چگونه کسر حجمی اجزای غیر اکسید فلزی-پس از ذوب مجدد قوس خلاء لوله غلاف گرمکن 316 کنترل چگالی محل شروع گودال در آب با خلوص بالا در 90 درجه

گنجاندن جمعیت به عنوان تنها مکانیسم شروع حفره در محیط‌های کم{0}}کلرید

With 316 stainless steel clad electric heating tubes in high purity water applications such as pharmaceutical water systems, semiconductor rinse tanks or high pressure boiler feedwater when the chloride levels are under 10 ppm, conventional chloride-induced pitting is not expected. However the pitting does occur in these conditions and the beginning sites are virtually solely non-metallic oxide inclusions (mainly alumina, Al2O3 and spinels) rather than manganese sulphides. The oxide inclusion volume fraction of a normal electric-arc furnace (EAF) 316 is usually 0.01–0.05%. Vacuum arc remelting (VAR) or electroslag remelting (ESR) reduce the oxide inclusion volume percentage to less than 0.002% (a 10-25 fold reduction). A 316 sheath with an oxide inclusion volume fraction >0.01% در آب با خلوص بالا در دمای 90 درجه در 1000 ساعت 10-50 گودال بر سانتی متر مربع تولید می کند، اما مواد تصفیه شده با VAR با<0.002% inclusions is pit-free for >10000 ساعت در این مقاله، تأثیر عمر مفید، چگالی شروع گودال و کسر حجمی ادغام اکسید بر روی آب با خلوص بالا بررسی شد.

رفتار حفره‌ای فولاد ناشی از مکانیسم ورود اکسید

برخلاف ادخال های سولفید منگنز که از نظر الکتروشیمیایی فعال هستند و با انحلال باعث ایجاد حفره می شوند، ادخال های اکسید (Al2O3، MgO·Al2O3) عایق های بی اثر هستند. آنها نقش مکانیکی و هندسی را در شروع حفره ایفا می کنند. سطح مشترک بین گنجایش اکسید و ماتریس آستنیتی در ضریب انبساط حرارتی متفاوت است (CTE Al2O3=8×10-6 / درجه در مقابل. 316 ≈ 17×10-6 / درجه). این عدم تطابق CTE باعث ایجاد شکاف (شکاف) بین گنجاندن و ماتریس در سیکل های گرمایش (تا 90 درجه) و خنک کننده می شود. این شکاف با آب و یون های کلرید پر شده است (حتی در<10 ppm) and constitutes the differential aeration cell that causes pitting. The pit then propagates by normal chloride driven mechanisms, but the bulk chloride is low. The number of pits is related to the number of oxide inclusions exposed at the surface.

رابطه بین کسر حجمی ادکلن اکسید و کمیت چگالی گودال در 90 درجه

آزمایش های غوطه وری کنترل شده 316 لوله از فرآیندهای مختلف تولید فولاد (EAF، AOD، VAR) در آب با خلوص بالا (8 ppm Cl-، رسانایی 15 µS/cm، pH 7.0) در دمای 90 درجه به مدت 5000 ساعت، چگالی شروع گودال زیر را ایجاد کرده است.

کسر حجمی اکسید معمولی (درصد) در فرآیند فولادسازی اندازه محدوده ادغام ها (μm) گودال ها/cm² بعد از 5000 ساعت در 90 درجه حداکثر عمق گودال پس از 5000 ساعت (μm) زمان تا اولین گودال پایدار (ساعت) خدمات توصیه شده برای آب با خلوص بالا
VAR (قوس خلاء ذوب مجدد)<0.002 1-5 <0.1 <10 >10000 بهترین ESR (الکترو سرباره مجدد ذوب شده) 0.002-0.005 1-8 0.1-0.5 10-20 5،000-10000 AOD عالی (آرگون-اکسیژن کربن زدایی شده) 0.005-0.010 2-10 0.5-2 20-40 2،000-5000 قابل قبول
AOD + کلسیم درمان 0.008-0.015 3-15 2-5 30-60 1,000-3,000 حاشیه
EAF (کوره قوس الکتریکی، استاندارد) 0.015-0.030 5-25 5-20 50-100 500-1،500 توصیه نمی شود
EAF (کیفیت بد) 0.030-0.050 10-50 20-50 80-150 200-500 غیر قابل قبول است
تأثیر غلظت کلرید بر ورود{0}}آستانه حفره‌ای القایی

شروع حفره ای در آخال های اکسید با حضور حتی حداقل کلریدها تسریع می شود. جدول زیر حداکثر درصد حجم گنجایش اکسید اکسید را برای 5 سال خدمات به عنوان تابعی از غلظت کلرید در 90 درجه نشان می دهد.

