เศษส่วนของปริมาตรของการรวม-ออกไซด์ของโลหะที่ไม่ใช่โลหะหลังจากการหลอมอาร์กสุญญากาศของท่อควบคุมปลอกฮีตเตอร์ 316 ความหนาแน่นของไซต์เริ่มต้นในน้ำบริสุทธิ์สูง-ที่ 90 องศาอย่างไร

การรวมประชากรเป็นกลไกการเริ่มต้นแบบ Pitting เพียงอย่างเดียวในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ต่ำ-

With 316 stainless steel clad electric heating tubes in high purity water applications such as pharmaceutical water systems, semiconductor rinse tanks or high pressure boiler feedwater when the chloride levels are under 10 ppm, conventional chloride-induced pitting is not expected. However the pitting does occur in these conditions and the beginning sites are virtually solely non-metallic oxide inclusions (mainly alumina, Al2O3 and spinels) rather than manganese sulphides. The oxide inclusion volume fraction of a normal electric-arc furnace (EAF) 316 is usually 0.01–0.05%. Vacuum arc remelting (VAR) or electroslag remelting (ESR) reduce the oxide inclusion volume percentage to less than 0.002% (a 10-25 fold reduction). A 316 sheath with an oxide inclusion volume fraction >0.01% ในน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ 90 องศา จะสร้าง 10-50 หลุม/ซม.2 ใน 1,000 ชั่วโมง แต่วัสดุที่ผ่านการบำบัดด้วย VAR ด้วย<0.002% inclusions is pit-free for >10,000 ชม. ในบทความนี้ ได้มีการศึกษาอิทธิพลของอายุการใช้งาน ความหนาแน่นของการเริ่มต้นของหลุม และเศษส่วนของปริมาตรที่รวมออกไซด์กับน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง-

พฤติกรรมการเกิดหลุมของเหล็กที่เกิดจากกลไกการรวมตัวของออกไซด์

ตรงกันข้ามกับการรวมแมงกานีสซัลไฟด์ที่มีปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าและกระตุ้นให้เกิดรูพรุนโดยการละลาย การรวมออกไซด์ (Al₂O₃, MgO·Al₂O₃) ถือเป็นฉนวนเฉื่อย พวกมันมีบทบาททางกลและทางเรขาคณิตในการเริ่มเกิดหลุม ส่วนต่อประสานระหว่างการรวมออกไซด์และเมทริกซ์ออสเทนนิติกแตกต่างกันในสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (CTE ของ Al2O3=8×10−6 / องศา เทียบกับ. 316 ความเข้มข้น 17×10−6 / องศา ) ความไม่ตรงกันของ CTE นี้ทำให้เกิดช่องว่าง (รอยแยก) ระหว่างการรวมและเมทริกซ์เมื่อได้รับความร้อน (สูงถึง 90 องศา ) และรอบการทำความเย็น รอยแยกนี้เต็มไปด้วยน้ำและไอออนคลอไรด์ (แม้แต่ที่<10 ppm) and constitutes the differential aeration cell that causes pitting. The pit then propagates by normal chloride driven mechanisms, but the bulk chloride is low. The number of pits is related to the number of oxide inclusions exposed at the surface.

ความสัมพันธ์ระหว่างเศษส่วนปริมาตรการรวมออกไซด์กับปริมาณความหนาแน่นของหลุมที่ 90 องศา

การทดสอบการจุ่มแบบควบคุมของท่อ 316 จากกระบวนการผลิตเหล็กต่างๆ (EAF, AOD, VAR) ในน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง (8 ppm Cl⁻, ค่าการนำไฟฟ้า 15 µS/ซม., pH 7.0) ที่ 90 องศา เป็นเวลา 5,000 ชั่วโมง ได้กำหนดความหนาแน่นของการเริ่มต้นของหลุมดังต่อไปนี้

เศษส่วนปริมาณการรวมออกไซด์ปกติ (%) ในกระบวนการผลิตเหล็กช่วงขนาดของการรวม (µm) หลุม/ซม.² หลังจาก 5,000 ชั่วโมงที่ 90 องศา ความลึกของหลุมสูงสุดหลังจาก 5,000 ชั่วโมง (µm) เวลาที่ถึงหลุมแรกที่มั่นคง (ชม.) บริการที่แนะนำสำหรับน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง
VAR (หลอมส่วนโค้งสุญญากาศใหม่)<0.002 1-5 <0.1 <10 >10,000 ESR ที่ดีที่สุด (ถลุงด้วยไฟฟ้าอีกครั้ง) 0.002-0.005 1-8 0.1-0.5 10-20 5,000-10,000 AOD ดีเยี่ยม (แยกคาร์บอนออกด้วยอาร์กอน-ออกซิเจน) 0.005-0.010 2-10 0.5-2 20-40 2,000-5,000 ที่ยอมรับได้
AOD + การรักษาด้วยแคลเซียม 0.008-0.015 3-15 2-5 30-60 1,000-3,000 ส่วนเพิ่ม
EAF (เตาอาร์คไฟฟ้า มาตรฐาน) 0.015-0.030 5-25 5-20 50-100 500-1,500ไม่แนะนำ
EAF (คุณภาพไม่ดี) 0.030-0.050 10-50 20-50 80-150 200-500 ไม่สามารถยอมรับได้
อิทธิพลของความเข้มข้นของคลอไรด์ที่มีต่อการรวม-เกณฑ์การเกิดรูพรุนที่เหนี่ยวนำ

