چگونه کسر حجمی کاربیدهای MC اولیه (NbC) در بیش از-غلاف گرمکن 347 تثبیت شده (0.70-0.90% Nb) چگالی محل شروع گودال و زمان سوراخ شدن را در جوش 12٪ اسید هیدروکلریک در 108 درجه کنترل می کند

محیط اسیدی تهاجمی برای فولادهای ضد زنگ پایدار

In the case of 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes for aggressive hydrochloric acid service such as in pickling bath heaters for speciality metals, acid regeneration systems or chemical process heaters using HCl, excess niobium (beyond the stoichiometric requirement for carbon stabilisation) is present and results in the formation of primary MC carbides (NbC). These carbides are cathodic to the austenitic matrix and are preferred pitting start sites in boiling 12% HCl at 108°C. Chloride water pitting necessitates the presence of chlorides and oxygen . Hydrochloric acid actively corroded 347. Primary NbC particles increase localised assault. At 0.30-0.50% niobium levels (Nb:C ratio 6:1 to 10:1) primary MC volume percentage is 0.04-0.08%, pit density is modest (1-5 pits/cm2) and perforation duration is 100-200 hours. At over-stabilized values of 0.70-0.90 % Nb (Nb:C >15:1)، کسر حجمی اولیه MC به 0.15-0.25 درصد افزایش می یابد، چگالی حفره به 20-50 پیت در سانتی متر مربع افزایش می یابد و زمان سوراخ شدن به 20-50 ساعت کاهش می یابد. همبستگی بین نیوبیم اضافی، کسر حجمی اولیه کاربید MC، چگالی حفره و زمان سوراخ‌سازی در جوشاندن 12% هیدروکلراید در این مقاله اندازه‌گیری می‌شود.

مکانیسم ایجاد حفره ناشی از کاربید MC اولیه در HCl

فیلم غیرفعال 347 در اسید هیدروکلریک در حال جوش ناپایدار است (HCl یک اسید احیا کننده است). مکانیسم خوردگی یک انحلال فعال با یک حمله موضعی به اجزای کاتدی است. ذرات NbC اولیه نسبت به ماتریس نجیب هستند و در واکنش تکامل هیدروژن (کاتدی) فعال هستند. جریان گالوانیکی بین NbC (کاتد) و ماتریس همسایه (آند) باعث فروپاشی سریع در اطراف هر ذره کاربید می شود. هر چه درصد حجم MC اولیه بزرگتر باشد، چگالی حفره بیشتر و مکان های کاتدی بیشتر است. تهاجمی بالای HCl باعث تکثیر سریع چاله ها با انحلال فعال پس از شروع آنها می شود.

رابطه کمی محتوای نیوبیوم، کسر حجمی MC و حفره در جوشاندن 12% HCl

چگالی شروع گودال و دوره های سوراخ برای آزمایش غوطه وری کنترل شده 347 لوله با سطوح مختلف نیوبیم (0.05٪ C،<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

نیوبیوم (wt%) نسبت Nb:C اولیه کسر حجمی MC (%) اندازه ذرات MC (μm) چگالی گودال پس از 50 ساعت (گودال/cm²) حداکثر عمق گودال بعد از 50 ساعت (µm) زمان سوراخ‌سازی (1.5 میلی‌متر دیواره، ساعت) توصیه می‌شود برای جوشاندن 12% ثابت شده{0}HCl{0} 2:1<0.01 <1 0.5-1 50-100 80-150 No (sensitisation risk) 0.30 6:1 0.03-0.04 1-2 1-2 80-120 70-120 No 0.40 8:1 0.05-0.06 1-3 1-3 100-150 60-100 No 0.50 10:1 0.08-0.10 2-4 3-5 120-200 40-80 No (marginal) 0.60 12:1 0.12-0.15 3-5 8-15 150-250 30-50 No 0.70 14:1 0.15-0.18 4-6 15-25 200-350 20-35 No 0.80 16:1 0.18-0.22 4-8 25-40 250-450 15-25 No 0.90 18:1 0.22-0.28 5-10 40-60 300-500 10-20 No 1.00 20:1 0.25-0.30 6-12 50-80 350-600 8-15 No General Corrosion Rate Comparison (Without Pitting Acceleration)

347 دارای نرخ خوردگی کلی، بدون حفره، در جوشاندن 12% HCl حدود 2 تا 5 میلی متر در سال (150 تا 250 ساعت تا سوراخ شدن) است. سوراخ شدن با ضریب 2-5 برابر با حضور کاربیدهای اولیه MC تسریع می شود (زمان را به 20-80 ساعت کاهش می دهد).

وضعیت نرخ خوردگی عمومی (mm/year) آلیاژ زمان تا سوراخ (1.5 میلی متر) حالت شکست غالب 347، Nb کم (0.30%)3-4 120-200 عمومی + مقداری حفره 347، Nb بالا (0.80%) 5-8 60-120مقایسه حفره‌های تسریع شده 316L عمومی {{9}
آلیاژ 20 (مقایسه) 0.5-1 500-1،500 تیتانیوم غیرفعال < 0.1 > 10000 غیرفعال
توصیه های عملی برای جوشاندن HCl S

08 درجه، 347 برای محتوای نیوبیوم توصیه نمی شود. با این حال، اگر باید از 347 استفاده شود (مثلاً برای استحکام دمای بالا در جای دیگر سیستم)، محدودیت‌های نیوبیوم زیر شتاب حفره‌ای را به حداقل می‌رساند.

زمان خدمات مورد نظر (ساعت) حداکثر Nb (وزنی) حداکثر کسر حجمی MC اولیه (٪) توصیه برای آلیاژ جایگزین
50 0.50 0.10 هیچ (مگر در صورت شکست)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500 غیر ممکن تیتانیوم یا آلیاژ C-276
نتیجه گیری: 347 در سرویس HCl جوشان

برای 347 غلاف بخاری فولادی ضد زنگ در جوشاندن 12% HCl در دمای 108 درجه، کاربیدهای MC اولیه (NbC) از غلظت نیوبیم کمتر از 0.40-0.50% به عنوان محل شروع حفره عمل می کنند که زمان سوراخ شدن را از 150-250-8 ساعت به خوردگی 0-4 ساعت کاهش می دهد. در سطوح بالاتر نیوبیم بیش از حد تثبیت شده (0.70-0.90%)، چگالی گودال 20-50 پیت در سانتی متر مربع زمان سوراخ شدن را به 15 تا 35 ساعت کاهش می دهد{12}} نباید برای مهندسانی که بخاری را برای سرویس اسید هیدروکلریک در حال جوش تعیین می کنند استفاده شود. سرویسی که نیاز به مقاومت در برابر HCl در دماهای بالا دارد به آلیاژ 20 (نجار 20)، آلیاژ 825 (Incoloy 825) یا تیتانیوم نیاز دارد. این کار با همبستگی بین نیوبیم اضافی و کسر حجمی کاربید MC اولیه و حفره‌کردن سریع در جوشاندن 12% HCl، الگویی را برای اجتناب از 347 در تنظیمات اسید کاهنده خشن فراهم می‌کند.