غلظت کلرید (ppm) حداکثر کسر حجمی اکسید مجاز (%) مسیر فولادسازی پیشنهادی جایگزین در صورت سرریز<1 0.020 AOD or betterNone 1-5 0.010 AOD + calcium therapyNone 5-10 0.005 AOD (premium) or ESR None 10-20 0.003 ESR or VAR 316L with electropolishing 
20-50 0.002 VARU به 316L ارتقا دهید، پسیو50<0.001 VAR + surface removal 316 not recommended for long life
316 گنجاندن-مشخصات کنترل شده برای سرویس آب با خلوص بالا

مشخصات بخاری 316 روکش دار برای کاربردهای آب{1} با خلوص بالا در اسناد خرید باید شامل موارد زیر باشد:

کاربرد حداکثر کلرید (ppm) فرآیند تولید فولاد مورد نیاز حداکثر کسر حجمی اکسید روش تأیید
WFI دارویی (آب تزریقی)<3 VAR or ESR <0.003% (30 ppm) ASTM E45 + SEM/EDS
شستشوی نیمه هادی (فوق العاده)<1 VAR <0.002% (20 ppm) SEM/EDS of 10 fields 
آب تغذیه دیگ بخار فشار قوی-<5 ESR or AOD premium <0.005% (50 ppm) ASTM E45 Method A General high purity industrial <10 AOD with calcium treatment <0.010% (100 ppm) ASTM E45

خریدارانی که نیاز به گنجاندن کنترل شده 316 دارند، سه تکنیک تأیید دارند. اولین مورد ASTM E45 (روش‌های تست استاندارد برای تعیین محتوای گنجاندن فولاد)، یا روش A (بدترین میدان) یا روش D (تحلیل تصویر) است. برای کاربردهای با خلوص بالا حداکثر شدت 0.5 برای آخال های نوع B (آلومینا) مشخص شده است. دوم میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) با طیف‌سنجی پرتو ایکس پراکنده انرژی (EDS) روی سطح مقطع صیقلی (500-1000×) در 10 میدان دید است. آستانه پذیرش کمتر از 10 گنجاندن در هر میلی متر مربع بیشتر از 2 میکرومتر است. آزمایش سوم یک آزمایش غوطه وری ساده است که در آن نمونه ای از لوله در آب با خلوص بالا (10 ppm Cl-) در دمای 90 درجه به مدت 1000 ساعت غوطه ور می شود. اگر گودال ها قابل مشاهده باشند، محتوای گنجانده شده بسیار زیاد است.

شناسایی میدانی حفره از اخلاط اکسید

ترکیبات اکسیدی دلیل احتمالی سوراخ شدن بخاری 316 در آب با کیفیت بالا است که میزان کلرید آن کمتر از 10-20 ppm است. از نظر میکروسکوپی (200-500×) محل گودال یک جای Al 2 O 3 یا اسپینل را در قلب گودال نشان می‌دهد، که اغلب تا حدی جابجا می‌شود. گودال ها ریز هستند (قطر 10-100 میکرومتر)، متعدد و به طور مساوی توزیع شده اند. بررسی EDS مرکز گودال O و Al را تایید می کند. راه حل این مشکلات این است که VAR یا ESR-grade 316 را برای خریدهای آینده مشخص کنید. بخاری قابل تعمیر نیست و باید با لوله های کنترل شده جایگزین شود.

نتیجه گیری: تعیین VAR/ESR 316 برای سرویس آب با خلوص بالا

برای بخاری های 316 فولاد ضد زنگ پیچیده شده در آب با خلوص بالا (کلرید<10 ppm) at 90°C, the dominant pitting initiation mechanism is galvanic crevice attack at non-metallic oxide inclusions. Standard EAF steel with 0.015-0.03% oxide inclusion volume fractions produces 5-20 pits/cm2 and perforation in 2-5 years in 5,000 hours. VAR or ESR processing decreases the oxide inclusion volume percentage to <0.002-0.005% and increases the pit-free life to >10000 ساعت اگر 316 غلاف برای استفاده در کاربردهای دارویی، نیمه هادی یا گرمایش آب فوق خالص{4} مشخص شده باشد، مهندسان باید به مواد با گرید VAR یا ESR نیاز داشته باشند و برای گنجاندن محتوای ASTM E45 با محدودیت های شدت، آزمایش کنند.<0.5 for Type B inclusions. The framework described correlates oxide inclusion volume percentage with measurable pit initiation density and service life. Buyers may now select 316 tubing that resists pitting even in the most aggressive high purity water situations.