การเริ่มต้นแบบหลุมที่การรวมออกไซด์จะถูกเร่งโดยการมีคลอไรด์น้อยที่สุด ตารางด้านล่างแสดงเปอร์เซ็นต์ปริมาตรการรวมออกไซด์สูงสุดที่อนุญาตสำหรับการบริการ 5 ปีโดยฟังก์ชันของความเข้มข้นของคลอไรด์ที่ 90 องศา

ความเข้มข้นของคลอไรด์ (ppm) ปริมาณการรวมออกไซด์สูงสุดที่อนุญาต เศษส่วน (%) เส้นทางการผลิตเหล็กที่เสนอ ทางเลือกอื่นหากเกินกำลัง<1 0.020 AOD or betterNone 1-5 0.010 AOD + calcium therapyNone 5-10 0.005 AOD (premium) or ESR None 10-20 0.003 ESR or VAR 316L with electropolishing 
20-50 0.002 VARอัปเกรดเป็น 316L, passivation50<0.001 VAR + surface removal 316 not recommended for long life
316 Inclusion-ข้อกำหนดควบคุมสำหรับบริการน้ำบริสุทธิ์สูง

ข้อมูลจำเพาะสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้ม 316 สำหรับการใช้งานน้ำบริสุทธิ์สูง-ในเอกสารการจัดซื้อควรมีดังต่อไปนี้:

การใช้งาน คลอไรด์สูงสุด (ppm) ต้องใช้กระบวนการผลิตเหล็ก เศษส่วนปริมาณการรวมออกไซด์สูงสุด วิธีการตรวจสอบ
เภสัชกรรม WFI (น้ำสำหรับฉีด)<3 VAR or ESR <0.003% (30 ppm) ASTM E45 + SEM/EDS
สารกึ่งตัวนำล้าง (บริสุทธิ์พิเศษ)<1 VAR <0.002% (20 ppm) SEM/EDS of 10 fields 
น้ำป้อนหม้อไอน้ำแรงดันสูง-<5 ESR or AOD premium <0.005% (50 ppm) ASTM E45 Method A General high purity industrial <10 AOD with calcium treatment <0.010% (100 ppm) ASTM E45

ผู้ซื้อที่ต้องการการควบคุมแบบรวม 316 มีเทคนิคการตรวจสอบสามวิธี วิธีแรกคือ ASTM E45 (วิธีทดสอบมาตรฐานสำหรับการกำหนดปริมาณการรวมของเหล็ก) วิธี A (สาขาที่แย่ที่สุด) หรือวิธี D (การวิเคราะห์รูปภาพ) สำหรับการใช้งานที่มีความบริสุทธิ์สูง จะมีการระบุความรุนแรงสูงสุด 0.5 สำหรับการรวมประเภท B (อลูมินา) ประการที่สองคือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) ด้วยรังสีเอกซ์-การกระจายพลังงาน (EDS) บนหน้าตัดขัดเงา- (500-1,000×) นับรวมใน 10 มุมมอง เกณฑ์การยอมรับน้อยกว่า 10 การรวมต่อ mm 2 มากกว่า 2 µm การทดสอบครั้งที่สามเป็นการทดสอบการจุ่มแบบง่าย โดยแช่ตัวอย่างท่อในน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง (10 ppm Cl⁻) ที่ 90 องศา เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง หากมองเห็นหลุมได้ แสดงว่าเนื้อหาที่มีการรวมอยู่สูงเกินไป

การระบุภาคสนามของการเกิดรูพรุนจากการรวมตัวของออกไซด์

การรวมออกไซด์เข้าด้วยกันเป็นสาเหตุที่เป็นไปได้ที่เครื่องทำความร้อน 316 จะไปอยู่ในน้ำคุณภาพสูงซึ่งมีคลอไรด์น้อยกว่า 10-20 ppm ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (200-500×) บริเวณหลุมจะเผยให้เห็นการรวม Al 2 O 3 หรือสปิเนลที่ใจกลางหลุม ซึ่งการรวมมักจะหลุดออกไปบางส่วน หลุมมีขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 10–100 µm) มีจำนวนมากและกระจายอย่างเท่าเทียมกัน การตรวจสอบ EDS ของศูนย์หลุมเพื่อยืนยัน O และ Al การแก้ไขปัญหาเหล่านี้คือการระบุ VAR หรือ ESR-grade 316 สำหรับการซื้อในอนาคต เครื่องทำความร้อนไม่สามารถซ่อมแซมได้ และต้องเปลี่ยนด้วยท่อที่ควบคุมการรวมไว้

สรุป: การกำหนด VAR/ESR 316 สำหรับบริการน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง

สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มด้วยสแตนเลส 316 ในน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูง (คลอไรด์<10 ppm) at 90°C, the dominant pitting initiation mechanism is galvanic crevice attack at non-metallic oxide inclusions. Standard EAF steel with 0.015-0.03% oxide inclusion volume fractions produces 5-20 pits/cm2 and perforation in 2-5 years in 5,000 hours. VAR or ESR processing decreases the oxide inclusion volume percentage to <0.002-0.005% and increases the pit-free life to >10,000 ชม. หากมีการระบุปลอก 316 สำหรับการใช้งานในด้านเภสัชกรรม เซมิคอนดักเตอร์ หรือการทำน้ำร้อนบริสุทธิ์พิเศษ- วิศวกรจะต้องใช้วัสดุเกรด VAR หรือ ESR และทดสอบเพื่อหาปริมาณการรวมเข้าตามมาตรฐาน ASTM E45 โดยมีขีดจำกัดความรุนแรง<0.5 for Type B inclusions. The framework described correlates oxide inclusion volume percentage with measurable pit initiation density and service life. Buyers may now select 316 tubing that resists pitting even in the most aggressive high purity water situations.