สัดส่วนของปริมาตรของเดลต้าเฟอร์ไรต์จะคงอยู่ได้อย่างไรหลังจากการหลอมสารละลายของท่อปลอกฮีตเตอร์ 316 ควบคุมความต้านทานการเกิดรูพรุนในน้ำที่มีคลอไรด์สูง- (5,000 ppm) ที่ 60 องศา
ฝากข้อความ
โครงสร้างจุลภาคแบบเฟสคู่เป็นปัจจัยในการกัดกร่อน
สัดส่วนปริมาตรของเดลต้าเฟอร์ไรต์ที่สะสมอยู่ในเมทริกซ์ออสเทนไนท์เป็นปัจจัยที่สำคัญแต่มักถูกละเลยในความต้านทานแบบรูพรุนของท่อความร้อนไฟฟ้าที่หุ้มด้วยสแตนเลส 316 สำหรับสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูง รวมถึงเครื่องทำความร้อนน้ำทะเล (ประมาณ 20,000 ppm Cl⁻) ระบบน้ำกร่อย (5,000-10,000 ppm Cl⁻) หรือเครื่องทำความร้อนน้ำเกลืออุตสาหกรรม เดลต้าเฟอร์ไรต์ (δ-เฟอร์ไรต์) เป็นเฟสลูกบาศก์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวถัง (BCC) ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการแข็งตัวและอาจคงอยู่หลังจากการหลอมสารละลาย ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสม (โดยเฉพาะอัตราส่วนเทียบเท่าโครเมียม-ต่อนิกเกิล) ปริมาณเดลต้าเฟอร์ไรต์ปานกลาง (3-8%) เหมาะสำหรับการต้านทานการแตกร้าวจากความร้อนในการเชื่อม เดลต้าเฟอร์ไรต์มีความทนทานต่อการเกิดรูพรุนในสภาวะคลอไรด์น้อยกว่าออสเทนไนต์ สำหรับระดับเดลต้าเฟอร์ไรต์ > 5-8 % ในน้ำคลอไรด์สูงที่ 60 องศาเซลเซียส ศักยภาพในการเกิดหลุมลดลง 100 - 200 mV และอัตราการแพร่กระจายของหลุมจะเพิ่มขึ้น 2 - 3. ปัจจัย บทความนี้จะประเมินการเชื่อมโยงระหว่างเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของเดลต้าเฟอร์ไรต์และความต้านทานของการเกิดหลุมในบริการที่มีคลอไรด์สูง
กลไกของการโจมตีเดลต้าเฟอร์ไรต์แบบคัดเลือก
องค์ประกอบทางเคมีของเดลต้าเฟอร์ไรต์ในสเตนเลส 316 แตกต่างจากออสเทนไนต์ที่อยู่รอบๆ เฟอร์ไรต์มีโครเมียมอยู่มาก (ประมาณ 26-Cr ในเฟอร์ไรต์ เทียบกับ 15-Cr ในออสเทนไนต์ 18%) แต่หมดไปในนิกเกิล (Ni ในเฟอร์ไรต์ 3-6% เทียบกับ 10-14% Ni ในออสเทนไนต์) และโมลิบดีนัม (ประมาณ 1.5-2.0% Mo ในเฟอร์ไรต์ เทียบกับ 2.0-2.5% Mo ในออสเทนไนต์) ในสภาวะที่มีคลอไรด์สูง เดลต้าเฟอร์ไรต์จะมีความเข้มข้นของโมลิบดีนัมและนิกเกิลต่ำกว่า และด้วยเหตุนี้จึงเป็นขั้วบวกเมื่อเทียบกับออสเทนไนต์ ฟิล์มแพสซีฟบนเฟอร์ไรต์ก็มีความเสถียรน้อยกว่าออสเทนไนต์เช่นกัน เนื่องจากมีโครงสร้างผลึกที่แตกต่างกัน (BCC กับ FCC) การเลือกหลุมที่จะเริ่มต้นที่ขอบเขตเฟสเฟอร์ไรต์-ออสเทนไนต์ จากนั้นเดินทางอย่างรวดเร็วผ่านเฟสเฟอร์ไรต์ โดยปล่อยให้ออสเทนไนต์ไม่เสียหาย เป็นผลให้ได้ลักษณะทางสัณฐานวิทยา "เป็นรูพรุน" หรือ "การชะล้างแบบเลือกได้" โดยเฟอร์ไรต์จะถูกกำจัดแบบเลือกสรร ส่งผลให้เกิดเครือข่ายของรูพรุนที่เชื่อมต่อถึงกัน ซึ่งสามารถแพร่กระจายผ่านความหนาของผนังได้เร็วกว่ารูพรุนที่สม่ำเสมอ
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างเดลต้าเฟอร์ไรต์และความต้านทานแบบหลุม
ประสิทธิภาพการเจาะท่อของท่อ 316 ที่มีส่วนประกอบเดลต้าเฟอร์ไรต์ต่างกัน (จัดการโดยการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบเล็กน้อยเพื่อควบคุมค่าเทียบเท่า Ni) ได้รับการประเมินโดยการทดสอบการจุ่มแบบควบคุมเป็นเวลา 5,000 ชั่วโมงในน้ำทะเลจำลอง (5,000 ppm Cl-, pH 7.5, 60 องศา )
เศษส่วนของปริมาตรเดลต้าเฟอร์ไรต์ (%) อุณหภูมิในบ่อวิกฤติ ( องศา ในหน่วย 5,000 ppm ศักยภาพของการเจาะ 60 องศา (mV เทียบกับ SCE, 5,000 ppm Cl-) ความลึกของหลุมสูงสุดหลังจาก 5,000 ชั่วโมง (µm) เวลาในการเจาะ (ผนัง 1.5 มม.) แนะนำสำหรับ 5,000 ppm Cl⁻, บริการ 60 องศา<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 ปี ใช่
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 ปีใช่ 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 ปียอมรับได้ 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 ปีส่วนเพิ่ม 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 ปีไม่แนะนำ
