ความลึกการพร่องของเนื้อหาโครเมียมที่เท่ากันที่รอยเชื่อมของท่อปลอกฮีตเตอร์ 316 ควบคุมความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรนในกรดไนตริกที่กำลังเดือดได้อย่างไร

การไล่ระดับโครงสร้างจุลภาคในโซนรับผลกระทบความร้อนจากการเชื่อม- (HAZ) เป็นพารามิเตอร์การกัดกร่อน

ในสภาพแวดล้อมของกรดออกซิไดซ์ ความร้อน-โซนที่ได้รับผลกระทบ (HAZ) ที่อยู่ติดกับแนวเชื่อมฟิวชันเป็นพื้นที่ที่ละเอียดอ่อนที่สุดสำหรับการกัดกร่อนตามขอบเกรน (IGC) ในกรณีของท่อความร้อนไฟฟ้าหุ้มด้วยเหล็กสแตนเลส 316 ซึ่งจำเป็นต้องมีฝาปิดปลายหรือหน้าแปลนแบบเชื่อม เช่น เครื่องทำความร้อนแบบใช้แรงดัน เครื่องทำความร้อนแบบแทรกอุณหภูมิสูง หรือชุดประกอบที่มีเทอร์โมเวลส์ ในระหว่างการเชื่อม HAZ จะพบกับวงจรความร้อนที่สามารถละลายคาร์ไบด์ที่มีอยู่บางส่วนและตกตะกอนโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตของเกรนเมื่อเย็นตัวลง การสูญเสียโครเมียมที่ตามมาจะขยายความลึกบางส่วนจากขอบเขตเกรน และถูกวัดเป็นปริมาณเท่ากับความลึกการสูญเสียปริมาณโครเมียมที่เท่ากัน (ปกติคือ 50-500 นาโนเมตร) ความลึกของการสูญเสียโครเมียมในการเดือดของกรดไนตริก 65% (ASTM A262 Practice C) มากกว่า 200 นาโนเมตร และความเข้มข้นของโครเมียมที่ขอบเกรนน้อยกว่า 12% การโจมตีตามขอบเกรนดำเนินไปอย่างรวดเร็วทำให้น้ำหนักลดลง 0.5-2 มม./ปี เอกสารนี้วัดความเชื่อมโยงระหว่างความลึกของการพร่องโครเมียม ความเข้มข้นของโครเมียมขอบเขตเกรน และอัตรา IGC ในปลอกเชื่อม 316

กลไกการสูญเสียโครเมียมโดยการเชื่อม

ในระหว่างการเชื่อมสแตนเลส 316 โซนรับผลกระทบความร้อน (HAZ) จะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิระหว่าง 600 องศา ถึง 1,300 องศา ในบริเวณที่มีความร้อนสูงกว่า 1,050 องศา คาร์ไบด์ที่มีอยู่จะละลายอย่างสมบูรณ์ และโครเมียมและคาร์บอนจะอยู่ในสารละลายที่เป็นของแข็ง เมื่ออุณหภูมิลดลง HAZ จะเข้าสู่ช่วงการทำให้เกิดอาการแพ้ (450-850 องศา ) ในอัตราความเร็วซึ่งเป็นหน้าที่ของความหนาของผนัง การอุ่นเครื่อง และสถานการณ์โดยรอบ ปลอกเครื่องทำความร้อนติดผนังแบบบาง- (1.5-2.0 มม.) เย็นลงค่อนข้างเร็ว (10-30 วินาทีตลอดช่วงความไว) มักจะป้องกันการตกตะกอนของคาร์ไบด์จำนวนมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการเชื่อมหลายครั้ง หรือเมื่อเชื่อมปลอกเข้ากับหน้าแปลนหนา (ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน) อัตราการเย็นตัวจะช้าลง และโครเมียมคาร์ไบด์สามารถตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรน ทำให้เกิดโซนที่โครเมียมหมดสิ้นลง กว้าง 50-500 นาโนเมตร โดยมีปริมาณโครเมียมในท้องถิ่นต่ำเพียง 5-10% (เทียบกับปริมาณ 17-19%) ความลึกของการพร่องเนื้อหาโครเมียมที่สอดคล้องกันคือความกว้างของบริเวณที่โครเมียมมีค่าน้อยกว่าค่าวิกฤติที่ 12%

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างความลึกของการพร่องและอัตราการกัดกร่อนในการกัดกร่อนตามขอบเกรน

ความสัมพันธ์นี้สร้างขึ้นโดยการเชื่อมแบบควบคุมของท่อ 316 (ผนัง 1.5 มม.) ด้วยอินพุตความร้อนที่แตกต่างกัน (0.5-3.0 กิโลจูล/มม.) และอัตราการทำความเย็น ตามด้วยการวัดความลึกของการพร่องของโครเมียมโดย Auger Electron Spectroscopy (AES) และการทดสอบ IGC ในการเดือด 65% HNO₃ (5 รอบ แต่ละครั้ง 48 ชั่วโมง)

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (หลายรอบ)<5 >500 <6 >3.50 ล้มเหลว (สลายตัว) ไม่สามารถยอมรับได้
อิทธิพลของปริมาณคาร์บอนต่อความลึกของการพร่อง

สำหรับอัตราการเย็นตัวที่เท่ากัน มาตรฐาน 316 (0.08% C) จะให้โซนพร่องลึกกว่า 316L (0.03% C) เนื่องจากมีคาร์บอนมากกว่าที่จะเกิดเป็นคาร์ไบด์

อัตราการทำความเย็น ( องศา /วินาที) (450-850 องศา ) ความลึกของการพร่องใน 316 (0.08% C) (นาโนเมตร) ความลึกของการพร่องใน 316L (0.03% C) (นาโนเมตร) 316 อัตรา IGC (มม./ปี) อัตรา IGC 316L (มม./ปี) เกรดที่แนะนำสำหรับบริการเชื่อมในกรด100<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1.50 > .60 หลัง-จำเป็นต้องอบอ่อนสำหรับการเชื่อม
ข้อมูลจำเพาะการเชื่อมในทางปฏิบัติของบริการกรดไนตริก

สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบมีเปลือก 316 สำหรับใช้ในกรดไนตริกที่กำลังเดือดหรือกรดออกซิไดซ์อื่น ๆ ข้อกำหนดในการเชื่อมต่อไปนี้จะช่วยลดความลึกของการพร่องโครเมียมให้เหลือน้อยที่สุดและให้ความต้านทาน IGC

เงื่อนไขการบริการ อัตรา IGC สูงสุดที่อนุญาต (มม./ปี) กระบวนการเชื่อมที่แนะนำ ปริมาณความร้อนสูงสุด (กิโลจูล/มม.) การทดสอบการยอมรับการรักษาหลังการเชื่อม
เจือจางเป็นระยะๆ (20% HNO3) 0.3 GTAW, ผ่านครั้งเดียว 1.5 ไม่มี (ถ้าเป็น 316L) ASTM A262 Practice A