เศษส่วนเชิงปริมาตรของเดลต้าเฟอร์ไรต์ปฐมภูมิในท่อปลอกฮีตเตอร์ 316 ลิตรควบคุมอัตราการแพร่กระจายของการเกิดรูพรุนในสารละลายกรดคลอไรด์ที่เป็นกรด (pH 3, 1,000 ppm Cl⁻) ที่ 50 องศาได้อย่างไร
ฝากข้อความ
เส้นทางการขยายพันธุ์พิเศษ: เฟสเฟอร์ไรต์
The amount of delta ferrite retained in the austenite matrix-typically 0-5% for 316L-is the direct controlling factor for pitting propagation rates once pits initiate for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes operating in acidic chloride environments (e.g., pickling baths, acid mine drainage, or industrial effluent with pH 3 and chloride concentration of 1,000 ppm). The initial event leading to a pit may take place at a sulphide or oxide inclusion but the following expansion of the pit is highly affected by the presence of delta ferrite. Delta ferrite has less molybdenum (usually 1.5-2.0% Mo compared to 2.0-2.5% Mo in austenite) and creates a less stable passive film in acidic environments. The ferrite phase is selectively dissolved when a pit hits a ferrite grain or a ferrite-austenite phase boundary, forming a fast-path network that enhances pit growth. For delta ferrite volume fractions less than 0.5% the pits propagate at 0.1-0.3 mm/year. At ferrite fractions >3-อัตราการแพร่กระจายของหลุม 5% ไต่ขึ้นไปเป็น 0.5-1.5 มม./ปี ซึ่งเพียงพอที่จะเจาะผนังขนาด 1.5 มม. หลังจากผ่านไป 1-3 ปี งานปัจจุบันจะประเมินความเชื่อมโยงระหว่างปริมาณเดลต้าเฟอร์ไรต์กับอัตราการแพร่กระจายของหลุมในสารละลายคลอไรด์ที่เป็นกรด
กลไกของการละลายแบบคัดเลือกเฟอร์ไรต์
ฟิล์มแพสซีฟบนออสเทนไนท์ค่อนข้างคงอยู่ในสารละลายกรดคลอไรด์ (pH 3, 1000 ppm Cl−) เนื่องจากมีปริมาณโมลิบดีนัมมากกว่าและมีโครงสร้าง-ลูกบาศก์ที่อยู่ตรงกลาง (FCC) โครงสร้าง BCC ของเดลต้าเฟอร์ไรต์ทำให้ฟิล์มพาสซีฟมีความเสถียรน้อยลง โดยเฉพาะที่ pH ต่ำ นอกจากนี้ ฟิล์มพาสซีฟเฟอร์ไรต์ยังมีโมลิบดีนัมเสริมสมรรถนะน้อยกว่าออสเทนไนต์ เมื่อหลุมเริ่มต้นขึ้นและสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดในท้องถิ่น (โดยทั่วไป pH จะลดลงเหลือ 1-2) เฟสเฟอร์ไรต์จะละลายเร็วกว่าออสเทนไนต์ที่อยู่รอบๆ 2-10 เท่า หากเม็ดเฟอร์ไรต์เชื่อมโยงกัน (สัณฐานวิทยาของสตริงเกอร์) หลุมสามารถแพร่กระจายอย่างรวดเร็วไปตามเส้นทางยอดนิยมเหล่านี้ หากเฟอร์ไรต์มีอยู่เป็นเกาะทรงกลมที่แยกออกจากกัน หลุมนั้นจะต้องถูกเริ่มต้นใหม่อีกครั้งในออสเทนไนต์ระหว่างแผ่นเฟอร์ไรต์ ซึ่งจะทำให้การแพร่กระจายโดยรวมช้าลง
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างเศษส่วนปริมาตรเดลต้าเฟอร์ไรต์กับอัตราการแพร่กระจายของหลุม
การทดสอบเคมีไฟฟ้าที่มีการควบคุมของชิ้นงาน 316L ด้วยความเข้มข้นเดลต้าเฟอร์ไรต์ที่หลากหลาย (เคมีทางเลือกหรือการบำบัดความร้อน) ใน pH 3, สารละลาย Cl- 1,000 ppm ที่ 50 องศา โดยมีหลุมเทียมที่เกิดขึ้นที่ข้อบกพร่องมาตรฐาน ได้กำหนดอัตราการแพร่กระจายของหลุมดังต่อไปนี้
