چگونه کسر حجمی دلتا فریت اولیه در لوله غلاف بخاری 316 لیتری، سرعت انتشار حفره در محلول های کلرید اسیدی (pH 3، 1000 ppm Cl-) را در 50 درجه کنترل می کند

مسیر انتشار ترجیحی: فاز فریت

The amount of delta ferrite retained in the austenite matrix-typically 0-5% for 316L-is the direct controlling factor for pitting propagation rates once pits initiate for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes operating in acidic chloride environments (e.g., pickling baths, acid mine drainage, or industrial effluent with pH 3 and chloride concentration of 1,000 ppm). The initial event leading to a pit may take place at a sulphide or oxide inclusion but the following expansion of the pit is highly affected by the presence of delta ferrite. Delta ferrite has less molybdenum (usually 1.5-2.0% Mo compared to 2.0-2.5% Mo in austenite) and creates a less stable passive film in acidic environments. The ferrite phase is selectively dissolved when a pit hits a ferrite grain or a ferrite-austenite phase boundary, forming a fast-path network that enhances pit growth. For delta ferrite volume fractions less than 0.5% the pits propagate at 0.1-0.3 mm/year. At ferrite fractions >3-5% نرخ انتشار گودال به 0.5-1.5 میلی متر در سال می رسد - برای سوراخ کردن یک دیوار 1.5 میلی متری پس از 1-3 سال کافی است. کار حاضر ارتباط بین محتوای دلتا فریت و سرعت انتشار گودال را در محلول‌های کلرید اسیدی ارزیابی می‌کند.

مکانیسم انحلال انتخابی فریت

فیلم غیرفعال روی آستنیت در محلول‌های کلرید اسیدی (pH 3، 1000 ppm Cl−) نسبتاً پایدار است زیرا محتوای مولیبدن بیشتر و ساختار مکعبی (FCC) بیشتر دارد. ساختار BCC دلتا فریت منجر به یک فیلم غیرفعال کمتر پایدار می شود، به خصوص در pH پایین. علاوه بر این، فیلم غیرفعال فریت نسبت به آستنیت غنی‌سازی کمتری از مولیبدن دارد. هنگامی که یک گودال شروع می شود و یک محیط اسیدی محلی ایجاد می شود (pH معمولاً به 1-2 کاهش می یابد)، فاز فریت 2-10 برابر سریعتر از آستنیت اطراف حل می شود. اگر دانه‌های فریت به هم مرتبط باشند (مورفولوژی رشته‌ای)، گودال می‌تواند به سرعت در این مسیرهای مورد علاقه گسترش یابد. اگر فریت به صورت جزایر کروی ایزوله وجود داشته باشد، گودال باید مجدداً در آستنیت بین تکه های فریت آغاز شود، بنابراین انتشار کلی کند می شود.

رابطه کمی بین کسر حجمی فریت دلتا و سرعت انتشار گودال

آزمایش الکتروشیمیایی کنترل شده نمونه‌های 316 لیتری با غلظت‌های دلتا فریت مختلف (شیمی جایگزین یا عملیات حرارتی) در pH 3، محلول 1000 پی‌پی‌ام Cl- در ۵۰ درجه، با چاله‌های مصنوعی تشکیل‌شده در معایب استاندارد، نرخ‌های انتشار گودال زیر را ایجاد کرده است.

کسر حجمی فریت دلتا (%) مورفولوژی فریت سرعت انتشار گودال (میلی‌متر/سال) در pH 3، 1000 پی‌پی‌ام Cl-، 50 درجه زمان تا 1.5 میلی‌متر سوراخ‌شدگی از شروع (سال‌ها) نرخ انتشار نسبی (Ferrite{6}Servise{7}Fre)<0.2 (completely austenitic)None 0.10-0.20 7.5-15 1.0× Yes 0.2-0.5Isolated globular 0.15-0.30 5-10 1.5x Yes
0.5-1.0 کروی، پراکنده 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× قابل قبول
1.0-2.0 مختلط (کروبی + رشته های کوتاه) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× حاشیه
2.0-3.0 رشته های کوتاه 0.50-0.90 1.7-3 5.0× توصیه نمی شود
3.0-5.0 رشته های متصل 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0× No
5.0-7.0 Continuous stringers/network 1.20-2.00 0.75-1.25 12× Not acceptable7.0 Fully interconnected >2.00 <0.75 >15× قابل قبول نیست
انتخاب فریت در pH اسیدی

pH پایین باعث افزایش گزینش پذیری انحلال فریت می شود. فریت و آستنیت با سرعت های مشابه در pH افزایش یافته حل می شوند.

pH (50°C) Propagation Rate Ratio (Ferrite/Austenite) Critical Ferrite Volume Fraction for 1.5 mm/year Propagation Rate (%)Practical Specifications for 316L in Acidic Chloride Service Recommended Maximum Ferrite for 5-Year Life 5.0 1.5 >8 5% 4.0 2.5 >6 3% 3.0 5.0 >3-4 1.5% 2.5 8.0 >2-3 1% 2.0 12.0 >1-2 0.5% 1.5 20.0 >0.5-1 0.2%

محدودیت‌های دلتا فریت توصیه‌شده برای بخاری‌های 316 لیتری که در محیط‌های کلرید اسیدی کار می‌کنند (PH 2{4}}4، 500-2000 ppm Cl-) در دمای 40-60 درجه.

