316L Isıtıcı Kılıf Borusundaki Birincil Titanyum Nitrür (TiN) Kalıntılarının Hacim Oranı, Klorlu Deniz Suyundaki Çukurlaşma Başlatma Alanlarını 40 Derecede Nasıl Kontrol Ediyor?

Oksitleyici Koşullarda Hasara-En Dirençli Katılım

The use of chlorine (normally 0.5-2 ppm residual) as a biocide results in highly oxidising conditions for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in chlorinated seawater service (e.g., marine heat exchangers, cooling systems for coastal power plants or offshore platform heaters). Under these conditions, the common pitting initiators, manganese sulphide (MnS) inclusions, are oxidised rapidly and dissolved, but primary titanium nitride (TiN) inclusions become the dominant pitting initiator sites. TiN inclusions are hard, angular and electrically conducting. During solidification , precipitation of chromium-rich carbides and nitrides occurs leading to depletion of chromium and molybdenum at their edge in the surrounding austenite matrix . TiN inclusions >Klorlu deniz suyunda 40 derecede 500-1000 saatte 5-10 µm'lik çekirdek çukurları oluşur. TiN hacim fraksiyonlarına sahip malzeme<0.001% (essentially TiN free) remains pitting free for >10.000 saat. Bu makale, TiN içerme içeriği, ocak başlangıç ​​yoğunluğu ve klorlu deniz suyundaki hizmet ömrü arasındaki istatistiksel bağlantıyı değerlendirmektedir.

Oksitleyici Koşullar Altında TiN Kaynaklı Çukurlaşma: Mekanik Bir Çalışma

Titanyum genellikle 316L'ye stabilizasyon elemanı (316Ti) olarak veya-titanyum-oksidasyonu giderilmiş çelik üretiminin bir yan ürünü olarak eklenir. Yüksek sıcaklıkta katılaşma, genellikle 2-20 µm boyutunda olan ve açısal kübik şekle sahip olan titanyum nitrür (TiN) birincil kalıntılarının oluşmasıyla sonuçlanır. MnS aktif olarak çözünürken TiN östenitik matriste termodinamik olarak stabildir. Ancak TiN-matris arayüzünün çukurlaşmayı kolaylaştıran çeşitli özellikleri vardır. İlk olarak, katılaşma sırasında, titanyum nitrürler yüksek sıcaklıklarda çökelir ve çevredeki sıvı çelik, krom ve molibden bakımından tükenerek, %12-14 kadar düşük Cr'ye sahip (toplu olarak %{. 17-18'ye karşı) 0,5{-3 µm genişliğinde bir çözünen-fakir bölge oluşturur. İkincisi, TiN parçacığının kendisi yarı iletkendir ve katot görevi görebilir, böylece komşu matrisin anodik çözünmesine neden olabilir. Üçüncüsü, TiN'in açısal formu, içerme matrisi arayüzünde bir çatlak oluşturur. Klorlu deniz suyunda (yüksek oksidasyon potansiyeli) TiN parçacığı yüksek verimli bir katot görevi görür ve çevresindeki kromu tüketen matris tercihen çözünür.

Klorlu deniz suyunda TiN hacim fraksiyonu ve oyuklanma korozyonunun korelasyonu

Çeşitli TiN içerikli 316L boruların kontrollü maruz kalma testi (farklı çelik üretim prosedürlerinden), 5.000 saat boyunca 40 derecede sentetik klorlu deniz suyunda (serbest klor 1,5 ppm, 20.000 ppm Cl -, pH 8,0) aşağıdaki çukur başlatma yoğunluklarını göstermiştir:

TiN Katılımının Hacim Oranı (％)TiN Katılım Boyutu Aralığı (μm) TiN Morfolojisi 5.000 saat sonra Çukur Yoğunluğu (çukur/cm2) 5.000 saat sonra Maksimum Çukur Derinliği (μm) İlk Stabil Çukura Kadar Süre (saat) Klorlu Deniz Suyu Hizmeti için Tavsiye edilir<0.0005 (Ti-free 316L) None None <0.1 <10 >10,000 Best 0.0005-0.001 1-3 Few, fine 0.1-0.5 10-25 5,000-10,000 Excellent 0.001-0.002 2-5 Scattered 0.5-2 20-40 2,000-5,000 Acceptable 0.002-0.005 3-8 Moderate 2-5 30-60 1,000-2,000 Marginal 0.005-0.010 5-12 Frequent 5-15 50-80 500-1,000 Not recommended 0.010-0.020 8-15 Numerous, angular 15-40 60-100 200-500 Unacceptable >0.020 >15 Extensive, clusters >40 >100 <200 Unacceptable
Klorlu ortamlarda TiN ve MnS kalıntılarının karşılaştırılması

Klorlama, farklı türdeki kalıntıların göreceli agresifliğini büyük ölçüde değiştirir. Aşağıdaki tablo, 40°C'de klorsuz ve klorlu deniz suyunda MnS'den TiN'ye karşı çukurlaşma başlangıcını karşılaştırmaktadır.

