Πώς το κλάσμα όγκου των πρωτογενών καρβονιτριδίων Nb(C,N) από υπολειμματικό τιτάνιο (0,02-0,08%) σε θηκάρι θερμαντήρα 347 ελέγχει την πυκνότητα της θέσης έναρξης σκασίματος σε χλωριωμένο θαλασσινό νερό στους 35 βαθμούς με 1,5 ppm ελεύθερο χλώριο

Το δευτερεύον στοιχείο κραμάτων που γίνεται κύριος εκκινητής διάτρησης υπό οξειδωτικές συνθήκες

Τυπικοί ηλεκτρικοί σωλήνες θέρμανσης με επένδυση από ανοξείδωτο χάλυβα 347 (Nb-σταθεροποιημένοι) εκτεθειμένοι σε χλωριωμένο θαλασσινό νερό (1,5 ppm ελεύθερο χλώριο, 20.000 ppm Cl-) στους 35 βαθμούς , όπως χρησιμοποιούνται σε συστήματα ψύξης παράκτιων σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, εναλλάκτες αφαλάτωσης ή προθερμαντήρες τιτάνιο (0,02-0,08 wt%) από την παραγωγή χάλυβα (αποοξειδωμένα θραύσματα τιτανίου ή σκόπιμη προσθήκη). Σχηματίζονται πρωτεύοντα ανθρακικά νιοβίου πλούσια σε τιτάνιο (Nb,Ti)(C,N). Αυτά τα πολύπλοκα καρβονιτρίδια είναι πιο καθοδικά και πιο σταθερά από το καθαρό NbC, ως εκ τούτου είναι πολύ αποτελεσματικές θέσεις έναρξης δημιουργίας κοιλωμάτων κάτω από υψηλό οξειδωτικό δυναμικό του χλωριωμένου θαλασσινού νερού. Για επίπεδα τιτανίου<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 χρόνια. Καθώς η περιεκτικότητα σε τιτάνιο αυξάνεται από 0,03 σε 0,05%, το κλάσμα όγκου του καρβονιτριδίου αυξάνεται από 0,04 σε 0,08%, η πυκνότητα λακκούβων από 2 σε 5 pits/cm² και η μακροζωία από 5 σε 7 χρόνια. Σε επίπεδα τιτανίου 0,06-0,08% το κλάσμα όγκου είναι 0,10-0,15% και η πυκνότητα λάκκου είναι πάνω από 10-20 κοιλώματα/cm² και η διάτρηση πραγματοποιείται σε 2-3 χρόνια. Αυτό το άρθρο ποσοτικοποιεί τη σχέση μεταξύ της συγκέντρωσης υπολειπόμενου τιτανίου, του ποσοστού όγκου πρωτογενούς ανθρακικού άλατος, της πυκνότητας εκκίνησης και της διάρκειας ζωής σε χλωριωμένο αλμυρό νερό.

Μηχανισμός Ενισχυμένης Εκκίνησης Πίστας Τιτανίου

Το τιτάνιο έχει μεγαλύτερη συγγένεια με τον άνθρακα και το άζωτο από το νιόβιο. Στη χαλυβουργία 347, το τιτάνιο (έως 0,02-0,08%) παράγει κατά προτίμηση ανθρακικά νιτρίδια πλούσια σε τιτάνιο (Ti(C,N)) τα οποία μπορούν επίσης να περιέχουν νιόβιο (Nb,Ti)(C,N). Αυτά τα σωματίδια σχηματίζονται σε υψηλή θερμοκρασία κατά τη στερεοποίηση και είναι μεγαλύτερα (3-10 μm) και πιο σταθερά από το καθαρό NbC. Στο χλωριωμένο θαλασσινό νερό (υψηλό δυναμικό οξείδωσης από Cl2) η καθοδική διαδικασία (μείωση οξυγόνου + μείωση χλωρίου) είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική σε αυτές τις επιφάνειες ανθρακικού άλατος, σχηματίζοντας έτσι ένα ισχυρό γαλβανικό ζεύγος με την περιβάλλουσα ωστενιτική μήτρα. Η γρήγορη ανοδική διάλυση προκαλείται από την υψηλή πυκνότητα καθοδικού ρεύματος. Η υψηλή συγκέντρωση χλωρίου οδηγεί σε γρήγορη έναρξη και διάδοση του λάκκου.

