چگونه کسر حجمی دلتا فریت پس از بازپخت محلول 316 لوله غلاف گرمکن، مقاومت حفره‌ای را در آب کلرید بالا (5000 ppm) در 60 درجه کنترل می‌کند

ریزساختار دو فاز به عنوان عامل خوردگی

کسر حجمی فریت دلتا باقی مانده در ماتریس آستنیت یک عامل مهم اما اغلب نادیده گرفته شده در مقاومت حفره‌ای لوله‌های گرمایش الکتریکی با پوشش فولاد ضد زنگ 316 برای محیط‌های دارای کلرید بالا، از جمله گرمکن‌های آب دریا (تقریباً 20000 ppm Cl⁻0,000) است، سیستم‌های آب شور Cl-) یا بخاری های آب نمک صنعتی. دلتا فریت (δ-فریت) یک فاز مکعبی در مرکز بدن (BCC) است که در طول انجماد تشکیل می‌شود و ممکن است پس از بازپخت محلول بسته به ترکیب آلیاژ (به ویژه نسبت کروم به نیکل) باقی بماند. محتوای دلتا فریت متوسط ​​(3-8٪) برای مقاومت در برابر ترک داغ جوش مناسب است. دلتا فریت در شرایط کلرید نسبت به آستنیت در برابر حفره شدن مقاومت کمتری دارد. برای سطوح دلتا فریت > 8-5 درصد در آب با کلرید بالا در دمای 60 درجه سانتیگراد، پتانسیل حفره شدن به میزان 100 - 200 mV کاهش می‌یابد و نرخ انتشار گودال با ضریب 2 - 3. افزایش می‌یابد.

مکانیسم حمله انتخابی فریت دلتا

ترکیب شیمیایی دلتا فریت در فولاد ضد زنگ 316 از آستنیت اطراف آن متمایز است. فریت در کروم فراوان است (حدود 26-28% کروم در فریت در مقایسه با 15-18% کروم در آستنیت) اما در نیکل (3-6% نیکل در فریت در مقایسه با 10-14% نیکل در آستنیت) و مولیبدین%210. 2.0-2.5% مو در آستنیت). در شرایط با کلرید بالا، دلتا فریت غلظت مولیبدن و نیکل کمتری دارد و از این رو نسبت به آستنیت آندی است. لایه غیرفعال روی فریت نیز به دلیل ساختار کریستالی متفاوت (BCC در مقابل FCC) نسبت به آستنیت پایدارتر است. ترجیح چاله‌ها در مرز فاز فریت-آستنیت ایجاد شده و سپس به سرعت در فاز فریت حرکت کنند و آستنیت دست نخورده باقی بماند. در نتیجه، یک مورفولوژی مشخصه "اسفنجی" یا "شستشوی انتخابی" به دست می آید که در آن فریت به طور انتخابی حذف می شود و در نتیجه شبکه ای از منافذ به هم پیوسته ایجاد می شود که می تواند در ضخامت دیواره سریعتر از حفره های یکنواخت منتشر شود.

همبستگی کمی بین دلتا فریت و مقاومت حفره ای

عملکرد حفره‌ای لوله 316 با محتویات مختلف دلتا فریت (که با تغییرات ترکیبی کوچک برای کنترل معادل نیکل مدیریت می‌شود) توسط آزمایش غوطه‌وری کنترل‌شده 5000 ساعت در آب دریا شبیه‌سازی شده (5000 ppm Cl{5}}، pH 7.5، 60 درجه) ارزیابی شده است.