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 ปี ไม่ยอมรับ
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable
ผลของความเข้มข้นของคลอไรด์ต่อความทนทานต่อเดลต้าเฟอร์ไรต์
การเพิ่มความเข้มข้นของคลอไรด์จะเพิ่มผลเสียของเดลต้าเฟอร์ไรต์ คุณสามารถได้รับเฟอร์ไรต์มากขึ้นหากคุณลดปริมาณคลอไรด์ ตารางด้านล่างระบุเดลต้าเฟอร์ไรท์สูงสุดที่อนุญาตสำหรับการบริการ 5 ปีที่ความเข้มข้นของคลอไรด์ต่างกันและที่ 60 องศา
ความเข้มข้นของคลอไรด์ (ppm) เดลต้าเฟอร์ไรต์สูงสุดสำหรับอายุการใช้งาน 5 ปี (%) ทางเลือกโลหะผสมที่แนะนำหากเฟอร์ไรต์เกินขีดจำกัด<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 (น้ำทะเล) 0 (ออสเตนิติกโดยสมบูรณ์เท่านั้น) 316 ไม่แนะนำ ไทเทเนียมหรืออัลลอยด์ 625
การควบคุมเดลต้าเฟอร์ไรต์โดยการปรับเปลี่ยนเคมี
ปริมาณเดลต้าเฟอร์ไรต์ของ 316 ถูกควบคุมโดยโครเมียมและนิกเกิลที่เทียบเท่ากัน (Schaeffler-แผนภาพ DeLong) แนะนำให้ทำการปรับเปลี่ยนทางเคมีต่อไปนี้เพื่อลดเฟอร์ไรต์สำหรับบริการที่มีคลอไรด์สูง-:
เพิ่ม Ni: เป้าหมาย Ni=11-13% (ช่วงปกติ 10-14% ต้องการส่วนปลายที่สูงกว่า)
ปริมาณโครเมียมต่ำ: ตั้งเป้าไปที่ Cr=16-17% (เทียบกับปกติ 16-18% ระดับต่ำ)
เพิ่มปริมาณไนโตรเจน ไนโตรเจนเป็นสารเพิ่มความเสถียรออสเทนไนต์ที่มีประสิทธิภาพ (0.05-0.10%) เป้าหมาย 0.08-0.10% N
องค์ประกอบส่งเสริมเฟอร์ไรต์: ซิลิคอน (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.5%) โมลิบดีนัม (น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2.2% เทียบกับ 2.5%)
เปอร์เซ็นต์เฟอร์ไรต์ทั่วไปสำหรับเคมี 316 ที่แตกต่างกันจะแสดงอยู่ในตารางด้านล่าง
ชื่อเกรด Ni ทั่วไป (%) Cr ทั่วไป (%) Mo ทั่วไป (%) N ทั่วไป (%) เดลต้าเฟอร์ไรต์ ปริมาตร เศษส่วน (%) 316 (Ni ต่ำ) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (มาตรฐาน) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (Ni สูง) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (C ต่ำพิเศษ, Ni สูง) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (พรีเมี่ยม ออสเทนนิติกเต็มที่) 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack
หากคุณเห็นเครื่องทำความร้อน 316 ทำงานในน้ำที่มีคลอไรด์สูง- (5,000-10,000 ppm Cl-) ที่ 60 องศา โดยมีสัณฐานวิทยาแบบรูพรุนที่ไม่เหมือนใคร สงสัยว่าเดลต้าเฟอร์ไรต์จะโจมตี ในระหว่างการตรวจสอบทางโลหะวิทยา (กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ 200-500× สลักด้วยรีเอเจนต์ของ Beraha หรือ NaOH แบบอิเล็กโทรไลต์) เฟสเฟอร์ไรต์จะปรากฏเป็นเกาะที่มีรอยกัดสีเข้มในเมทริกซ์ออสเทนไนต์ที่เบากว่า ในตัวอย่างที่ถูกกัดกร่อน เกาะเฟอร์ไรต์จะแสดงการละลายเป็นพิเศษ และจะปรากฏเป็นช่องว่างหรือบริเวณที่มีรูพรุน การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์สามารถแสดงให้เห็นการมีอยู่ของเฟอร์ไรต์ (พีค BCC) และออสเทนไนต์ (พีค FCC) สำหรับการบริการที่มีคลอไรด์สูง คำตอบคือให้ระบุท่อที่มีเฟอร์ไรต์ 3-5% ซึ่งสามารถทำได้โดยการขอเกรด "เฟอร์ไรต์ต่ำ" หรือ "ออสเทนนิติกเต็มที่" จากโรงสี ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงเป็น "316L ที่มีเฟอร์ไรต์ควบคุม" หรือเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM A262 Practice A ที่มีโครงสร้าง A (ขั้น)
สรุป: การระบุเดลต้าเฟอร์ไรต์ต่ำสำหรับการใช้งานที่มีคลอไรด์สูง
For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >ลดความต้านทานต่อการเกิดรูพรุน 5-8% และเพิ่มอัตราการแพร่กระจายของหลุม ส่งผลให้ระยะเวลาในการเจาะลดลงจาก 8-15 ปี เป็น 3-5 ปี สำหรับคลอไรด์ที่สูงกว่า 5,000 ppm ควรรักษาเดลต้าเฟอร์ไรต์ให้น้อยกว่า 3-5% สำหรับน้ำเค็ม (20,000 ppm Cl⁻) ออสเทนนิติกโดยสิ้นเชิง (เฟอร์ไรต์<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.
