چگونه کسر حجمی قلع اولیه در خلاء-قوس-لوله غلاف گرمکن 316 لیتری ذوب مجدد (VAR) زمان شروع گودال را در آب اکسیژن دار با خلوص بالا کنترل می‌کند-در دمای 90 درجه

پایداری گنجاندن در شرایط به شدت اکسید کننده

The pitting resistance of 316L stainless steel sheathed electric heating tubes used in oxygenated high-purity water systems like auxiliary cooling systems of nuclear power plants, pharmaceutical water-for-injection (WFI) heaters or semiconductor ultrapure water (UPW) heaters containing dissolved oxygen of 2-8 ppm is controlled by titanium nitride (TiN) inclusions rather than manganese sulphide (MnS) or aluminium oxide (Al2O3). Under very oxidising conditions, the MnS inclusions are quickly oxidised and dissolved at a high oxygen potential and are thus harmless. Al₂O₃ inclusions are inert. TiN inclusions are semi-conducting however and galvanically cathodic to the 316L matrix. The cathodic reaction (reduction of oxygen) is effective on the TiN surface in oxygenated water generating a galvanic couple that causes the anodic dissolution of the surrounding matrix and therefore the pitting initiation. Even in VAR grade 316L (vacuum arc remelted, very low inclusion content), TiN volume fractions as low as 0.0005-0.001% (5-10 ppm Ti) can lead to pits after 5,000-10,000 hours at 90°C. Pit initiation times are >50000 ساعت زیر 0.0002% (2ppm Ti). این مقاله ارتباط بین کسر حجمی قلع (تنظیم شده توسط غلظت تیتانیوم) و زمان شروع حفره در آب اکسیژن دار با خلوص بالا در دمای 90 درجه سانتی گراد را کمی سازی می کند.

مکانیسم ایجاد حفره قلع{0} در آب اکسیژنه

TiN is a highly electrically conductive material with high electrochemical potential. In oxygenated water, the cathodic reaction (O2 + 2H2O + 4e- -->4OH-) ترجیحاً روی سطوح TiN اتفاق می‌افتد، زیرا در مقایسه با پوشش غیرفعال روی 316L، پتانسیل کاهش اکسیژن کمتری دارند. انحلال موضعی در فصل مشترک ماتریس{4}}در اثر جریان گالوانیکی بین کاتد TiN و ماتریس 316L (آند) همسایه ایجاد می‌شود. اگر یک گودال کوچک شروع شود، شیمی محلی تهاجمی باعث رشد آن می شود حتی اگر ذره TiN از بین برود. زمان شروع گودال با اندازه و چگالی ورود قلع نسبت معکوس دارد. برای گنجاندن TiN در Ti-6Al-4V (VAR 316L)، گنجاندن اصلی TiN (از TiN باقیمانده که به عنوان اکسید کننده یا قراضه حاوی Ti استفاده می شود) با اندازه معمولاً 1-5 میکرومتر است.

کمی کردن رابطه بین کسر حجمی قلع و زمان شروع گودال

زمان‌های شروع گودال زیر با آزمایش غوطه‌وری طولانی‌مدت کنترل‌شده لوله‌های VAR 316L با سطوح مختلف تیتانیوم باقی‌مانده (و بنابراین کسرهای حجمی TiN) در آب اکسیژن‌دار (5 ppm O2) با خلوص بالا (1 usS/cm) تعیین شده‌اند.<1 ppb Cl-, 90 C) for up to 50 000 hours.

Residual Titanium (ppm) TiN Volume Fraction (%)TiN Inclusion Density (per mm2, >1 میکرومتر) محدوده اندازه TiN (μm) زمان شروع گودال در 90 درجه (ساعت، 5 ppm O2) حداکثر عمق گودال پس از 10000 ساعت (μm) توصیه شده برای 90 درجه با اکسیژن بالا-خدمات خلوص<2 (Ti-free) <0.0002 <0.1 N/A >50000 (بدون حفره)<5 Best 2-5 0.0002-0.0005 0.1-0.5 1-2 30,000-50,000 5-15 Excellent 5-10 0.0005-0.001 0.5-2 1-3 15,000-30,000 15-30 Yes 10-20 0.001-0.002 2-5 2-4 8,000-15,000 30-50 Acceptable 20-30 0.002-0.003 5-10 2-5 5,000-8,000 50-80 Marginal 30-50 0.003-0.005 10-20 2-6 3,000-5,000 80-120 Not recommended 50-80 0.005-0.008 20-40 3-8 1,500-3,000 120-200 No >80 >0.008 >40 >5 <1,500 >200 شماره
تأثیر اکسیژن محلول بر روی قلع{0}}تخلیه القایی

اکسیژن محلول بالاتر فرآیند کاتدی روی TiN را سرعت می بخشد و دوره شروع چاله را کوتاه می کند.