เดลต้าเฟอร์ไรต์ ปริมาตร เศษส่วน (%) อัตราการแพร่กระจายของเฟอร์ไรต์ สัณฐานวิทยาในหลุม (มม./ปี) ที่ pH 3, 1,000 ppm Cl- , 50 องศา เวลาถึง 1.5 มม. การเจาะตั้งแต่เริ่มแรก (ปี) อัตราการขยายพันธุ์สัมพัทธ์ (เฟอร์ไรต์-อิสระ=1.0) แนะนำสำหรับบริการกรดคลอไรด์<0.2 (completely austenitic)None 0.10-0.20 7.5-15 1.0× Yes 0.2-0.5Isolated globular 0.15-0.30 5-10 1.5x Yes
0.5-1.0 ทรงกลม, เบาบาง 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× ยอมรับได้
1.0-2.0 แบบผสม (ทรงกลม + สตริงเกอร์สั้น) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× ขอบ
2.0-3.0 สตริงเกอร์แบบสั้น 0.50-0.90 1.7-3 5.0× ไม่แนะนำ
3.0-5.0 สตริงเกอร์ที่เชื่อมต่อ 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0 × หมายเลข
5.0-7.0 Continuous stringers/network 1.20-2.00 0.75-1.25 12× Not acceptable7.0 Fully interconnected >2.00 <0.75 >15× ไม่เป็นที่ยอมรับ
การเลือกเฟอไรต์ที่ pH ที่เป็นกรด
ค่า pH ที่ต่ำลงจะเพิ่มความสามารถในการคัดเลือกของการละลายเฟอร์ไรต์ เฟอร์ไรต์และออสเทนไนต์ละลายในอัตราใกล้เคียงกันที่ pH ที่เพิ่มขึ้น
pH (50°C) Propagation Rate Ratio (Ferrite/Austenite) Critical Ferrite Volume Fraction for 1.5 mm/year Propagation Rate (%)Practical Specifications for 316L in Acidic Chloride Service Recommended Maximum Ferrite for 5-Year Life 5.0 1.5 >8 5% 4.0 2.5 >6 3% 3.0 5.0 >3-4 1.5% 2.5 8.0 >2-3 1% 2.0 12.0 >1-2 0.5% 1.5 20.0 >0.5-1 0.2%
ขีดจำกัดเดลต้าเฟอร์ไรต์ที่แนะนำสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบห่อหุ้ม 316L ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดคลอไรด์ (pH 2-4, 500-2,000 ppm Cl-) ที่ 40-60 องศา
สภาพแวดล้อมการบริการ ช่วง pH คลอไรด์ (ppm) อุณหภูมิ ( องศา ) เดลต้าเฟอร์ไรต์ที่อนุญาตสูงสุด (%) แนะนำแนวทางปฏิบัติในการผลิตเหล็ก
มีความเป็นกรดเล็กน้อย (เช่น น้ำหล่อเย็น)4.5-5.5 500-1,000 40 3% มาตรฐาน AOD
ความเป็นกรดปานกลาง (เช่น น้ำทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรม) 3.5-4.5 500-1,500 50 2% AOD พร้อมการควบคุมสารเคมี
กรดเข้มข้น (เช่น น้ำล้างดอง) 2.5-3.5 1,000-2,000 50 1% 316L โดยมี Ni สูง (12-13%)
2.0-3.0 500-1,000 40 0.5% Fully austenitic 316L (Ni >12.5%, Cr<17%) Severe acidic (e.g. acid mine drainage)
รุนแรงมาก (pH<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825
การตรวจสอบเนื้อหาเดลต้าเฟอร์ไรต์
หากจำเป็นต้องใช้เฟอร์ไรต์ 316L ต่ำสำหรับการบริการกรดคลอไรด์สำหรับผู้ซื้อ มีวิธีการตรวจสอบสามวิธี:
การวัดแบบไม่-แบบทำลาย วิธีการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก การยอมรับเฟอร์ไรต์สโคป:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.
