316 Isıtıcı Kılıf Borusunun Çözelti Tavlamasından Sonra Tutulan Delta Ferritin Hacim Kesri, 60 Derecede Yüksek-Klorürlü (5.000 ppm) Suda Çukurlaşma Direncini Nasıl Kontrol Ediyor?

Korozyon faktörü olarak çift fazlı mikro yapı

Östenit matrisinde tutulan delta ferritin hacim oranı, deniz suyu ısıtıcıları (yaklaşık 20.000 ppm Cl⁻), acı su sistemleri (5.000-10.000 ppm Cl⁻) veya endüstriyel tuzlu su ısıtıcıları dahil olmak üzere yüksek klorürlü ortamlar için 316 paslanmaz çelikle kaplanmış elektrikli ısıtma tüplerinin çukurlaşma direncinde önemli ancak sıklıkla ihmal edilen bir faktördür. Delta ferrit (δ-ferrit), katılaşma sırasında oluşan ve alaşım bileşimine (özellikle krom--nikel eşdeğer oranına) bağlı olarak çözelti tavlamasından sonra kalabilen vücut merkezli kübik (BCC) fazdır. Orta derecede delta ferrit içeriği (%3-8) kaynak sıcak çatlama direnci için uygundur. Delta ferrit, klorür koşullarında oyuklaşmaya karşı ostenitten daha az dayanıklıdır. 60°C'deki yüksek klorürlü suda > %5-8 delta ferrit seviyeleri için, çukurlaşma potansiyeli 100 - 200 mV azaltılır ve çukur yayılma hızı 2 - 3. faktörü kadar artar. Bu makale, yüksek klorür servisindeki delta ferrit hacim yüzdesi ile çukurlaşma direnci arasındaki bağlantıyı değerlendirmektedir.

Seçici Delta Ferrit Saldırısının Mekanizması

316 paslanmaz çelikteki delta ferritin kimyasal bileşimi, çevredeki ostenitten farklıdır. Ferrit, krom açısından bol miktarda bulunur (ferritte yaklaşık %26-%28 Cr ile östenitteki %15-%18 Cr), ancak nikel (östenitteki %10-14 Ni ile karşılaştırıldığında ferritteki %3-6 Ni) ve molibden (ferritteki yaklaşık %1,5-2,0 Mo ile karşılaştırıldığında ferritteki %2,0-2,5 Mo) bakımından fakirdir. ostenit). Yüksek klorür koşullarında delta ferritin molibden ve nikel konsantrasyonu daha düşüktür ve bu nedenle ostenite göre anodiktir. Ferrit üzerindeki pasif film, farklı kristal yapılarından dolayı (BCC'ye karşı FCC) aynı şekilde ostenit üzerindekine göre daha az stabildir. Çukurların tercihi, ferrit-östenit faz sınırından kaynaklanır ve daha sonra osteniti bozulmadan bırakarak ferrit fazı boyunca hızla ilerler. Sonuç olarak, ferritin seçici olarak ortadan kaldırıldığı karakteristik bir "süngerimsi" veya "seçici süzme" morfolojisi elde edilir, bu da duvar kalınlığı boyunca düzgün çukurlaşmadan daha hızlı yayılabilen birbirine bağlı gözeneklerden oluşan bir ağ ile sonuçlanır.

Delta Ferrit ve Çukurlaşma Direnci Arasındaki Kantitatif Korelasyon

Farklı delta ferrit içerikli (Ni eşdeğerini kontrol etmek için küçük bileşim değişiklikleriyle yönetilen) 316 borunun çukurlaşma performansı, simüle edilmiş deniz suyunda (5.000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 derece) 5.000 saatlik kontrollü daldırma testiyle değerlendirildi.

