Kuinka primääristen Nb(C,N)-karbonitridien tilavuusosuus jäännöstitaanista (0,02-0,08 %) 347-lämmittimen vaipassa säätelee pistesyöpymispaikan tiheyttä klooratussa merivedessä 35 asteessa ja 1,5 ppm vapaata klooria

Pieni seosaine, josta tulee merkittävä syttymisen aiheuttaja hapettuvissa olosuhteissa

Tyypilliset 347 ruostumattomasta teräksestä (Nb-stabiloitu) päällystetyt sähkölämmitysputket, jotka altistetaan klooratulle merivedelle (1,5 ppm vapaata klooria, 20 000 ppm Cl-) 35 asteessa, joita käytetään rannikon voimalaitosten jäähdytysjärjestelmissä, suolanpoiston esilämmittimissä, jotka sisältävät klooritiinia tai mariniinia. (0,02-0,08 paino-%) teräksen valmistuksesta (titaani-deoksidoitu romu tai tarkoituksellinen lisäys). Muodostuu primäärisiä titaanipitoisia niobikarbonitridejä (Nb,Ti)(C,N). Nämä monimutkaiset karbonitridit ovat katodisempia ja stabiilimpia kuin puhdas NbC, joten ne ovat erittäin tehokkaita pistesyöpymisalueita klooratun meriveden korkean hapetuspotentiaalin alla. Titaanitasolle<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 vuotta. Titaanipitoisuuden kasvaessa 0,03:sta 0,05:een %, karbonitridin tilavuusosuus kasvaa 0,04:stä 0,08:aan, kuopan tiheys 2:sta 5:een/cm² ja pitkäikäisyys 5:stä 7 vuoteen. Titaanitasolla 0,06-0,08 % tilavuusosuus on 0,10-0,15 % ja kuopan tiheys on yli 10-20 kuoppaa/cm² ja rei'itys tapahtuu 2-3 vuodessa. Tässä artikkelissa määritetään yhteys titaanin jäännöspitoisuuden, primaarisen karbonitridin tilavuusprosentin, kuopan initiaatiotiheyden ja käyttöiän välillä klooratussa suolavedessä.

Titanium Enhanced Pittingch -aloitusmekanismi

Titaanilla on suurempi affiniteetti hiilen ja typen suhteen kuin niobiumilla. 347-teräksen valmistuksessa titaani (jopa 0,02-0,08 %) tuottaa ensisijaisesti runsaasti titaania sisältäviä karbonitridejä (Ti(C,N)), jotka voivat sisältää myös niobiumia (Nb,Ti)(C,N). Nämä hiukkaset muodostuvat korkeassa lämpötilassa jähmettymisen aikana ja ovat suurempia (3-10 µm) ja stabiilimpia kuin puhdas NbC. Klooratussa merivedessä (korkea hapetuspotentiaali Cl2:lla) katodinen prosessi (hapen pelkistys + kloorin pelkistys) on erityisen tehokas näillä karbonitridipinnoilla muodostaen siten vahvan galvaanisen parin ympäröivän austeniittisen matriisin kanssa. Nopea anodinen liukeneminen indusoituu korkealla katodisella virrantiheydellä. Korkea kloridipitoisuus johtaa nopeaan kuopan alkamiseen ja leviämiseen.

Titaanipitoisuuden, karbonitridin tilavuusosuuden ja pistetiheyden välinen määrällinen suhde

Seuraavat kuopan initiaatiotiheydet ja rei'itysajat on määritetty 347-letkulle, jossa on erilaisia jäännöstitaanipitoisuuksia (vakioniobiumia 0,40 %, hiili 0,05 %, typpeä 0,04 %) klooratussa synteettisessä merivedessä (1,5 ppm vapaata Cl 2 , pH 20,00, pH 20,00 . 5000 tuntia.

Titaani (paino-%) Primaarisen (Nb,Ti)(C,N) (%) Karbonitridihiukkaskoko (µm) Hiukkasten morfologia Kuopan tiheys 5 000 tunnin jälkeen (kuoppa/cm²) Suurin kuoppasyvyys 5 000 tunnin jälkeen (µm) Aika 5 mm:n perforaatioon, 3 vuotta Kloorattu merivesipalvelu<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
Ti:n ja Nb:n välisestä vuorovaikutuksesta karbonitridin muodostumisessa

Korkeampi niobium voi osittain kompensoida titaanin haitallista vaikutusta tuottamalla ensisijaisesti NbC:tä, mutta titaani silti jakaa karbonitrideiksi.

Titaani (paino-%) Niobium (paino-%) Karbonitridikoostumus Kuopan tiheys (kuoppaa/cm2) Suositellaan klooratulle merivedelle 0.02 0.35 Ti-rikas (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Marginaali 0.02 0.45 Lisää Nb-Hyväksyttävä 1--Hyväksyttävä 1- 0,5-1 Kyllä 0.05 0.35 Ti+Nb sek. 8-12 Ei 0.05 0.50 Ti+Nb sek. 4-6 Ei suositella 0.05 0.65 Nb-rikkaampi, jonkin verran Ti 2-4 Marginaali
Käytännön suosituksia 347:lle merivesikloorissa

Seuraavat titaanin ja niobiumin rajoitukset minimoivat karbonitridin muodostumisesta johtuvan pistesyöpymisen 347-vaippaisissa lämmittimissä klooratussa suolavedessä 35 asteessa.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Ei tehokas 347 sopimaton titaani
Titaanin määrän ja karbonitridin tiheyden tarkistaminen

Ostajille, jotka tarvitsevat 347 klooratun meriveden palvelua, on kaksi varmennustekniikkaa. Ensimmäinen on titaanin kemiallinen analyysi joko ICP:n tai OES:n avulla. Hyväksyminen: Ti<0.01-0.02% for life >8 v. Toinen on metallografinen (SEM 1000-2000×) tutkimus kiillotetulla poikkileikkauksella primääristen karbonitridihiukkasten (kirkkaat, kulmikkaat, 2-10 µm) laskemiseksi. Hyväksyminen:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Johtopäätös: Ultra{0}}Matala titaanipitoisuus klooratun meriveden pisteytymisenkestävyydestä

347 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmittimen vaipan jäännöstitaanista niinkin alhainen kuin 0,02-0,03 % tuottaa primäärisiä (Nb,Ti)(C,N)-karbonitridin tilavuusosuuksia 0,03-0,05 % klooratussa merivedessä (1,5 ppm Cl₂, 20, 000 ppm, 0,00 ppm). kuopan tiheys kasvaa<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 kuoppia/cm2 ja perforaatio tapahtuu 2-3 vuoden kuluttua. Insinöörien, jotka kirjoittavat teknisiä tietoja 347 vaippaa varten merikäyttöön kloorattua huoltoa varten, tulisi rajoittaa titaani<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.