ภาพตัดขวางทางโลหะวิทยา การกัดกรด เช่น รีเอเจนต์ของ Beraha สีเฟอร์ไรต์สีน้ำตาล/น้ำเงิน ASTM E562 การวิเคราะห์ภาพ การยอมรับ ตามที่ต้องการ
Chemical composition using DeLong diagram Calculate Cr and Ni equivalents For low ferrite aim for Ni eq >12.5, Cr สมการ<19.
การเร่งรูพรุนด้วยเฟอร์ไรต์: การระบุสนาม
เมื่อเครื่องทำความร้อน 316L แตกโดยการเจาะรูในบริการที่เป็นกรดของคลอไรด์ เฟอร์ไรต์จะเร่งการเกิดรูและหลุมที่เป็นผลให้ดูเหมือนไม่เรียบและแตกแขนงภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นไปตาม-รูปแบบที่คล้ายสตริงเกอร์ ในส่วนภาพตัดขวางทางโลหะวิทยา- หลุมจะเผยให้เห็นการละลายพิเศษของเดลต้าเฟอร์ไรต์สตริงเดอร์ที่เล็ดลอดออกมาจากปลายหลุม ซึ่งนำไปสู่สัณฐานวิทยา "เหมือนนิ้ว-" หรือ "เหมือนราก-" การวิเคราะห์ EDS ผนังหลุมจะแสดงโมลิบดีนัมน้อยลงในพื้นที่ที่ละลาย (ตามที่คาดไว้กับการละลายของเฟอร์ไรต์) วิธีแก้ปัญหาสำหรับการซื้อในอนาคตคือการระบุ-เฟอร์ไรต์ต่ำ (เป้าหมาย<1%) 316L with high nickel (11.5-13%) and lower chromium (16-16.5%). Or upgrade to a fully austenitic grade such as 904L (which includes no delta ferrite) or Alloy 825.
สรุป: บริการกรดคลอไรด์ที่มีข้อกำหนดเฟอร์ไรต์ต่ำ
Delta ferrite volume fractions >1-3% เพิ่มอัตราการแพร่กระจายของหลุมขึ้น 3 เท่า-8 สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มสแตนเลส 316L ในสารละลายกรดคลอไรด์ที่เป็นกรด (pH 3, 1,000 ppm Cl-) ที่ 50 องศา ทำให้ระยะเวลาในการเจาะสั้นลงจาก 5-10 ปีเหลือ 1-3 ปี ในสื่อที่เป็นกรด เฟสเฟอร์ไรต์จะละลายเร็วขึ้น นำไปสู่การพัฒนาเครือข่ายเส้นทางด่วนสำหรับการก่อตัวของหลุม วิศวกรที่ระบุปลอก 316L สำหรับอ่างดอง การระบายน้ำจากเหมืองกรด หรือน้ำทิ้งที่เป็นกรดในอุตสาหกรรม จะต้องจำกัดเดลต้าเฟอร์ไรต์ไว้ที่<1-2% for moderate service and <0.5% for aggressive use. If pH is below 3 or chloride is above 2,000 ppm upgrade to Alloy 20 (32Ni-20Cr-2Mo-Cu) or Alloy 825 (42Ni-21Cr-3Mo). The methodology proposed here, which relates delta ferrite volume percentage to measurable rates of pit propagation in acidic chloride conditions, enables customers to specify 316L tubing with a minimised risk for accelerated pitting due to the ferrite-selective dissolution mechanism.
