Kuinka delta-ferriitin tilavuusosuus säilyy 316 lämmittimen vaippaletkun liuoshehkutuksen jälkeen, joka säätelee pistesyöpymiskestävyyttä korkeassa-kloridissa (5 000 ppm) vedessä 60 asteessa

Kaksifaasinen mikrorakenne korroosiotekijänä

Austeniittimatriisissa säilyneen deltaferriitin tilavuusosuus on tärkeä, mutta usein laiminlyöty tekijä ruostumattomalla 316-teräksellä päällystettyjen sähköisten lämmitysputkien pistesyöpymisvastuksessa korkeakloridipitoisissa ympäristöissä, mukaan lukien merivedenlämmittimet (noin 20 000 ppm Cl⁻), murtovesijärjestelmät ({0}0 000 ppm) tai teollisuuden suolavesilämmittimiä. Deltaferriitti (δ-ferriitti) on kappalekeskeinen kuutio (BCC) faasi, joka muodostuu jähmettymisen aikana ja voi jäädä jäljelle liuoshehkutuksen jälkeen seoksen koostumuksesta (erityisesti kromi--nikkeliekvivalenttisuhteesta) riippuen. Kohtalainen delta-ferriittipitoisuus (3-8 %) on edullinen hitsin kuumahalkeilukestävyyden kannalta. Deltaferriitti kestää vähemmän pistesyöpymistä kloridiolosuhteissa kuin austeniitti. Delta-ferriittitasoilla > 5-8 % korkeakloridipitoisessa vedessä 60 °C:ssa pistekorkeuspotentiaali pienenee 100 - 200 mV ja kuopan etenemisnopeus kasvaa kertoimella 2 - 3.. Tämä artikkeli arvioi delta-ferriitin tilavuusprosentin ja pistekorvausvastuksen välistä yhteyttä korkean kloridin pitoisuudessa.

Selektiivisen delta-ferriittihyökkäyksen mekanismi

316 ruostumattoman teräksen deltaferriitin kemiallinen koostumus eroaa ympäröivästä austeniitista. Ferriittiä on runsaasti kromia (noin 26-28 % Cr ferriitissä verrattuna 15-18 % Cr austeniitissa), mutta nikkeli on köyhtynyt (3-6 % Ni ferriitissä verrattuna 10-14 % Ni austeniitissa) ja molybdeeni (noin 1,5-2.0 % Mos. austeniitti). Korkean kloridin olosuhteissa delta-ferriitillä on pienempi molybdeeni- ja nikkelipitoisuus, ja se on siten anodista austeniittiin verrattuna. Ferriitillä oleva passiivinen kalvo on myös vähemmän stabiili kuin austeniitilla erilaisen kiderakenteen vuoksi (BCC vs. FCC). Kuoppien tulee mieluiten syntyä ferriitti-austeniittifaasin rajalta ja kulkea sitten nopeasti ferriittifaasin läpi jättäen austeniitin koskemattomaksi. Tuloksena saadaan tyypillinen "sienimäinen" tai "selektiivinen uutto" -morfologia, jossa ferriitti eliminoituu selektiivisesti, mikä johtaa toisiinsa liittyvien huokosten verkostoon, joka voi levitä seinämän paksuuden poikki nopeammin kuin tasainen pistesyöpyminen.

Delta Ferriitin ja Pitting Resistancen välinen kvantitatiivinen korrelaatio

Eri delta-ferriittipitoisuuksilla varustetun 316-putken pistesyvyys (joita hallitaan pienillä koostumuksilla Ni-ekvivalentin säätelemiseksi) on arvioitu 5 000 tunnin kontrolloidulla upotustestillä simuloidussa merivedessä (5 000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 astetta).

Delta-ferriitin tilavuusosuus (%) Kriittinen pistesyvyyslämpötila ( aste , yksikössä 5 000 ppm Pistepotentiaali 60 astetta (mV vs. SCE, 5 000 ppm Cl-) Suurin kuoppasyvyys 5 000 tunnin jälkeen (µm) Rei'itysaika 0 mm 0 ppm) Cl⁻, 60 asteen palvelu<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 vuotta Kyllä
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 vuottaKyllä 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 vuotta Hyväksyttävä 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 vuotta Marginaali 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 vuottaEi suositella
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 vuotta Ei hyväksytä
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Kloridipitoisuuden vaikutus deltaferriitin sietokykyyn

Kloridipitoisuuden lisääminen lisää deltaferriitin haitallista vaikutusta. Saat lisää ferriittiä, jos vähennät kloridipitoisuutta. Alla oleva taulukko osoittaa suurimman sallitun delta-ferriitin 5 vuoden käyttöön eri kloridipitoisuuksilla ja 60 asteessa.

