در چه ترکیب خاصی از غلظت اسید سولفوریک و دما، یک غلاف فولادی ضد زنگ 2.0 میلی‌متری 316 برای جلوگیری از خوردگی فعال در حمام‌های ترشی فلز، به کاهش کمتر از 5 وات بر سانتی‌متر مربع نیاز دارد؟

مهندسان فرآیند ساخت بخاری های غوطه وری الکتریکی برای حمام های ترشی فلز در کارخانه های فولاد و صنایع ساخت فلز با یکی از سخت ترین شرایط برای غلاف فولاد ضد زنگ 316 در مواجهه با اسید سولفوریک در دماهای شدید مواجه می شوند. حمام های ترشی معمولاً در دمای 60 تا 90 درجه و غلظت اسید سولفوریک 10 تا 25 درصد، اغلب با نمک های آهن محلول استفاده می شوند که رفتار خوردگی را حتی بیشتر پیچیده می کند. ضخامت دیواره 2.0 میلی متری اغلب برای ایجاد خوردگی و ایجاد انعطاف مکانیکی در برابر تلاطم حمام و تماس با قطعه کار انتخاب می شود. با این حال، کار با تراکم وات معمولی 8-12 W/cm2 باعث می‌شود دمای سطح غلاف 20 تا 40 درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای حمام حجیم باشد، که می‌تواند منجر به ورود غلاف به رژیم خوردگی فعال با نرخ خوردگی بیش از 5 میلی‌متر در سال شود. در این مقاله، ترکیب‌های دما-غلظت قابل اجرا را شناسایی می‌کنیم که برای آن‌ها یک غلاف 2.0 میلی‌متری 316 باید زیر 5 وات بر سانتی‌متر مربع کاهش یابد تا در رژیم خوردگی غیرفعال بماند.

فولاد ضد زنگ 316 در اسید سولفوریک: گذار از غیرفعال به فعال
ماده 30 بیان می کند که در اسید سولفوریک انتقال غیرفعال-فولاد زنگ نزن 316 تا حد زیادی به دما و غلظت بستگی دارد. نرخ خوردگی کمتر از 0.2 میلی متر در سال در رژیم غیرفعال است. نرخ در رژیم فعال 5{26}}20 میلی متر در سال است. مرز انتقال شرایط حمام ترشی از منحنی خاصی پیروی می کند. دمای انتقال برای 10 درصد. اسید سولفوریک حدود 55 درجه سانتیگراد است. در 15٪ 45 درجه انتقال است. در 20% به 38 درجه کاهش می یابد. تا 32 درجه . - 25% می رسد. برای بخاری در حمام حجیم در دمای 70 درجه با اسید سولفوریک 15 درصد، شرایط توده به تنهایی از قبل بیش از دمای انتقال 45 درجه است - حمام به طور فعال خورنده تا 316 بدون شار حرارتی است{28}} صرف نظر از ضخامت دیواره یا چگالی وات در این شرایط مناسب نیست. با این حال، بسیاری از حمام های ترشی در منطقه انتقال هستند که در آن شرایط توده غیرفعال است، اما افزایش دمای سطح غلاف، به دلیل شار گرما، غلاف را به رژیم فعال فشار می دهد. افزایش دما از توده به سطح غلاف در حدود 25 تا 30 درجه برای غلاف 2.0 میلی متر در 10 وات بر سانتی متر مربع است. یک حمام حجیم در 40 درجه با 15 درصد اسید (غیرفعال) منجر به دمای سطح غلاف 65-70 درجه می شود که از انتقال 45 درجه بیشتر می شود، بنابراین خوردگی فعال در سطح غلاف علیرغم این واقعیت که حمام حجیم غیرفعال است رخ می دهد.

غلاف آستانه‌های کاهش بحرانی 2.0 میلی‌متری
کاهش نیاز از تست خوردگی 316 نمونه، در دماها و غلظت های مربوط به حمام ترشی، به شرح زیر است. غلاف با دیوار 2.0 میلی متر. مقادیر حداکثر چگالی وات هستند که دمای سطح غلاف را حداقل 5 درجه کمتر از دمای انتقال غیرفعال-برای غلظت توده ای معین حفظ می کند.

