เศษส่วนของปริมาตรของคาร์ไบด์ปฐมภูมิหลังจากการหลอมสารละลาย 1,050 องศาของท่อปลอกฮีตเตอร์ 316 ควบคุมความต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนในกรดไนตริกที่กำลังเดือดอย่างไร
ฝากข้อความ
พารามิเตอร์การละลายของคาร์ไบด์เพื่อความสอดคล้องกับ ASTM A262 Practice C
สำหรับท่อความร้อนไฟฟ้าที่หุ้มด้วยสแตนเลส 316 ที่ใช้ในการให้บริการกรดออกซิไดซ์ (เช่น เครื่องทำความร้อนกรดไนตริกในการใช้งานทางเคมีหรือในอ่างดอง) เศษส่วนปริมาตรของปฐมภูมิคาร์ไบด์ (โดยหลักคือ M23C6 และ MC) ที่เหลืออยู่ในโครงสร้างจุลภาคจะเป็นหน้าที่ของอุณหภูมิและเวลาในการหลอมสารละลาย คาร์ไบด์สามารถละลายได้อย่างสมบูรณ์โดยการอบอ่อนด้วยสารละลายที่อุณหภูมิเกิน 1,040 องศา และโดยการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเท่านั้น เศษส่วนปริมาตรสมดุลของคาร์ไบด์ปฐมภูมิในมาตรฐาน 316 (0.08%C) ที่ 1,050 องศาคือประมาณ 0.3-0.5% สำหรับการถือระยะสั้น (10-15 นาที) และลดลงต่ำกว่า 0.1% หลังจาก 60 นาที อย่างไรก็ตาม การสลายคาร์ไบด์บางส่วนทำให้เกิดบริเวณที่โครเมียมหมดสิ้นลงรอบๆ คาร์ไบด์ที่ตกค้าง ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการโจมตีตามขอบเกรน (IGA) ในกรดไนตริกที่กำลังเดือด เศษส่วนปริมาตรสูงสุดของคาร์ไบด์ปฐมภูมิที่อนุญาตให้ผ่าน ASTM A262 Practice C (การทดสอบกรดไนตริกเดือด 65% หรือการทดสอบฮิวอี้) คือประมาณ 0.2% ในบทความนี้ การเชื่อมโยงระหว่างพารามิเตอร์การอบอ่อนของสารละลาย เศษส่วนของปริมาตรคาร์ไบด์ปฐมภูมิ และอัตราการกัดกร่อนตามขอบเกรนจะถูกระบุเป็นปริมาณ
กลไกการโจมตีตามขอบเกรนของคาร์ไบด์ที่ตกค้าง
ใน 316 ปฐมภูมิคาร์ไบด์คือโครเมียม-เฟสสมบูรณ์ (Cr₂₃C₆มีโครเมียมประมาณ 90% โดยน้ำหนัก) ในระหว่างการหลอมสารละลายที่ 1,050 องศา คาร์ไบด์จะค่อยๆ ละลายและปล่อยโครเมียมไปยังเมทริกซ์ออสเทนไนต์ หากการระบายความร้อนจากอุณหภูมิการหลอมไม่เร็วเพียงพอ คาร์ไบด์จะตกตะกอนที่ขอบเขตเกรนเมื่อเย็นตัวลงผ่านช่วงความไว (450-850 องศา ) อย่างไรก็ตาม การทดสอบ Huey ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อตรวจจับคาร์ไบด์ตกค้างซึ่งไม่ละลายในระหว่างการหลอมสารละลาย และคาร์ไบด์ใดๆ ที่ตกตะกอนซ้ำ ที่ส่วนต่อประสานของเศษคาร์ไบด์และเมทริกซ์ออสเทนไนต์ ปริมาณโครเมียมจะลดลง (เฉพาะที่ต่ำกว่า 12 % Cr) และเซลล์กัลวานิกจะก่อตัวขึ้นในกรดไนตริกที่เกิดออกซิไดซ์อย่างแรง ออสเทนไนต์ที่อยู่รอบๆ จะโจมตีคาร์ไบด์ซึ่งจะละลายเป็นพิเศษ ทำให้คาร์ไบด์หลุดออกจากหลุมหรือร่องลึก เศษส่วนปริมาตรของปฐมภูมิคาร์ไบด์ที่ยังไม่ละลายมีความสัมพันธ์กับการสูญเสียมวลในการทดสอบฮิวอี้