کسر حجمی فریت دلتا (%) دمای حفره‌ای بحرانی (درجه، در 5000 ppm پتانسیل حفره‌کردن 60 درجه (mV در مقابل SCE، 5000 ppm Cl-) حداکثر عمق گودال پس از 5000 ساعت (µm) زمان سوراخ‌کردن (1.5 میلی‌متر در دقیقه)، توصیه شده برای دیواره 0.5 میلی‌متر سرویس 60 درجه<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 سال بله
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 سال بله 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 سال قابل قبول 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 سال حاشیه 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 سال توصیه نمی شود
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 سال قابل قبول نیست
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
اثر غلظت کلرید بر تحمل فریت دلتا

افزایش غلظت کلرید باعث افزایش اثر مضر دلتا فریت می شود. اگر محتوای کلرید را کاهش دهید، می توانید فریت بیشتری دریافت کنید. جدول زیر حداکثر مجاز دلتا فریت را برای خدمات 5 ساله در غلظت های مختلف کلرید و در 60 درجه نشان می دهد.

غلظت کلرید (ppm) حداکثر دلتا فریت برای عمر 5 ساله (%) آلیاژ جایگزین توصیه شده در صورت تجاوز فریت از حد مجاز<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 >20000 (آب دریا) 0 (فقط کاملا آستنیتی) 316 تیتانیوم یا آلیاژ 625 توصیه نمی شود
کنترل دلتا فریت با اصلاح شیمی

محتوای دلتا فریت 316 توسط معادل های کروم و نیکل کنترل می شود (شافلر-نمودار DeLong). اصلاحات شیمیایی زیر برای کاهش فریت برای سرویس{3}}کلرید بالا توصیه می شود:

افزایش Ni: هدف Ni=11-13٪ (محدوده نرمال 10-14٪، ترجیحاً پایان بالاتر)

محتوای کروم پایین‌تر: درصد کروم=16-17% (در مقایسه با ۱۶-۱۸ معمولی، سطح پایین)

افزایش محتوای نیتروژن نیتروژن یک تثبیت کننده قوی آستنیت است (0.05-0.10%)، هدف 0.08-0.10% N

عناصر تقویت کننده فریت: سیلیکون (کمتر یا مساوی 0.5%) مولیبدن (کمتر یا مساوی 2.2% در مقایسه با 2.5%)

درصد فریت معمولی برای 316 شیمی مختلف در جدول زیر نشان داده شده است.

نام درجه نمونه Ni (%) Cr معمولی (%) معمولی Mo (%) N (%) کسر حجمی دلتا فریت (%) 316 (پایین Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (استاندارد) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (نیکل زیاد) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (C بسیار کم، Ni بالا) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (کاملاً) {5}<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

اگر بخاری 316 را دیدید که در آب-با کلرید بالا (5000{4}}10000 ppm Cl-) در دمای 60 درجه با مورفولوژی حفره‌ای منحصربه‌فرد کار می‌کند، به حمله دلتا فریت مشکوک شوید. در طی بررسی متالوگرافی (میکروسکوپ نوری در 200-500×، حک شده با معرف Beraha یا NaOH الکترولیتی) فاز فریت به صورت جزایر حکاکی تیره در ماتریس آستنیت روشن‌تر ظاهر می‌شود. در نمونه های خورده شده، جزایر فریت انحلال ترجیحی نشان می دهند و به صورت حفره یا مناطق متخلخل ظاهر می شوند. پراش اشعه ایکس می تواند وجود فریت (قله های BCC) و همچنین آستنیت (قله های FCC) را نشان دهد. برای سرویس پر کلرید، پاسخ مشخص کردن لوله با فریت 3-5 درصد است که می‌تواند با درخواست درجه «فریت کم» یا «کاملا آستنیتی» از آسیاب، که عموماً با «316L با فریت کنترل‌شده» مشخص می‌شود یا اجرای ASTM A262 Practice A با ساختار A (گام) انجام شود.

نتیجه گیری: تعیین فریت دلتا پایین برای کاربردهای کلرید بالا

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8٪ کاهش مقاومت در برابر سوراخ شدن و افزایش نرخ انتشار گودال، کاهش زمان سوراخ شدن از 8-15 سال به 3-5 سال. برای کلریدهای بالاتر از 5000 ppm، دلتا فریت باید کمتر از 3-5٪ نگه داشته شود. برای آب شور (20000 ppm Cl-) کاملا آستنیتی (فریت)<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.