Pie kādas īpašas pielietotās anodiskās aizsardzības potenciāla un apvalka temperatūras kombinācijas 316 nerūsējošā tērauda sildītāja caurule 50% kaustiskā soda (NaOH) 120 grādu leņķī paliek pasīva bez kodīgas spriedzes korozijas plaisāšanas

Elektroķīmiskā kontrole kaustiskās trausluma novēršanā

Kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšana (CSCC jeb kodīgais trauslums) ir svarīgs atteices režīms 316 nerūsējošā tērauda elektriskajām sildīšanas caurulēm, kas tiek izmantotas kaustiskās sodas (NaOH) ekspluatācijā paaugstinātā temperatūrā (piemēram, iztvaicētājos, koncentratoros vai kaustiskās pārvades līnijas sildītājos). Kaustiskā SCC notiek karstos NaOH šķīdumos temperatūrā virs aptuveni 70-80 grādiem, un jutība krasi palielinās gan ar temperatūru, gan kodīgo koncentrāciju. Tas atšķiras no hlorīda SCC, kam nepieciešama īpaša temperatūras un hlorīda koncentrācijas kombinācija. Pie 50% NaOH (tipiska rūpnieciska koncentrācija) 120 grādu temperatūrā 316 ir ļoti jutīgs pret CSCC brīvas korozijas apstākļos, un plaisāšana attīstās dažu dienu vai nedēļu laikā. No CSCC var pilnībā izvairīties, izmantojot pielietoto anodisko aizsardzību (ti, potenciostatisku metāla kontroli pasīvajā reģionā). Svarīgs parametrs ir pielietotais potenciāls attiecībā pret atsauces elektrodu (bieži Ag/AgCl). 316 pasīvais diapazons 50% NaOH 120 grādu temperatūrā ir aptuveni no -200 mV līdz +200 mV pret Ag/AgCl. Plaisāšana notiek pie potenciāla, kas ir zemāks par -200 mV (aktīvais apgabals) vai lielāks par +200 mV (transpasīvais apgabals). Šajā rakstā ir noteikti anodiskās aizsardzības potenciālie logi CSCC novēršanai dažādās temperatūrās un kodīgās koncentrācijās.

Kodiskā sprieguma korozijas plaisāšanas mehānisms un tā novēršana

316 nerūsējošā tērauda kodīgais SCC ir pasīvā pārklājuma selektīva izšķīdināšana pie graudu robežām (starpgranulu plaisāšana zemākos sakausējumos; transgranulāra 316 augstākā temperatūrā) stiepes spriedzes ietekmē koncentrētos NaOH šķīdumos. Pasīvā plēve uz 316 kaustiskā viela ir dzelzs un hroma hidroksīda/oksīda plēve, kas ir stabila tikai ierobežotā potenciāla diapazonā. Zem pasīvā potenciāla diapazona (lielāks negatīvais potenciāls) metāls agresīvi korodē (vispārēja korozija). Virs pasīvā diapazona (augstāki pozitīvie potenciāli) notiek transpasīvā izšķīšana, kurā hroms tiek oksidēts līdz šķīstošam hromam (CrO4 2-) un tiek uzsākta SCC. Regulēts anodiskais spriegums pasīvajā diapazonā stabilizē pasīvo plēvi un noņem virzošo spēku lokalizētam sadalījumam.

Kvantitatīvie anodiskās aizsardzības logi 50% NaOH @ 120C

Pasīvais diapazons un plaisāšanas robežas kā pielietotā sprieguma funkcija pret Ag/AgCl (3M KCl) ir noteiktas 50% NaOH 120 grādu temperatūrā, izmantojot kontrolētus potenciostatiskos testus 316 nerūsējošajam tēraudam (U-lieces paraugi pastāvīgā stiepes spriedzē).