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างอัตราการกัดกร่อนของการทดสอบฮิวอี้และเศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์
การทดสอบอย่างเป็นระบบของท่อ 316 ที่ 1,050 องศา ด้วยระยะเวลาการหลอมสารละลายที่แตกต่างกัน ตามด้วยการดับน้ำและการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM A262 Practice C (ห้ารอบ 48 ชั่วโมงในการเดือด 65% HNO₃) ได้สร้างความสัมพันธ์ดังต่อไปนี้:
เวลาในการหลอมสารละลายที่ 1050 องศา (นาที) เศษส่วนของปริมาตรคาร์ไบด์ปฐมภูมิ (%) อัตราการกัดกร่อนของการทดสอบฮิวอี้ (มม./ปี เฉลี่ย 5 รอบ) ผลลัพธ์ ASTM A262 Practice C ที่แนะนำสำหรับการต้มกรดไนตริก 5 (ไม่สมบูรณ์) 0.8-1.2 1.5-2.5 ล้มเหลว (Severe IGA) ไม่ใช่ 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 ล้มเหลว (IGA) No 10-15 (ขั้นต่ำปกติ) 0.2-0.4 0.4-0.8 ส่วนขอบ (ผ่าน/ล้มเหลว borderline)ไม่แนะนำ 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 ผ่าน (โอเค) ใช่ 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 ผ่าน (ดี) ใช่ 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 ผ่าน (ดีมาก)ดีที่สุดสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนานแนะนำ45-600.02-0.080.10-0.20ผ่าน (ดี)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
ผลกระทบของปริมาณคาร์บอนต่อระยะเวลาการหลอมที่ต้องการ
มาตรฐาน 316 (สูงสุด 0.08% C) ต้องใช้ระยะเวลาการหลอมนานกว่าในการละลายคาร์ไบด์มากกว่า 316L (สูงสุด 0.03% C) ตารางที่ 2 ระยะเวลาการหลอมสารละลายขั้นต่ำที่แนะนำที่ 1,050 องศาสำหรับปริมาณคาร์บอนที่แตกต่างกัน
ปริมาณคาร์บอน (wt%) เวลาการอบอ่อนขั้นต่ำที่ 1,050 องศาสำหรับเศษส่วนปริมาตรคาร์ไบด์<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0.020-0.030(316L)10 15 ใช่ 0.030-0.040 15 20 ใช่ 0.040-0.050 20 25-30 ใช่ 0.050-0.060 25 30-35 ใช่ 0.060-0.080 (มาตรฐาน 316) 30 40-50 ใช่
ข้อมูลจำเพาะของการหลอมในทางปฏิบัติสำหรับบริการกรดไนตริก
พารามิเตอร์การหลอมสารละลายที่แนะนำสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบมีเปลือก 316 สำหรับงานในการเดือดกรดไนตริกหรือกรดออกซิไดซ์ที่รุนแรงอื่น ๆ มีดังนี้
ความรุนแรงของการบริการ โลหะผสมที่แนะนำ สารละลายขั้นต่ำ อุณหภูมิการหลอม ( องศา ) เวลาการหลอมขั้นต่ำ (นาที) วิธีการทำความเย็น การทดสอบการยอมรับ
HNO₃ เจือจางเป็นระยะๆ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