محدوده PH محیط خدمات کلرید (ppm) دما (درجه) حداکثر دلتا فریت مجاز (%) تمرین فولادسازی توصیه می شود
کمی اسیدی (مثلا مقداری آب خنک کننده)4.5-5.5 500-1، 000 40 3% استاندارد AOD
اسیدی متوسط ​​(به عنوان مثال مقداری پساب صنعتی) 3.5-4.5 500-1، 500 50 2% AOD با کنترل شیمیایی
اسیدی تهاجمی (مثلاً شستشوی ترشی) 2.5-3.5 1,000-2،000 50 1% 316L با نیکل بالا (12-13%)
2.0-3.0 500-1,000 40 0.5% Fully austenitic 316L (Ni >12.5٪، کر<17%) Severe acidic (e.g. acid mine drainage)
بسیار شدید (pH<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825 
تأیید محتوای دلتا فریت

اگر فریت 316L کم برای خدمات کلرید اسیدی برای خریداران مورد نیاز است، سه روش تأیید وجود دارد:

اندازه‌گیری غیر مخرب روش القای مغناطیسی پذیرش فریتسکوپی:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.

مقطع متالوگرافی، اچانت، به عنوان مثال معرف Beraha، رنگ های فریت قهوه ای/آبی ASTM E562 تجزیه و تحلیل تصویر پذیرش، در صورت لزوم.

Chemical composition using DeLong diagram Calculate Cr and Ni equivalents For low ferrite aim for Ni eq >12.5، Cr eq<19.

حفره های تسریع شده توسط فریت: شناسایی میدان

هنگامی که یک بخاری 316 لیتری با ایجاد حفره در سرویس کلرید اسیدی شکسته می شود، فریت سوراخ شدن را تسریع می کند و حفره هایی که در نتیجه ایجاد می شود در زیر میکروسکوپ ناهموار و منشعب به نظر می رسند، معمولاً از الگوهای رشته ای- پیروی می کنند. در مقطع متالوگرافی- گودال انحلال ترجیحی رشته‌های فریت دلتا را نشان می‌دهد که از نوک گودال منشعب می‌شوند که منجر به مورفولوژی "شبیه-انگشتی" یا "ریشه{5}}شبیه" می‌شود. تجزیه و تحلیل EDS دیواره گودال مولیبدن کمتری را در مناطق محلول نشان خواهد داد (همانطور که با انحلال فریت انتظار می رود). راه حل برای خریدهای آینده مشخص کردن فریت پایین (هدف<1%) 316L with high nickel (11.5-13%) and lower chromium (16-16.5%). Or upgrade to a fully austenitic grade such as 904L (which includes no delta ferrite) or Alloy 825.

نتیجه گیری: سرویس کلرید اسیدی با مشخصات فریت پایین

Delta ferrite volume fractions >1-3% نرخ انتشار گودال را با ضریب 3-8 برای بخاری‌های فولادی ضد زنگ 316 لیتری در محلول‌های کلرید اسیدی (pH 3، 1000 ppm Cl-) در 50 درجه افزایش می‌دهد و زمان تا سوراخ شدن را از 5 تا 10 سال به 1-1 سال کاهش می‌دهد. در محیط‌های اسیدی، فاز فریت با سرعت بیشتری حل می‌شود و منجر به توسعه شبکه‌های مسیر سریع برای تشکیل گودال می‌شود. مهندسانی که غلاف های 316 لیتری را برای حمام های ترشی، زهکشی معدن اسید یا پساب اسیدی صنعتی مشخص می کنند، باید دلتا فریت را محدود کنند.<1-2% for moderate service and <0.5% for aggressive use. If pH is below 3 or chloride is above 2,000 ppm upgrade to Alloy 20 (32Ni-20Cr-2Mo-Cu) or Alloy 825 (42Ni-21Cr-3Mo). The methodology proposed here, which relates delta ferrite volume percentage to measurable rates of pit propagation in acidic chloride conditions, enables customers to specify 316L tubing with a minimised risk for accelerated pitting due to the ferrite-selective dissolution mechanism.