غلظت اسید سولفوریک حجیم دمای حمام فله غیرفعال-دمای انتقال فعال در این غلظت حداکثر دمای سطح غلاف (انتقال – حاشیه ایمنی 5 درجه) حداکثر. چگالی وات مجاز برای 2.0 میلی متر. عملکرد توصیه شده غلاف 10% 30 درجه 55 درجه 50 درجه 12 W/cm² ایمن در تراکم وات استاندارد
10% 40 درجه 55 درجه 50 درجه 6 وات بر سانتی متر مربع Derate 10% 45 درجه 55 درجه 50 درجه 3 W/cm2 حاشیه; ارتقای آلیاژ 10% بالاتر از 48 درجه 55 درجه 50 درجه امکان پذیر نیست تیتانیوم یا آلیاژ 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 ایمن در تراکم وات متوسط
15% 30 درجه 45 درجه 40 درجه 6 وات بر سانتی‌متر مربع اندازه‌گیری لازم است
15% 35 درجه 45 درجه 40 درجه 2 W/cm2 آلیاژ تغییر عملی نیست
15% بالای 38 درجه 45 درجه 40 درجه امکان پذیر نیست 316 عملی نیست
20% 20 درجه 38 درجه 33 درجه 8 وات بر سانتی متر مربع ایمن در تراکم وات کم
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 درجه بندی عمده 20% بالاتر از 28C 38C 33C غیر ممکن است 316 مناسب نیست
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 درجه 32 درجه 27 درجه امکان پذیر نیست استفاده از آلیاژ 20 یا تیتانیوم
برای یک حمام ترشی معمولی با اسید سولفوریک 15 درصد و دمای توده 35 درجه، غلاف 2.0 میلی متری 316 باید برابر یا کمتر از 2 وات بر سانتی متر مربع باشد تا از خوردگی فعال جلوگیری شود. در این چگالی وات، بخاری برای برق مورد نیاز 10{14}}20 کیلووات، بخاری غیرعملی طولانی خواهد بود. بنابراین 316 برای این سرویس مناسب نیست. مهندسان باید از آلیاژ 20 (کارپنتر 20) یا آلیاژ 825 استفاده کنند که هر دو دارای دمای انتقال غیرفعال 30 تا 50 درجه بیشتر از 316 در اسید سولفوریک هستند.

تغییرات طراحی برای جلوگیری از خوردگی فعال بدون کاهش سطح
اگر شرایط حمام ترشی نزدیک به مرز انتقال باشد و یک غلاف 2.0 میلی‌متری 316 از قبل در جای خود قرار داشته باشد یا لازم باشد، سه تنظیم طراحی می‌تواند از خوردگی فعال بدون کاهش چگالی وات به زیر حد مجاز جلوگیری کند. اولین مورد بهبود گردش اسید در سراسر سطح گرمایش است. جریان آشفته با سرعت 1-2 متر بر ثانیه افزایش دمای سطح غلاف را از 25-30 به 10-15 درجه کاهش می دهد که می تواند از رسیدن غلاف به نقطه گذار جلوگیری کند. تغییر دوم اضافه کردن یک عامل اکسید کننده در حمام است. افزودن‌های کوچک یون‌های آهن یا پراکسید هیدروژن می‌تواند انتقال غیرفعال-فعال را تا 10-20 درجه سانتی‌گراد به دمای بالاتر تغییر دهد و به رفتار غیرفعال بازگردد. سومین تغییر، طراحی بخاری با چگالی دوگانه{16} وات است که در قسمت پایینی حمام با بیشترین دما به دلیل طبقه بندی، چگالی توان کمتری دارد. برای اکثر کاربردهای حمام ترشی راه حل مهندسی ارتقاء از 316 به آلیاژ مقاوم تر است. معمولاً تفاوت هزینه بین غلاف 2.0 میلی متری 316 و غلاف آلیاژی 20 با همان اندازه 30 تا 50 درصد است، اما عمر مفید آن از ماه ها به 5 تا 10 سال بهبود می یابد. هنگام تعیین بخاری برای حمام های ترشی، مهندسان باید ترکیب کامل حمام، محدوده دما و درجه تلاطم پیش بینی شده را در اختیار تامین کننده قرار دهند. اگر سازنده 316 را برای اسید سولفوریک 15 درصد در دمای 50 درجه توصیه می کند و در مورد کاهش یا احتمال خوردگی فعال صحبت نمی کند، توصیه شایسته ای نمی کند. تغییر از خوردگی غیر فعال به فعال در اسید سولفوریک سریع و بی رحم است. غلاف 2.0 میلی متری که 5 میلی متر در سال در اثر خوردگی فعال از دست می دهد، در کمتر از 5 ماه سوراخ می شود. کاهش دادن<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.