ต่อเนื่อง 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 การดับน้ำ ASTM A262 Practice C (0.5 มม./ปี)
ค่าคงที่ 50-65% HNO₃ 316L (คาร์บอนต่ำ) 1,050-1,060 30-45 ดับน้ำ ASTM A262 Practice C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (สภาพแวดล้อมการทดสอบฮิวอี้) เดือด 304L หรือ 316L คาร์บอนต่ำพิเศษ 1,060 45-60 ดับน้ำ ASTM A262 Practice C (<0.2 mm/year)
การตรวจสอบการละลายของคาร์ไบด์และสนามความต้านทาน IGA
การศึกษาทางโลหะวิทยาหลังจากการกัดกรดด้วยกรดออกซาลิกด้วยไฟฟ้า (ASTM A262 Practice A) แสดงให้เห็นโครงสร้างจุลภาคของเครื่องทำความร้อนที่ล้มเหลวในการให้บริการกรดไนตริก โครงสร้าง "ขั้น" (ขอบเขตเกรนเรียบ ไม่มีร่องลึก) แสดงให้เห็นว่าการละลายของคาร์ไบด์และความต้านทาน IGA เป็นที่น่าพอใจ โครงสร้าง 'คูน้ำ' (หลุมกัดที่ขอบเกรน) บ่งบอกถึงอาการแพ้หรือคาร์ไบด์ที่ตกค้าง และคาดการณ์ความล้มเหลวในการทดสอบฮิวอี้ ASTM A262 Practice E (การทดสอบ-คอปเปอร์ซัลเฟต-กรดซัลฟิวริก) เป็นการทดสอบแบบคัดกรองอย่างง่ายสำหรับการตรวจสอบท่อที่เข้ามา มีความไวต่ออาการแพ้มากกว่าคาร์ไบด์ปฐมภูมิ แต่ก็ยังมีประโยชน์อยู่ การทดสอบชี้ขาดคือการทดสอบฮิวอี้จริง (แบบฝึกหัด C) อย่างไรก็ตามจะใช้เวลา 10-15 วันจึงจะเสร็จสิ้น
สรุป: คำจำกัดความของการละลายคาร์ไบด์โดยสมบูรณ์สำหรับการให้บริการกรดไนตริก
สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มสแตนเลส 316 ในการให้บริการกรดไนตริกที่กำลังเดือด สัดส่วนของปริมาตรของคาร์ไบด์หลักที่เหลืออยู่หลังจากการหลอมสารละลายจะต้องน้อยกว่า 0.2% เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐาน ASTM A262 Practice C และให้ความต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนที่เพียงพอ การทำเช่นนี้ ปกติ 316 (0.08% C) ต้องอบอ่อนที่ 1,050 องศาเป็นเวลา 40 ถึง 50 นาที และการชุบน้ำ. 316L (0.03% C) จะใช้เวลา 15-20 นาที วิศวกรที่ระบุปลอก 316 ปลอกสำหรับหน้าที่กรดออกซิไดซ์ควรต้องมีการยืนยันพารามิเตอร์การอบอ่อนของสารละลาย (อุณหภูมิ ระยะเวลา วิธีดับ) และสำหรับการใช้งานที่สำคัญ ผลการทดสอบ ASTM A262 Practice C ที่มีอัตราการกัดกร่อนสูงสุดที่ระบุ (เช่น 0.3 มม./ปี) กรอบการทำงานที่พัฒนาขึ้นที่นี่เชื่อมโยงเศษส่วนของปริมาตรคาร์ไบด์ปฐมภูมิกับอัตราการกัดกร่อนของการทดสอบ Huey ที่วัดได้ ช่วยให้ผู้ซื้อสามารถระบุแนวทางปฏิบัติในการหลอมสารละลายที่พัฒนาโครงสร้างจุลภาคที่ปราศจากคาร์ไบด์ซึ่งมีความทนทานต่อการโจมตีตามขอบเกรนในสภาพแวดล้อมของกรดไนตริกที่รุนแรงที่สุด