Applied Potential (mV vs. Ag/AgCl, 3M KCl) Electrochemical Region Corrosion Rate (mm/year)CSCC Initiation Time (hrs) Surface Condition 120°C 50% NaOH Service Recommended After 1000 hours Active corrosion < -400 Immediate (active) 5-10 Severe general corrosion No -400 to -250 Active/transition 1-5 10-50 Pitting + general loss No -250 to -2000Mixed (active edge) 0.5-1.0 50-200 Localised attack Not advised -200 to -150 Passive (low) 0.02-0.05 >5000 Spilgts, bez uzbrukuma pieņemams (robežlīnija)
-150 to +100 Passive (optimum) 0.01-0.02 >10 000 Spilgts, pasīvs Labākais +100 līdz +200 Pasīvs (augsts) 0.02-0.05 2, 000-5 000 Tonis (oksīda sabiezējums) Pieņemams no +200 līdz +250 Transpasīvā mala 0.1-0.3 500-1 500 Neliela bedrītes robeža Mala {{112}}} līdz {} Transpasīvs {{11} CC plaisasNav ieteicams > +350 Skābekļa evolūcija 1-5<100 Severe CSCC + pitting No
Kaustiskās koncentrācijas un temperatūras ietekme uz aizsardzības potenciāla diapazonu

Pasīvā potenciāla logs mainās atkarībā no kodīgās vielas koncentrācijas un temperatūras. Tālāk ir sniegta ieteicamo aizsardzības potenciālu tabula dažādos apstākļos.

NaOH konc. (wt%) Temperatūra ( grāds ) Pasīvais diapazons (mV pret Ag/AgCl, 3M KCl) Optimālais aizsardzības potenciāls (mV) Minimālais ieteicamais aizsardzības strāvas blīvums (mA/cm2)
30 100 -300–+50 -150 0.1 30 120 -250–+100 -100 0.2 40 100 -250–+100 -100 0.2 40 120 -200–+150 -50 0.3 50 100 -200–+150 -50 0.3 50 120 -150–+200 0 0.5 50 140 -100–+250 (sašaurināšana) +50 0.8 60 100 -150–+200 0 0.4 60 120 -100–+250 +50 0.7 70 100 -100–+200 (šaurs) +50 0.6
Specifikācijas praktiskām anoda aizsardzības sistēmām 316 sildītājiem

Sekojošie sistēmas parametri nodrošina uzticamu CSCC profilaksi 316 apvalkotajiem sildītājiem karstās kodināšanas režīmā ar anodisko aizsardzību:

Sistēmas parametrs Nepieciešamā specifikācija Verifikācijas metode
Atsauces elektrods Ag/AgCl ar 3M KCl, stabils līdz 120 grādiem. Pirmsinstalēšanas kalibrēšana{2}}
Darba elektrods (sildītājs) Savienots ar potenciostata pozitīvo galu. Pārbaudiet nepārtrauktību
Pret-elektrods (katods)Platīns vai platinizēts titāns. Minimālā virsmas laukuma attiecība katods:anods 1:2
Potenciostata kalibrēšana Potenciālā uzdotā vērtība -50 līdz 0 mV (50% NaOH pie 120 grādiem)
Iespējamā pielaide ± 20 mVDdatu reģistrēšana
Nepieciešamais strāvas blīvums 0,3-0,8 mA/cm² atkarībā no temperatūras Sākotnējā strāva ceļā
Failsafe Interlock -If potential drifts >+250 mV vai<-250 mV, shut-down heater Alarm + shut-down
Neizdevušās kodīgas aizsardzības lauka identifikācija

316 sildītājs kodīgas darbības laikā saplaisā, neskatoties uz anodisko ekranējumu. Ir iespējami trīs neveiksmju scenāriji. Pirmkārt, iespējama novirze transpasīvajā zonā (+200 līdz +350 mV) izraisa transgranulāras SCC plaisas ar smagu oksidāciju (nokrāsaina virsma). Otrkārt, iespējamā novirze aktīvajā reģionā (<-200 mV) leads to widespread corrosion with pitting. Third, loss of power to the potentiostat (unprotected operation) leads to fast CSCC, with cracks developing within 50-200 hours. The cause will be determined by reviewing the log of the failed heater (if logged). Proper anodic protection can be restored by recalibrating the reference electrode, inspecting electrical connections and optionally reducing the heater power density.

Secinājums: Anodiskās aizsardzības specifikācija kodīgam pakalpojumam

316 nerūsējošā tērauda apvalkotu sildītāju kaustiskā sprieguma korozijas plaisāšanu 50% NaOH pie 120 grādiem var novērst, tikai saglabājot metāla potenciālu no -150 līdz +200 mV pret Ag/AgCl (3M KCl) pasīvajā logā.