Kloridipitoisuus (ppm) Suurin delta-ferriitin käyttöikä 5 vuodeksi (%) Suositeltu seosvaihtoehto, jos ferriitti ylittää rajan<1,000 <15 Standard 316None required 1,000-3,000 <8 316 with Ni adjustment 316L (similar) 3,000-5,000 <5 316L with regulated chemistry Duplex 2205 5,000-10,000 <3 316L (low ferrite grade) Duplex 2205 or 904L
10,000-20,000 <1 316 marginal Duplex 2205 or titanium >20 000 (merivesi) 0 (vain täysin austeniittinen) 316 ei suositella Titaani tai seos 625
Delta-ferriitin hallinta modifioimalla kemiaa

316:n delta-ferriittipitoisuutta säätelevät kromi- ja nikkelivastineet (Schaeffler-DeLong-kaavio). Seuraavia kemiallisia muutoksia suositellaan ferriitin vähentämiseksi korkean-kloridipitoisuuden vuoksi:

Lisää Ni: Tavoite Ni=11-13 % (normaali alue 10-14 %, korkeampi hinta mieluiten)

Alempi kromipitoisuus: Tavoitteena Cr=16-17 % (verrattuna normaaliin 16-18 %, alhainen)

Lisää typpipitoisuutta Typpi on voimakas austeniittistabilisaattori (0,05-0,10 %), tavoite 0,08-0,10 % N

Ferriittiä edistävät elementit: pii (vähemmän kuin 0,5 %) molybdeeni (alle 2,2 % verrattuna 2,5 %)

Tyypilliset ferriittiprosentit eri 316-kemikaaleille on esitetty alla olevassa taulukossa.

Laadun nimi Tyypillinen Ni (%) Tyypillinen Cr (%) Tyypillinen Mo (%) Tyypillinen N (%) Delta Ferriitin tilavuusfraktio (%) 316 (pieni Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (standardi) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (korkea Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (erittäin alhainen C, korkea Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (premium 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12})<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Jos näet 316-lämmittimen toimivan runsas-kloridipitoisessa vedessä (5000-10 000 ppm Cl-) 60 asteessa ainutlaatuisella pistemorfologialla, epäile deltaferriittihyökkäystä. Metallografisen tutkimuksen aikana (optinen mikroskooppi 200-500×, syövytetty Berahan reagenssilla tai elektrolyyttisellä NaOH:lla) ferriittifaasi ilmestyy tummina etsaussaarekkeina vaaleampaan austeniittimatriisiin. Syövytetyissä näytteissä ferriittisaarekkeet liukenevat ensisijaisesti ja näkyvät tyhjinä tai huokoisina vyöhykkeinä. Röntgendiffraktio voi osoittaa ferriitin (BCC-huiput) sekä austeniitin (FCC-huiput) läsnäolon. Korkean kloridin huoltoa varten vastaus on määrittää putki, jossa on 3–5 % ferriittiä, mikä voidaan tehdä pyytämällä tehtaalta "matalaferriittistä" tai "täysin austeniittista" laatua, jota yleensä kutsutaan "316L kontrolloidulla ferriitillä" tai täyttämällä ASTM A262 -käytännön A ja A (vaihe) -rakenteen.

Johtopäätös: matalan delta-ferriitin määrittäminen korkean kloridin sovelluksille

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5–8 % vähentää pistesyöpymiskestävyyttä ja lisää kuopan etenemisnopeutta, mikä lyhentää rei'ittämisaikaa 8–15 vuodesta 3–5 vuoteen. Jos kloridipitoisuus on yli 5 000 ppm, delta-ferriittiä tulisi pitää alle 3-5 %:ssa; suolavedelle (20 000 ppm Cl⁻) täysin austeniittista (ferriittiä)<1%) is necessary, and even then 316 is minimal. When specifying 316 sheaths for high-chloride duty, engineers should seek a mill certificate with ferrite measurement (by ferritescope or image analysis) and specify maximum ferrite concentration (e.g., <5%). For critical applications, it is recommended to upgrade to duplex 2205 (which has a ferrite-austenite duplex structure-a distinct mechanism and is specifically developed for high-chloride duty) or titanium. The approach described here relating delta ferrite volume percentage to quantifiable pitting rates in high-chloride water allows buyers to specify 316 tubing with an optimised phase balance for hostile chloride environments.