējošais MnS (sulfīds) 0.01 0.5-1.0<0.05 (MnS oxidized/dissolved) MnS is protective (oxidised to MnO)
TiN (nitrīds) 0.001 0.05-0.10 0.3-0.8 TiN kļūst agresīvāks (galvanisks)
Jaukts (abi) 0,005 katrs 0.5-1.0 0.5-1.0 (TiN ir dominējošs) Pārmaiņa no MnS uz TiN iniciāciju
Al 2 O 3<0.05 <0.05 0.005 Unchanged (inert)
Praktiskās specifikācijas 316L servisam hlorētā jūras ūdenī

316 L apvalkotajiem sildītājiem, ko izmanto hlorētā jūras ūdens apgādei (0,5-2 ppm Cl₂, 40 grādi), šādi kritēriji samazina ar TiN saistīto bedrīšu veidošanos:

Atlikušais hlors (ppm) Jūras ūdens temperatūra (oC) Maksimālā pieļaujamā TiN tilpuma frakcija (%) Ieteicamā tērauda ražošanas prakse alternatīvais materiāls 0.5 30 0.005 AOD + kalcija apstrāde 316L pieņemams 0.5-1.0 30 0.003 AOD + zems Ti (izvairieties no Ti deoksidācijas) 316L ar pārraudzību {VARted Duplex ES7 (Duplex ES7) (pārkausēts no elektrošārņiem) Duplekss 2205 1.0-2.0 30-40 0.0005 (bez Ti-) VAR + Ti-brīvā prakse Duplex 2205 vai titāns 2.0 Jebkurš Ti-bez Ti- (nav ieteicams 316) N/A Titāna vai sakausējuma 625
TiN iekļaušanas satura pārbaude

Šajā rakstā ir aprakstītas verifikācijas procedūras pircējiem zema{0}}TiN 316 L hlorētā jūras ūdens pakalpojumam. Pirmkārt, ķīmiskā pārbaude titāna saturam: Ti<0.005% (50 ppm) usually correlates to TiN volume fraction <0.001%. The second is the metallographic inspection (ASTM E45) with a scanning electron microscopy (SEM) for the direct counting of TiN inclusions (morphology-angular, cubic, gold-yellow colour in the reflected light). The acceptability threshold is less than 5 TiN inclusions per mm² greater than 2 µm. The third is an accelerated pitting test in which a sample is exposed to synthetic chlorinated seawater at 40°C for 1,000 hours. Acceptance criterion: No pits deeper than >20 μm.

TiNinducētās bedrīšu veidošanās lauka identifikācija

Ja bedres ir centrētas ap stūrainiem, zelta krāsas ieslēgumiem (redzami zem metalurģijas mikroskopa 500x), TiN ieslēgumi ir iespējamais iemesls 316 l sildītāja iegremdēšanai hlorētā sālsūdenī 1-2 gadu laikā. EDS analīze pārbauda Ti un N. Bedres parasti ir mazas (10–50 µm platas), tomēr dziļas, bieži vien TiN daļiņa ir atstāta bedres apakšā. Blakus esošajam metālam nav nekādu papildu rūsas pierādījumu. Šādu kļūmju risinājums ir izvēlēties Ti-free 316L (titāna<0.005%) for future purchases. Temporary mitigation can be achieved by electropolishing of the sheath surface, removing the surface layer with exposed TiN inclusions.

Secinājums: 316 l bez TiN{0}}izmantošana hlorēta jūras ūdens sildītājiem

Galvenās 316 l nerūsējošā tērauda sildītāju urbšanas sākuma vietas hlorētā sālsūdenī 40 grādu temperatūrā ir galvenie titāna nitrīda (TiN) ieslēgumi. TiN tilpuma frakcijas, kas lielākas par 0,002-0,005%, rada bedres blīvumu 2-15 bedrīšu uz cm2 1000–5000 stundu laikā, kā rezultātā 2–5 gadu laikā notiek perforācija. 316 L apvalkiem, ko izmanto jūras vai piekrastes lietojumos ar hlora dezinfekciju, Ti saturam ir jābūt mazākam par 0,005% (bez Ti), jāievēro tērauda ražošanas metodes, kas novērš Ti deoksidāciju (vēlams Al vai Si deoksidāciju), un, ja ir iesaistīti kritiski pakalpojumi, ir jānorāda VAR vai ESR pārkausēšana, lai samazinātu 0,0 populācijas TiN līdz 0. Šeit mēs saistām TiN tilpuma procentuālo daudzumu ar kvantitatīvi nosakāmu bedres ierosināšanas blīvumu un kalpošanas laiku hlorētā jūras ūdenī, ļaujot pircējiem izvēlēties 316 L caurules, kas ir izturīgas pret iekļaušanas izraisītu bedrīšu veidošanos visnaidīgākajos oksidējošajos jūras apstākļos.