Dahil Edilme Türü Hacim Kesri (%)Klorlanmamış Deniz Suyu Çukurlaşma Oranı (mm/yıl)Klorlu Deniz Suyunda Çukurlaşma Oranı (1,5 ppm Cl2, mm/yıl)Arıza modu baskın MnS (sülfit) 0.01 0.5-1.0<0.05 (MnS oxidized/dissolved) MnS is protective (oxidised to MnO)
TiN (nitrür) 0.001 0.05-0.10 0.3-0.8 TiN daha agresif hale geliyor (galvanik)
Karışık (her ikisi de) her biri 0,005 0.5-1.0 0.5-1.0 (TiN baskındır)MnS'den TiN başlangıcına geçiş
Al203<0.05 <0.05 0.005 Unchanged (inert)
Klorlu deniz suyunda 316L servisi için pratik özellikler

Klorlu deniz suyu hizmetinde kullanılan 316L kılıflı ısıtıcılar için (0,5-2 ppm Cl₂, 40 derece), aşağıdaki kriterler TiN ile ilgili çukurlaşmayı en aza indirir:

Artık Klor (ppm) Deniz Suyu Sıcaklığı (oC) İzin Verilen Maksimum TiN Hacim Oranı (%) Önerilen Çelik Üretim Uygulaması Alternatif Malzeme 0.5 30 0.005 AOD + kalsiyum işlemi 316L kabul edilebilir 0.5-1.0 30 0.003 AOD + düşük Ti (Ti deoksidasyonundan kaçının) izleme ile 316L 0.5-1.0 30-40 0.001 VAR (vakum arkı yeniden eritilmiş) Dubleks 2205 1.0-2.0 30 0.002 ESR (elektroslag yeniden eritilmiş) Dubleks 2205 1.0-2.0 30-40 0.0005 (Ti-ücretsiz) VAR + Ti-ücretsiz uygulama Duplex 2205 veya titanyum2.0 Herhangi bir Ti-ücretsiz (önerilmez 316) Yok Titanyum veya Alaşım 625
TiN Dahil İçerik Doğrulaması

Bu belgede, klorlu deniz suyu hizmeti için düşük-TiN 316L için alıcılara yönelik doğrulama prosedürleri sunulmaktadır. İlk olarak titanyum içeriğinin kimyasal incelemesi: Ti<0.005% (50 ppm) usually correlates to TiN volume fraction <0.001%. The second is the metallographic inspection (ASTM E45) with a scanning electron microscopy (SEM) for the direct counting of TiN inclusions (morphology-angular, cubic, gold-yellow colour in the reflected light). The acceptability threshold is less than 5 TiN inclusions per mm² greater than 2 µm. The third is an accelerated pitting test in which a sample is exposed to synthetic chlorinated seawater at 40°C for 1,000 hours. Acceptance criterion: No pits deeper than >20 μm.

TiN Kaynaklı Çukurlaşmanın Saha Tanımlaması

Çukurlar köşeli, altın renkli kalıntıların etrafında ortalanmışsa (metalurji mikroskobu altında 500x'te görülür), TiN kalıntıları klorlu tuzlu suda 316L'lik bir ısıtıcının 1-2 yıl içinde çukurlaşmasının olası nedenidir. EDS analizi Ti ve N'yi doğrular. Çukurlar genellikle küçüktür (10-50 µm genişliğinde), ancak yine de derindir ve genellikle TiN parçacığı çukurun dibinde kalır. Bitişikteki metalde artık paslanma belirtisi görülmemektedir. Bu tür arızaların çözümü Ti içermeyen 316L'yi (titanyum) seçmektir.<0.005%) for future purchases. Temporary mitigation can be achieved by electropolishing of the sheath surface, removing the surface layer with exposed TiN inclusions.

Sonuç: Klorlu Deniz Suyu Isıtıcıları için TiN-Serbest 316L Kullanımı

40 derece sıcaklıkta klorlu tuzlu suda bulunan 316L paslanmaz çelik mahfazalı ısıtıcılar için başlıca çukurlaşma başlangıç ​​bölgeleri, başlıca titanyum nitrür (TiN) kalıntılarıdır. %0,002-0,005'ten büyük TiN hacim fraksiyonları, 1.000-5.000 saat içinde cm2 başına 2-15 çukurluk çukur yoğunluğuna neden olur ve bu da 2-5 yıl içinde delinmeye neden olur. Klor dezenfeksiyonu ile denizcilik veya kıyı uygulamalarında kullanılan 316L kılıflar için, %0,005'in altındaki Ti içeriği (Ti içermeyen) gerekli olmalı, Ti deoksidasyonunu (tercihen Al veya Si deoksidasyonu) önleyen çelik üretim uygulamaları takip edilmeli ve kritik hizmet söz konusuysa, TiN katılım popülasyonlarını %0,001'in altına düşürmek için VAR veya ESR yeniden eritme belirtilmelidir. Burada, TiN hacim yüzdesini, klorlu deniz suyundaki ölçülebilir çukur başlatma yoğunlukları ve hizmet ömrü ile ilişkilendirerek, alıcıların, en zorlu oksitleyici deniz ortamlarında dahil edilmenin neden olduğu çukurlaşmaya direnen 316L boru sistemini seçmesine olanak tanıyoruz.