Πώς διατηρείται το κλάσμα όγκου του δέλτα φερρίτη μετά από ανόπτηση διαλύματος σωλήνων ελέγχου θηκών θερμαντήρα 316 Αντίσταση διάτρησης σε υψηλά-χλωριούχα (5.000 ppm) νερό στους 60 βαθμούς

Η διφασική μικροδομή ως παράγοντας διάβρωσης

Το κλάσμα όγκου του συγκρατούμενου δέλτα φερρίτη στη μήτρα ωστενίτη είναι ένας σημαντικός αλλά συχνά παραμελημένος παράγοντας στην αντίσταση στο άνοιγμα των ηλεκτρικών σωλήνων θέρμανσης επικαλυμμένοι με ανοξείδωτο χάλυβα 316 για περιβάλλοντα με υψηλή περιεκτικότητα σε χλωριούχο άλας, συμπεριλαμβανομένων των θερμαντήρων θαλασσινού νερού (περίπου 20.000 ppm Cl⁻), συστήματα υφάλμυρου νερού (5,001 ppm) Cl-), ή βιομηχανικοί θερμαντήρες άλμης. Ο δέλτα φερρίτης (δ-φερρίτης) είναι μια σωματοκεντρική κυβική (BCC) φάση που σχηματίζεται κατά τη στερεοποίηση και μπορεί να παραμείνει μετά την ανόπτηση του διαλύματος ανάλογα με τη σύνθεση του κράματος (ιδιαίτερα την αναλογία χρωμίου- ισοδύναμου νικελίου). Η μέτρια περιεκτικότητα σε δέλτα φερρίτη (3-8%) είναι ευνοϊκή για την αντίσταση στη θερμή πυρόλυση. Ο δέλτα φερρίτης είναι λιγότερο ανθεκτικός σε σκασίματα σε συνθήκες χλωρίου από τον ωστενίτη. Για επίπεδα δέλτα φερρίτη > 5-8 % σε νερό με υψηλή περιεκτικότητα σε χλωριούχο άλας στους 60 βαθμούς C, το δυναμικό διάτρησης μειώνεται κατά 100 - 200 mV και ο ρυθμός διάδοσης του λάκκου αυξάνεται κατά ένα συντελεστή 2 - 3. Αυτό το άρθρο αξιολογεί τη σχέση μεταξύ του ποσοστού όγκου δέλτα φερρίτη και της αντίστασης σκασίματος σε υπηρεσία υψηλής περιεκτικότητας σε χλωριούχα.

Μηχανισμός Επιλεκτικής Προσβολής Δέλτα Φερρίτη

Η χημική σύνθεση του δέλτα φερρίτη σε ανοξείδωτο χάλυβα 316 διαφέρει από τον περιβάλλοντα ωστενίτη. Ο φερρίτης είναι άφθονος σε χρώμιο (περίπου 26-28% Cr σε φερρίτη σε σύγκριση με 15-18% Cr στον ωστενίτη) αλλά έχει εξαντληθεί σε νικέλιο (3-6% Ni στον φερρίτη σε σύγκριση με 10-14% Ni στον ωστενίτη) και σε μολυβδαίνιο 2.1% σε σύγκριση με 5.1% μολυβδαίνιο. 2,0-2,5% Mo σε ωστενίτη). Σε συνθήκες υψηλού χλωρίου, ο δέλτα φερρίτης έχει χαμηλότερη συγκέντρωση μολυβδαινίου και νικελίου και ως εκ τούτου είναι ανοδικός σε σχέση με τον ωστενίτη. Το παθητικό φιλμ στον φερρίτη είναι επίσης λιγότερο σταθερό από τον ωστενίτη λόγω της διαφορετικής κρυσταλλικής δομής (BCC vs FCC). Προτίμηση των κοιλωμάτων να προέρχονται από το όριο της φάσης φερρίτη-ωστενίτη και στη συνέχεια να ταξιδεύουν γρήγορα μέσω της φάσης φερρίτη αφήνοντας τον ωστενίτη ανέπαφο. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνεται μια χαρακτηριστική μορφολογία "σπογγώδους" ή "επιλεκτικής έκπλυσης" στην οποία ο φερρίτης εξαλείφεται επιλεκτικά, με αποτέλεσμα ένα δίκτυο διασυνδεδεμένων πόρων που μπορεί να διαδοθεί σε πάχος τοιχώματος πιο γρήγορα από την ομοιόμορφη διάνοιξη.

Ποσοτική συσχέτιση μεταξύ του φερρίτη δέλτα και της αντίστασης σε σκασίματα

Η απόδοση αυλάκωσης σωλήνων 316 με διαφορετική περιεκτικότητα δέλτα φερρίτη (που διαχειρίζεται μικροσκοπικές παραλλαγές σύνθεσης για έλεγχο ισοδύναμου Ni) έχει αξιολογηθεί με ελεγχόμενη δοκιμή βύθισης 5.000 ωρών σε προσομοιωμένο θαλασσινό νερό (5.000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 βαθμοί).