Ποσοτική σχέση μεταξύ της περιεκτικότητας σε τιτάνιο, του κλάσματος όγκου του ανθρακικού άλατος και της πυκνότητας διάτρησης

Οι ακόλουθες πυκνότητες εκκίνησης λάκκου και χρόνοι διάτρησης έχουν καθοριστεί για σωλήνες 347 με διαφορετική περιεκτικότητα σε υπολειμματικό τιτάνιο (σταθερό νιόβιο 0,40%, άνθρακας 0,05%, άζωτο 0,04%) σε χλωριωμένο συνθετικό θαλασσινό νερό (1,5 ppm ελεύθερο Cl 2, ppm 3,00 σε pH) 5.000 ώρες.

Τιτανίου (wt%) Κλάσμα όγκου πρωτογενούς (Nb,Ti)(C,N) (%) Μέγεθος σωματιδίων καρβονιτριδίου (μm) Μορφολογία σωματιδίων Πυκνότητα λάκκου μετά από 5.000h (pits/cm²) Μέγιστο βάθος κοιλώματος μετά από 5.000h (μm) Χρόνος για επαναδιάτρηση 5 mm σε 3 χρόνια. Υπηρεσία θαλασσινού νερού<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
Σχετικά με την αλληλεπίδραση μεταξύ Ti και Nb στο σχηματισμό ανθρακικού

Το υψηλότερο νιόβιο μπορεί να αντισταθμίσει εν μέρει τις δυσμενείς επιπτώσεις του τιτανίου παράγοντας κατά προτίμηση NbC αλλά το τιτάνιο εξακολουθεί να κατανέμεται σε καρβονιτρίδια.

Τιτανίου (wt%) Νιόβιο (wt%) Καρβονιτρίδιο σύνθεσης Πυκνότητα λάκκου (pits/cm2) Συνιστάται για χλωριωμένο θαλασσινό νερό 0.02 0.35 Ti-πλούσιο (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Οριακό 0.02 0.45 Περισσότερο Nb-Πλούσιο ίχνος{-Περισσότερο Nb-Πλούσιο 0,5-1 Ναι 0.05 0.35 Ti+Nb μεικτό 8-12 Όχι 0.05 0.50 Ti+Nb μεικτό 4-6 Δεν συνιστάται 0.05 0.65 Περισσότερο πλούσιο σε Nb, λίγο Ti 2-4 Οριακό
Πρακτικές συστάσεις για το 347 στο Θαλασσινό Χλώριο

Για 347 θερμαντήρες με μανδύα σε χλωριωμένο αλμυρό νερό στους 35 βαθμούς, οι ακόλουθοι περιορισμοί τιτανίου και νιοβίου ελαχιστοποιούν τη δημιουργία κοιλοτήτων λόγω του σχηματισμού καρβονιτριδίου.

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 Μη αποτελεσματικό 347 ακατάλληλο τιτάνιο
Επαλήθευση της ποσότητας τιτανίου και της πυκνότητας ανθρακικού

Για αγοραστές που χρειάζονται 347 για υπηρεσία χλωριωμένου θαλασσινού νερού υπάρχουν δύο τεχνικές επαλήθευσης. Η πρώτη είναι μια χημική ανάλυση για το τιτάνιο, είτε με ICP είτε με OES. Αποδοχή: Τι<0.01-0.02% for life >8 ετών. Το δεύτερο είναι η μεταλλογραφική (SEM 1.000-2.000×) διερεύνηση σε μια στιλβωμένη διατομή για την μέτρηση των πρωτογενών σωματιδίων καρβονιτριδίου (φωτεινά, γωνιακά, 2-10 μm). Αποδοχή:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Συμπέρασμα: Εξαιρετικά-Χαμηλή προδιαγραφή τιτανίου για αντίσταση χλωριωμένου θαλασσινού νερού

Σε 347 θερμαντικά περιβλήματα από ανοξείδωτο χάλυβα, το υπολειμματικό τιτάνιο τόσο χαμηλό όσο 0,02-0,03% παράγει κλάσματα όγκου πρωτογενούς (Nb,Ti)(C,N) καρβονιτριδίου 0,03-0,05% σε χλωριωμένο θαλασσινό νερό (1,5 ppm CL20, 30, ppm Cl20, 20, ppm). η πυκνότητα αυξάνεται από<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 κοιλώματα/cm2 και η διάτρηση εμφανίζεται μετά από 2-3 χρόνια. Οι μηχανικοί που γράφουν προδιαγραφές για 347 περιβλήματα για θαλάσσια χλωριωμένη υπηρεσία θα πρέπει να περιορίσουν το τιτάνιο σε<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.