Kako volumski delež delta ferita, ki ostane po žarjenju v raztopini 316 grelnega ovoja cevi, nadzoruje odpornost proti luknjanju v vodi z visoko-kloridno (5000 ppm) pri 60 stopinjah

Dvofazna mikrostruktura kot faktor korozije

Volumenski delež zadržanega delta ferita v avstenitnem matriksu je pomemben, a pogosto zanemarjen dejavnik pri odpornosti proti luknjanju električnih grelnih cevi, prevlečenih z nerjavnim jeklom 316, za okolja z visoko vsebnostjo klora, vključno z grelniki morske vode (približno 20.000 ppm Cl⁻), sistemi za brakično vodo (5.000-10.000 ppm Cl⁻), ali industrijski grelniki slanice. Delta ferit (δ-ferit) je kubična (BCC) faza s telesnim središčem, ki nastane med strjevanjem in lahko ostane po žarjenju v raztopini, odvisno od sestave zlitine (zlasti razmerja med kromom-in nikljem). Zmerna vsebnost delta ferita (3-8 %) je ugodna za odpornost zvara na vroče razpoke. Delta ferit je manj odporen proti luknjastim luknjam v kloridnih pogojih kot avstenit. Za nivoje delta ferita > 5-8 % v vodi z visoko vsebnostjo klorida pri 60 °C se potencial luknjičaste luknje zmanjša za 100 - 200 mV in stopnja širjenja luknjičastega ferita se poveča za faktor 2 - 3.. V tem dokumentu je ocenjena povezava med volumskim odstotkom delta ferita in odpornostjo proti luknjičastim luknjam pri uporabi z visoko vsebnostjo klorida.

Mehanizem selektivnega delta feritnega napada

Kemična sestava delta ferita v nerjavnem jeklu 316 se razlikuje od okoliškega avstenita. Ferit vsebuje veliko kroma (približno 26-28 % Cr v feritu v primerjavi s 15-18 % Cr v avstenitu), vendar je osiromašen v niklju (3-6 % Ni v feritu v primerjavi z 10-14 % Ni v avstenitu) in molibdenu (okoli 1,5-2,0 % Mo v feritu v primerjavi z 2,0-2,5 % Mo v avstenitu). V pogojih z visoko vsebnostjo klorida ima delta ferit nižjo koncentracijo molibdena in niklja in je zato anoden glede na avstenit. Pasivni film na feritu je prav tako manj stabilen kot na avstenitu zaradi drugačne kristalne strukture (BCC proti FCC). Jamice imajo prednost, da izvirajo na meji med fazo ferit-avstenit in nato hitro potujejo skozi feritno fazo, pri čemer ostane avstenit nedotaknjen. Posledično dobimo značilno "gobasto" ali "selektivno izpiranje" morfologijo, pri kateri se ferit selektivno odstrani, kar ima za posledico mrežo medsebojno povezanih por, ki se lahko širijo po debelini stene hitreje kot enakomerno luknjanje.

Kvantitativna korelacija med delta feritom in odpornostjo proti luknjam

Učinkovitost luknjanja cevi 316 z različnimi vsebnostmi delta ferita (ki se upravljajo z majhnimi variacijami sestave za nadzor ekvivalenta Ni) je bila ovrednotena s 5000 urami nadzorovanega potopnega testiranja v simulirani morski vodi (5000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 stopinj).

Volumski delež delta ferita (%) Kritična temperatura luknjanja (stopinja, v 5000 ppm Potencial luknjanja 60 stopinj (mV v primerjavi s SCE, 5000 ppm Cl-) Največja globina jamice po 5000 urah (µm) Čas do perforacije (1,5 mm stena) Priporočeno za 5000 ppm Cl⁻, Storitev 60 stopinj<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 let Da
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 let Da 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 let Sprejemljivo 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 let Mejno 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 let Ni priporočljivo
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 let Ni sprejemljivo
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Vpliv koncentracije klorida na toleranco za delta ferit

Povečanje koncentracije klorida poveča škodljiv učinek delta ferita. Več ferita lahko dobite, če zmanjšate vsebnost klorida. Spodnja tabela prikazuje največji dovoljeni delta ferit za 5-letno uporabo pri različnih koncentracijah klorida in pri 60 stopinjah.

Koncentracija klorida (ppm) Največji delta ferit za 5-letno življenjsko dobo (%) Priporočena alternativa zlitine, če ferit preseže mejo<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 >20.000 (morska voda) 0 (samo popolnoma avstenitno) 316 ni priporočljivo Titan ali zlitina 625
Nadzorovanje delta ferita s spreminjanjem kemije

Vsebnost delta ferita 316 nadzirajo ekvivalenti kroma in niklja (Schaefflerjev-DeLongov diagram). Za zmanjšanje ferita za uporabo z visoko-kloridom se priporočajo naslednje kemijske spremembe:

Povečaj Ni: ciljni Ni=11-13 % (normalno območje 10–14 %, zaželeno višje)

Nižja vsebnost kroma: Ciljajte na Cr=16-17% (v primerjavi z običajnimi 16–18 %, nižja raven)

Povečajte vsebnost dušika Dušik je močan stabilizator avstenita (0,05–0,10 %), ciljna vrednost 0,08–0,10 % N

Feritni pospeševalni elementi: Silicij (Manj ali enako 0,5 %) Molibden (Manj ali enako 2,2 % v primerjavi z 2,5 %)

Tipični odstotki ferita za različne 316 kemije so prikazani v spodnji tabeli.

Ime stopnje Tipični Ni (%) Tipični Cr (%) Tipični Mo (%) Tipični N (%) Delta Feritni volumski delež (%) 316 (nizek Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (standard) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (visok Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (ekstra nizek C, visok Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (premium, popolnoma avsteniten) 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Če vidite grelnik 316, ki deluje v vodi z visoko-kloridom (5000-10.000 ppm Cl-) pri 60 stopinjah z edinstveno luknjičasto morfologijo, sumite na napad delta ferita. Med metalografsko preiskavo (optični mikroskop pri 200-500×, jedkano z Berahovim reagentom ali elektrolitskim NaOH) se feritna faza pojavi kot temni jedkani otoki v svetlejši avstenitni matrici. V korodiranih vzorcih bodo feritni otoki pokazali prednostno raztapljanje in bodo videti kot praznine ali porozne cone. Rentgenska difrakcija lahko pokaže prisotnost ferita (vrhovi BCC) kot tudi avstenita (vrhovi FCC). Za storitev z visoko vsebnostjo klorida je odgovor določiti cevje s 3–5 % feritom, kar lahko storite tako, da od mlina zahtevate "nizko feritno" ali "popolnoma avstenitno" stopnjo, ki je na splošno označena kot "316L z nadzorovanim feritom" ali izpolnite prakso A ASTM A262 z A (stopenjsko) strukturo.

Zaključek: Določanje ferita z nizko delto za aplikacije z visokim kloridom

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5–8 % zmanjša odpornost proti luknjanju in poveča stopnjo širjenja luknjic, kar skrajša čas do perforacije z 8–15 let na 3–5 let. Za kloride nad 5000 ppm mora biti delta ferit manj kot 3-5 %; za slano vodo (20.000 ppm Cl⁻) popolnoma avstenitno (feritno<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.