Delta Ferrit Hacim Oranı (%) Kritik Çukurlaşma Sıcaklığı (derece, 5.000 ppm cinsinden Çukurlaşma Potansiyeli 60 derece (mV vs. SCE, 5.000 ppm Cl-) 5.000 saat sonra Maksimum Çukur Derinliği (μm) Delinmeye Kadar Süre (1,5 mm duvar) 5.000 ppm Cl⁻, 60 derece Servis için önerilir<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 yıl Evet
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 yılEvet 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 yılKabul edilebilir 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 yılMarjinal 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 yılÖnerilmez
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 yıl Kabul edilemez
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Klorür Konsantrasyonunun Delta Ferrit Toleransına Etkisi

Klorür konsantrasyonunun arttırılması delta ferritin zararlı etkisini arttırır. Klorür içeriğini azaltırsanız daha fazla ferrit elde edebilirsiniz. Aşağıdaki tablo, farklı klorür konsantrasyonlarında ve 60 derecede 5 yıllık hizmet için izin verilen maksimum delta ferrit değerini göstermektedir.

Klorür Konsantrasyonu (ppm) 5 Yıllık Ömür için Maksimum Delta Ferrit (%) Ferritin Limiti Aşması Durumunda Önerilen Alaşım Alternatifi<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 (deniz suyu) 0 (yalnızca tamamen östenitik) 316 önerilmez Titanyum veya Alaşım 625
Kimyayı Değiştirerek Delta Ferritin Kontrol Edilmesi

316'nın delta ferrit içeriği krom ve nikel eşdeğerleri (Schaeffler-DeLong diyagramı) tarafından kontrol edilir. Yüksek-klorür hizmeti için ferritin azaltılması amacıyla aşağıdaki kimya değişiklikleri tavsiye edilir:

Ni'yi artırın: hedef Ni=11-13% (normal aralık %10-14, daha yüksek uç tercih edilir)

Daha düşük krom içeriği: %= 16-17 Cr hedefleyin (normal %16-18'e kıyasla, düşük uç)

Azot içeriğini artırın Azot güçlü bir östenit stabilizatörüdür (%0,05-0,10), hedef %0,08-0,10 N

Ferrit Destekleyici Elementler: Silikon (%0,5'e eşit veya daha az) Molibden (%2,5'e kıyasla %2,2'ye eşit veya daha az)

Farklı 316 kimyası için tipik ferrit yüzdeleri aşağıdaki tabloda gösterilmektedir.

Sınıf Adı Tipik Ni (%) Tipik Cr (%) Tipik Mo (%) Tipik N (%) Delta Ferrit Hacim Fraksiyonu (%) 316 (düşük Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (standart) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (yüksek Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (ekstra düşük C, yüksek Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (premium, tam ostenitik) 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Yüksek-klorürlü suda (5000-10.000 ppm Cl-) 60 derecede benzersiz çukurlaşma morfolojisiyle çalışan bir 316 ısıtıcı görürseniz delta ferrit saldırısından şüphelenin. Metalografik inceleme sırasında (200-500x'lik optik mikroskop, Beraha reaktifi veya elektrolitik NaOH ile aşındırılmış), ferrit fazı, daha açık renkli ostenit matrisinde koyu renkli aşındırma adaları olarak ortaya çıkar. Aşınmış numunelerde ferrit adacıkları tercihli çözünme gösterecek ve boşluklar veya gözenekli bölgeler olarak görünecektir. X-ışını kırınımı ferritin (BCC zirveleri) yanı sıra ostenitin (FCC zirveleri) varlığını da gösterebilir. Yüksek klorürlü hizmet için yanıt, fabrikadan "düşük ferrit" veya "tamamen östenitik" kalitesi istenerek veya genellikle "kontrollü ferritli 316L" olarak belirtilen veya A (adım) yapılı ASTM A262 Uygulama A'yı karşılayan %3-5 ferritli boruların belirlenmesidir.

Sonuç: Yüksek Klorür Uygulamaları için Düşük Delta Ferritin Belirlenmesi

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >%5-8 çukurlaşmaya karşı direnci azaltır ve çukur yayılma oranlarını artırır, böylece delinmeye kadar geçen süre 8-15 yıldan 3-5 yıla düşer. 5.000 ppm'in üzerindeki klorürler için delta ferrit %3-5'in altında tutulmalıdır; tuzlu su için (20.000 ppm Cl⁻) tamamen östenitik (ferrit<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.