Κλάσμα όγκου φερρίτη δέλτα (%) Κρίσιμη θερμοκρασία διάτρησης ( βαθμός, σε 5.000 ppm Δυναμικό διάτρησης 60 μοίρες (mV έναντι SCE, 5.000 ppm Cl-) Μέγιστο βάθος λάκκου μετά από 5.000 ώρες (μm) Χρόνος για διάτρηση (1,5 mm) Service 60 μοιρών<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 ετών Ναι
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 έτη Ναι 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 έτη Αποδεκτό 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 έτη Οριακό 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 έτηΔεν συνιστάται
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 έτη Μη αποδεκτό
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Επίδραση της συγκέντρωσης χλωρίου στην ανοχή φερρίτη δέλτα

Η αύξηση της συγκέντρωσης χλωρίου αυξάνει την επιβλαβή επίδραση του δέλτα φερρίτη. Μπορείτε να πάρετε περισσότερο φερρίτη εάν μειώσετε την περιεκτικότητα σε χλώριο. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει το μέγιστο επιτρεπόμενο δέλτα φερρίτη για 5ετή υπηρεσία σε διαφορετικές συγκεντρώσεις χλωρίου και στους 60 βαθμούς.

Συγκέντρωση χλωρίου (ppm) Μέγιστη δέλτα φερρίτης για 5 χρόνια ζωής (%) Προτεινόμενη εναλλακτική λύση κράματος εάν ο φερρίτης υπερβαίνει το όριο<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 (θαλασσινό νερό) 0 (μόνο εντελώς ωστενιτικό) 316 δεν συνιστάται τιτάνιο ή κράμα 625
Έλεγχος Δέλτα Φερρίτη με Τροποποίηση Χημείας

Η περιεκτικότητα του 316 σε δέλτα φερρίτη ελέγχεται από ισοδύναμα χρωμίου και νικελίου (διάγραμμα Schaeffler-DeLong). Συνιστώνται οι ακόλουθες τροποποιήσεις χημείας για τη μείωση του φερρίτη για υπηρεσία υψηλής{3}}χλωρίου:

Αύξηση Ni: στόχος Ni=11-13% (κανονικό εύρος 10-14%, υψηλότερο άκρο προτιμάται)

Χαμηλότερο περιεχόμενο χρωμίου: Στόχος για Cr=16-17% (έναντι κανονικού 16-18%, χαμηλό τέλος)

Αύξηση περιεκτικότητας σε άζωτο Το άζωτο είναι ένας ισχυρός σταθεροποιητής ωστενίτη (0,05-0,10%), στόχος 0,08-0,10% N

Στοιχεία που προωθούν τον φερρίτη: πυρίτιο (λιγότερο από ή ίσο με 0,5%) Μολυβδαίνιο (λιγότερο από ή ίσο με 2,2% σε σύγκριση με 2,5%)

Τυπικά ποσοστά φερρίτη για διαφορετικές χημικές ουσίες 316 φαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Βαθμός Όνομα Τυπικό Ni (%) Τυπικό Cr (%) Τυπικό Mo (%) Τυπικό Ν (%) Κλάσμα όγκου φερρίτη δέλτα (%) 316 (χαμηλό Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (τυπικό) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (υψηλό Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (εξαιρετικά χαμηλό C, υψηλό Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316Πλήρης (5}ενιαίος)<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Αν δείτε έναν θερμαντήρα 316 να λειτουργεί σε νερό με υψηλή περιεκτικότητα-χλωριούχου άλατος (5000-10.000 ppm Cl-) στους 60 βαθμούς με μοναδική μορφολογία κοιλοτήτων, υποψιαστείτε προσβολή δέλτα φερρίτη. Κατά τη μεταλλογραφική έρευνα (οπτικό μικροσκόπιο στα 200-500×, χαραγμένο με αντιδραστήριο Beraha ή ηλεκτρολυτικό NaOH) η φάση φερρίτη αναδύεται ως σκοτεινές νησίδες χάραξης στην ελαφρύτερη μήτρα ωστενίτη. Στα διαβρωμένα δείγματα, οι νησίδες φερρίτη θα παρουσιάσουν προτιμησιακή διάλυση και θα εμφανιστούν ως κενά ή πορώδεις ζώνες. Η περίθλαση ακτίνων Χ μπορεί να δείξει την παρουσία φερρίτη (κορυφές BCC) καθώς και ωστενίτη (κορυφές FCC). Για σέρβις υψηλής περιεκτικότητας σε χλωριούχα, η απάντηση είναι να καθορίσετε σωλήνωση με 3-5% φερρίτη, κάτι που μπορεί να γίνει ζητώντας βαθμό "χαμηλού φερρίτη" ή "πλήρως ωστενιτικού" από το μύλο, που γενικά δηλώνεται ως "316L με ελεγχόμενο φερρίτη" ή πληρώντας τη δομή ASTM A262 Πρακτική Α με Α (βήμα).

Συμπέρασμα: Καθορισμός φερρίτη χαμηλού δέλτα για εφαρμογές υψηλού χλωρίου

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8% μειώνει την αντίσταση στο κοίλωμα και αυξάνει τους ρυθμούς διάδοσης των κοιλωμάτων, μειώνοντας το χρόνο μέχρι τη διάτρηση από 8-15 χρόνια σε 3-5 χρόνια. Για χλωρίδια άνω των 5.000 ppm, ο δέλτα φερρίτης θα πρέπει να διατηρείται σε ποσοστό μικρότερο από 3-5%. για αλμυρό νερό (20.000 ppm Cl-) πλήρως ωστενιτικό (φερρίτης<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.