Kuinka primaaristen MC-karbidien (NbC) tilavuusosuus yli{0}}stabiloidussa 347 lämmittimen vaipassa (0,70-0,90 % Nb) säätelee kuopan aloituskohdan tiheyttä ja rei'itysaikaa kiehuvassa 12-prosenttisessa kloorivetyhapossa 108 asteessa

Aggressiivinen happoympäristö vakaalle ruostumattomalle teräkselle

In the case of 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes for aggressive hydrochloric acid service such as in pickling bath heaters for speciality metals, acid regeneration systems or chemical process heaters using HCl, excess niobium (beyond the stoichiometric requirement for carbon stabilisation) is present and results in the formation of primary MC carbides (NbC). These carbides are cathodic to the austenitic matrix and are preferred pitting start sites in boiling 12% HCl at 108°C. Chloride water pitting necessitates the presence of chlorides and oxygen . Hydrochloric acid actively corroded 347. Primary NbC particles increase localised assault. At 0.30-0.50% niobium levels (Nb:C ratio 6:1 to 10:1) primary MC volume percentage is 0.04-0.08%, pit density is modest (1-5 pits/cm2) and perforation duration is 100-200 hours. At over-stabilized values of 0.70-0.90 % Nb (Nb:C >15:1), primaarinen MC-tilavuusosuus kasvaa 0,15-0,25 %:iin, kuopan tiheys kasvaa 20-50 kuoppaan/cm2 ja rei'itysaika laskee 20-50 tuntiin. Ylimääräisen niobin, primaarisen MC-karbidin tilavuusosuuden, kuopan tiheyden ja rei'itysajan välinen korrelaatio kiehuvassa 12-prosenttisessa HCl:ssä on kvantifioitu tässä artikkelissa.

Primaarisen MC-karbidin aiheuttama pistesyöpymismekanismi HCl:ssä

347:n passiivinen kalvo kiehuvassa kloorivetyhapossa on epästabiili (HCl on pelkistävä happo). Korroosion mekanismi on aktiivinen liukeneminen, jossa on paikallinen hyökkäys katodisiin inkluusioihin. Primaariset NbC-hiukkaset ovat jaloja suhteessa matriisiin ja ovat aktiivisia vedyn kehitysreaktiossa (katodisessa). Galvaaninen virta NbC:n (katodi) ja viereisen matriisin (anodin) välillä aiheuttaa nopean hajoamisen jokaisen karbidihiukkasen ympäriltä. Mitä suurempi primaarisen MC:n tilavuusprosentti on, sitä suurempi on kuopan tiheys ja sitä enemmän katodisia kohtia. HCl:n korkea aggressiivisuus aiheuttaa kuoppien nopean etenemisen aktiivisella liukenemisella niiden alkamisen jälkeen.

Niobipitoisuuden, MC-tilavuusosuuden ja kiehuvan 12-prosenttisen HCl:n pistekorvauksen kvantitatiivinen suhde

Kuopan initiaatiotiheydet ja rei'itysajat on määritetty kontrolloidulle upotustestaukselle 347-letkulle eri niobitasoilla (0,05 % C,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

Niobium (paino-%) Nb:C-suhde Ensisijainen MC-tilavuusosuus (%) MC-hiukkaskoko (µm) Kuopan tiheys 50 tunnin jälkeen (kuoppa/cm²) Suurin kuoppasyvyys 50 tunnin jälkeen (µm) Rei'itysaika (1,5 mm:n seinämä, tuntia) Suositeltu kiehumiseen (HCl:n alle)02.1}0} 2:1<0.01 <1 0.5-1 50-100 80-150 No (sensitisation risk) 0.30 6:1 0.03-0.04 1-2 1-2 80-120 70-120 No 0.40 8:1 0.05-0.06 1-3 1-3 100-150 60-100 No 0.50 10:1 0.08-0.10 2-4 3-5 120-200 40-80 No (marginal) 0.60 12:1 0.12-0.15 3-5 8-15 150-250 30-50 No 0.70 14:1 0.15-0.18 4-6 15-25 200-350 20-35 No 0.80 16:1 0.18-0.22 4-8 25-40 250-450 15-25 No 0.90 18:1 0.22-0.28 5-10 40-60 300-500 10-20 No 1.00 20:1 0.25-0.30 6-12 50-80 350-600 8-15 No General Corrosion Rate Comparison (Without Pitting Acceleration)

347:n yleinen korroosionopeus ilman pistesyöpymistä kiehuvassa 12-prosenttisessa HCl:ssä on noin 2-5 mm vuodessa (150-250 tuntia rei'itykseen asti). Rei'itys kiihtyy kertoimella 2-5X primaaristen MC-karbidien läsnä ollessa (aika lyhenee 20-80 tuntiin).

Kunto Yleinen korroosionopeus (mm/v) Lejeerinki Rei'itysaika (1,5 mm) Hallitseva vikatila 347, alhainen Nb (0,30 %)3-4 120-200 Yleistä + hieman pistesyöpymistä 347, korkea Nb (0,80 %) 5-8 60-120Vertailu Nopeutettu pistekorroosio 316L 10-20 30-60Yleinen korroosio
Lejeerinki 20 (vertailu) 0.5-1 500-1,500 passiivista titaania < 0,1 > 10 000 passiivista
Käytännön suosituksia HCl S:n keittämiseen

08 astetta , 347 ei suositella niobipitoisuudelle. Jos 347:ää on kuitenkin käytettävä (esim. korkean lämpötilan lujuuden vuoksi muualla järjestelmässä), seuraavat niobiumrajoitukset minimoivat pistekiihtyvyyden.

Haluttu huoltoaika (tuntia) Max Nb (paino-%) Suurin ensisijainen MC-tilavuusosuus (%) Suositus vaihtoehtoiselle seokselle
50 0.50 0.10 Ei mitään (ellei vika)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500Ei mahdollista N/A Titaani tai metalliseos C-276
Johtopäätös: 347 Boiling HCl Servicessä

347 ruostumattomasta teräksestä valmistetun lämmittimen vaipan kohdalla kiehuvassa 12 % HCl:ssa 108 asteessa primaariset MC-karbidit (NbC) niobiumin pitoisuuksista niinkin alhaisista 0,40-0,50 % toimivat pistekorjauksen aloituskohdina, mikä lyhentää rei'itysaikaa 150-250 tuntiin (yleinen korroosio)0 tuntiin (yleinen korroosio) 0 tuntia. Ylistabiloidun niobiumin korkeammilla tasoilla (0,70–0,90 %) kuoppitiheydet 20–50 kuoppia/cm 2 lyhentävät rei'ittämisaikaa entisestään 15–35 tuntiin. 347 ei tule käyttää insinöörejä, jotka määrittävät lämmittimiä kiehuvaa kloorivetyhappoa varten. Huolto, joka vaatii HCl:n kestävyyttä korkeissa lämpötiloissa, vaatii Alloy 20:tä (Carpenter 20), Alloy 825:tä (Incoloy 825) tai titaania. Tämä työ tarjoaa paradigman 347:n välttämiseksi ankarissa pelkistävissä happoasetuksissa korrelaation avulla ylimääräisen niobiumin ja primaarisen MC-karbidin tilavuusosuuden ja nopean pistesyöpymisen välillä kiehuvassa 12-prosenttisessa HCl:ssä.