Dissolved Oxygen (ppm) Pit Initiation Time at 10 ppm Ti (hrs)Pit Initiation Time (hours) at 30 ppm TiMaximum Ti for 10,000h Life at Given O_2 Level (ppm) 0.5 >50،000 15،000-25،000 50 1 35،000-50،000 10،000-15،000 40 2 25،000-35،000 8،000-12،000 30 5 15، 000-20,000 5,000-8,000 20 8 10,000-15,000 4,000-6,000 15 10 8,000-12,000 3,000-5,000 10 توصیه های عملی برای آبگرمکن های با خلوص بالا

برای بخاری های 316 لیتری در آب با کیفیت بالا اکسیژن دار در دمای 90 درجه، محدودیت های توصیه شده تیتانیوم عبارتند از:

نوع سرویس اکسیژن محلول (ppm) Ti، ppm برای گودال 10000 ساعتی-روش راستی‌آزمایی تمرین فولادسازی رایگان
WFI دارویی (O2 کم)<1 40 VAR (standard) ICP-MS for Ti Pharmaceutical WFI (high O2) 5-8 15 VAR (low Ti) ICP-MS for Ti Semiconductor UPW (high O2) 8-10 10 VAR (ultra-low Ti) GDMS analysis
خنک کننده هسته ای کمکی 2-5 25 گواهی تامین کننده VAR یا ESR
عمومی صنعتی خلوص بالا 2-5 30 AOD + گواهی Ti Mill پایین
گنجاندن TiN و تأیید محتوای Ti

Buyers wanting precise TiN limits have two means of verification. The first is chemical examination of titanium content by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) or glow discharge mass spectrometry (GDMS) Acceptance: Ti < 10-15 ppm for high purity service. The second is metallographic investigation by scanning electron microscopy (SEM) at 1,000-5,000× on the polished cross-section, counting TiN inclusions (recognised by morphology-angular, cubic, gold-yellow in backscattered electron mode). Acceptance: <1-5 inclusions TiN per mm2 greater than 2 µm.

نتیجه گیری: با مشخصات بسیار کم Ti برای آبگرمکن های اکسیژن دار با خلوص بالا

نتایج نشان می‌دهد که حفره‌ها در بخاری‌های محصور شده از فولاد ضد زنگ 316 لیتری در آب اکسیژنه (5 پی‌پی‌ام O2) با خلوص بالا در دمای 90 درجه زمانی که قلیان‌های قلع‌به‌قلم به اندازه 0.0005-0.001% (5{21}}10 ppm Ti) هستند، رخ می‌دهد. برای محتوای Ti کمتر از 2-3 ppm، زمان شروع چاله بزرگتر از 50000 ساعت است. مهندسانی که از غلاف های 316L برای WFI دارویی، UPW نیمه هادی یا گرمایش کمکی هسته ای استفاده می کنند، باید ذوب مجدد قوس خلاء (VAR) را با حداکثر غلظت تیتانیوم 10{24}} ppm تأیید شده توسط ICP{25}}MS یا GDMS مشخص کنند. (Ti کنترل نمی شود، معمولاً 20-50 ppm) برای 316L معمولی در عرض 2-5 سال در آب با خلوص بالا اکسیژن دار در دمای 90 درجه ایجاد می کند و باعث آلودگی سیستم با خلوص بالا می شود. روش ارائه شده در اینجا، مرتبط کردن درصد حجمی قلع (از TiN باقیمانده) به دوره های شروع گودال در آب اکسیژنه، مشتریان را قادر می سازد تا تیتانیوم بسیار کم 316L را مشخص کنند که در سخت ترین تنظیمات با خلوص بالا و اکسیژن بالا مقاوم در برابر حفره های ناشی از گنجایش است.