Kako volumski delež primarnih Nb(C,N) karbonitridov iz preostalega titana (0,02–0,08 %) v grelnem plašču 347 nadzoruje gostoto mesta iniciacije luknjičaste luknjičaste vode v klorirani morski vodi pri 35 stopinjah z 1,5 ppm prostega klora

Manjši legirni element, ki postane glavni iniciator luknjičaste luknjice v oksidacijskih pogojih

Tipične električne grelne cevi iz nerjavečega jekla 347 (stabilizirane z Nb-), izpostavljene klorirani morski vodi (1,5 ppm prostega klora, 20.000 ppm Cl-) pri 35 stopinjah, kot se uporabljajo v hladilnih sistemih obalnih elektrarn, predgrelnikih za razsoljevanje ali ladijskih izmenjevalnikih toplote z doziranjem klora, vsebujejo ostanek titana (0,02-0,08 mas. %) iz proizvodnje jekla (titan-deoksidirani ostanki ali namerni dodatek). Oblikujejo se primarni, s titanom bogati niobijevi karbonitridi (Nb,Ti)(C,N). Ti zapleteni karbonitridi so bolj katodni in stabilnejši od čistega NbC, zato so zelo učinkovita mesta iniciacije lukenj pod visokim oksidacijskim potencialom klorirane morske vode. Za ravni titana<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 let. Ko se vsebnost titana poveča z 0,03 na 0,05 %, se volumenski delež karbonitrida poveča z 0,04 na 0,08 %, gostota jam z 2 na 5 jam/cm² in življenjska doba s 5 na 7 let. Pri vsebnosti titana 0,06–0,08 % je volumski delež 0,10–0,15 %, gostota jamic pa več kot 10–20 jamic/cm², perforacija pa nastopi v 2–3 letih. Ta članek kvantificira povezavo med koncentracijo preostalega titana, volumskim odstotkom primarnega karbonitrida, gostoto iniciacije jame in življenjsko dobo v klorirani slani vodi.

Mehanizem iniciacije Pittingcha s titanom

Titan ima večjo afiniteto do ogljika in dušika kot niobij. Pri izdelavi jekla 347 titan (do 0,02-0,08 %) prednostno proizvaja s titanom bogate karbonitride (Ti(C,N)), ki lahko vsebujejo tudi niobij (Nb,Ti)(C,N). Ti delci nastanejo pri visoki temperaturi med strjevanjem in so večji (3-10 µm) ter bolj stabilni kot čisti NbC. V klorirani morski vodi (visok oksidacijski potencial s Cl2) je katodni proces (redukcija kisika + redukcija klora) še posebej učinkovit na teh karbonitridnih površinah, tako da tvori močan galvanski par z okoliško avstenitno matriko. Hitro anodno raztapljanje povzroči visoka gostota katodnega toka. Visoka koncentracija klorida vodi do hitrega nastanka in širjenja jam.

Kvantitativno razmerje med vsebnostjo titana, volumskim deležem karbonitrida in gostoto pitinga

Naslednje gostote iniciacije jam in časi perforacije so bili določeni za 347 cevi z različnimi vsebnostmi preostalega titana (konstanten niobij 0,40 %, ogljik 0,05 %, dušik 0,04 %) v klorirani sintetični morski vodi (1,5 ppm prostega Cl 2 , 20.000 ppm Cl , pH 8,0) pri 35 stopinjah za 5000 ur.

Titan (masni %) Volumski delež primarnega (Nb,Ti)(C,N) (%) Karbonitrida Velikost delcev (µm) Morfologija delcev Gostota jame po 5000 urah (pits/cm²) Največja globina jamice po 5000 urah (µm) Čas do perforacije (1,5 mm stena, leta) Priporočeno za 35 stopinj Storitve za klorirano morsko vodo<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
O interakciji med Ti in Nb pri tvorbi karbonitrida

Višji niobij lahko delno kompenzira škodljiv učinek titana s prednostno proizvodnjo NbC, vendar se titan še vedno deli na karbonitride.

Titan (mas. %) Niobij (mas. %) Sestava karbonitrida Gostota jame (pits/cm2) Priporočeno za klorirano morsko vodo 0.02 0.35 Ti-bogato (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Obrobno 0.02 0.45 Več Nb-bogato 1-2 Sprejemljivo 0.02 0.55 Večinoma NbC + sledovi Ti 0,5-1 Da 0.05 0.35 Ti+Nb mešano 8-12 Ne 0.05 0.50 Ti+Nb mešano 4-6 Ni priporočljivo 0.05 0.65 Več bogato z Nb, nekaj Ti 2-4 Obrobno
Praktična priporočila za 347 v kloru morske vode

Za 347 oplaščene grelnike v klorirani slani vodi pri 35 stopinjah naslednje omejitve titana in niobija zmanjšajo luknjičasto nastajanje karbonitrida.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Ni učinkovito 347 neprimeren Titanium
Preverjanje količine titana in gostote karbonitrida

Za kupce, ki potrebujejo 347 za storitve klorirane morske vode, obstajata dve tehniki preverjanja. Prva je kemijska analiza za titan, bodisi z ICP ali OES. Sprejem: Ti<0.01-0.02% for life >8 let Druga je metalografska (SEM 1000-2000×) preiskava poliranega prečnega prereza za štetje primarnih delcev karbonitrida (svetlih, oglatih, 2–10 µm). Sprejem:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Zaključek: Ultra{0}}specifikacija nizke vsebnosti titana za odpornost proti luknjam v klorirani morski vodi

V grelnih plaščih iz nerjavečega jekla 347 le 0,02-0,03 % preostalega titana proizvaja prostorninske deleže primarnega (Nb,Ti)(C,N) karbonitrida 0,03-0,05 % v klorirani morski vodi (1,5 ppm Cl₂, 20.000 ppm Cl⁻) pri 35 stopinjah in jami gostota se poveča od<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 jamic/cm2 in po 2-3 letih pride do perforacije. Inženirji, ki pišejo specifikacije za ovoje 347 za pomorske klorirane storitve, bi morali titan omejiti na<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.