Kako volumski delež primarnih karbidov po 1050-stopinjskem žarjenju z raztopino 316 cevi grelnega plašča nadzoruje medkristalno odpornost proti koroziji v vreli dušikovi kislini

Parameter raztapljanja karbida za skladnost z ASTM A262 prakso C

Pri električnih grelnih ceveh, oplaščenih z nerjavnim jeklom 316, ki se uporabljajo pri delovanju z oksidacijsko kislino (npr. grelci z dušikovo kislino pri kemični obdelavi ali uporabi v lužilni kopeli), je volumski delež primarnih karbidov (predvsem M23C6 in MC), ki ostanejo v mikrostrukturi, funkcija temperature in časa žarjenja raztopine. Karbide je mogoče popolnoma raztopiti samo z žarjenjem v raztopini pri temperaturah nad 1040 stopinj in s hitrim ohlajanjem. Ravnotežni volumski delež primarnih karbidov v standardu 316 (0,08 %C) pri 1050 stopinjah je približno 0,3-0,5 % za kratka zadrževanja (10-15 min) in pade pod 0,1 % po 60 min. Vendar pa delna razgradnja karbidov povzroči območja, osiromašena s kromom, okoli ostankov karbidov, ki so nagnjeni k intergranularnemu napadu (IGA) v vreli dušikovi kislini. Največji volumski delež primarnih karbidov, ki je dovoljen, da prestane ASTM A262 Practice C (test s 65-odstotno vrelno dušikovo kislino ali Hueyjev test), je približno 0,2 %. V tem prispevku je kvantificirana povezava med parametri žarjenja v raztopini, volumskim deležem primarnega karbida in hitrostjo interkristalne korozije.

Mehanizem intergranularnega napada preostalih karbidov

V 316 so primarni karbidi faze, -bogate s kromom (Cr₂₃C₆ ima približno 90 mas. % kroma). Med žarjenjem v raztopini pri 1050 stopinjah se karbidi postopoma raztopijo in sproščajo krom v matriko avstenita. Če ohlajanje s temperature žarjenja ni dovolj hitro, se karbidi ponovno izločijo na mejah zrn pri ohlajanju skozi območje občutljivosti (450-850 stopinj). Vendar je Hueyjev test zasnovan posebej za odkrivanje ostankov karbidov, ki se niso raztopili med žarjenjem v raztopini, in vseh karbidov, ki so se ponovno oborili. Na meji med ostankom karbida in matriko avstenita se zmanjša vsebnost kroma (lokalno pod 12 % Cr) in v močno oksidirajoči dušikovi kislini nastane galvanski člen. Okoliški avstenit prednostno napada karbid, ki se raztopi, kar povzroči, da karbid pade ven in zapusti jamo ali jarek. Volumski delež neraztopljenih primarnih karbidov je povezan z izgubo mase pri Hueyevem testu.

Kvantitativno razmerje med hitrostjo korozije Hueyjevega testa in volumskim deležem karbida

Sistematično testiranje cevi 316 pri 1050 stopinjah z različnimi obdobji žarjenja v raztopini, ki mu sledi kaljenje z vodo in testiranje po ASTM A262 praksa C (pet 48-urnih ciklov pri vrelišču 65 % HNO3) je ugotovilo naslednje razmerje:

Čas žarjenja raztopine pri 1050 stopinjah (min.) Volumski delež primarnega karbida (%) Hitrost korozije pri preskusu Huey (mm/leto, povprečje 5 ciklov) ASTM A262 Praksa C Rezultat Priporočeno za vrelo dušikovo kislino Storitev 5 (nepopolno) 0.8-1.2 1.5-2.5 Neuspešno (huda IGA) Ne 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 Neuspešno (IGA) Ne 10-15 (normalno najmanj) 0.2-0.4 0.4-0.8 Mejno (meja uspešno/neuspešno) Ni priporočljivo 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Uspešno (v redu) Da 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Uspešno (dobro) Da 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Uspešno (odlično) Najboljše za podaljšano življenjsko dobo Priporočeno45-600,02-0,080,10-0,20 Uspešno (dobro)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Vpliv vsebnosti ogljika na zahtevani čas žarjenja

Standard 316 (0,08 % C max) zahteva daljše trajanje žarjenja za raztapljanje karbidov kot 316L (0,03 % C max). Tabela 2 Priporočena minimalna obdobja žarjenja raztopine pri 1050 stopinjah za različne vsebnosti ogljika

Vsebnost ogljika (masni %) Najmanjši čas žarjenja pri 1050 stopinjah za volumski delež karbida<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0,020–0,030(316L)10 15 Da 0.030-0.040 15 20 Da 0.040-0.050 20 25-30 Da 0.050-0.060 25 30-35 Da 0,060–0,080 (standard 316) 30 40-50 Da
Praktične specifikacije žarjenja za storitve dušikove kisline

Priporočeni parametri žarjenja v raztopini za 316 oplaščene grelnike za delovanje v vreli dušikovi kislini ali drugih močno oksidirajočih kislinah so naslednji.

Resnost storitve Priporočena zlitina Najmanjša raztopina Temperatura žarjenja (stopinje) Najmanjši čas žarjenja (minute) Metoda hlajenja Preskus sprejemljivosti
Intermitentna, razredčena HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Neprekinjeno 20-50 % HNO3 316L 1,050 20-30 Dušenje z vodo ASTM A262 praksa C (0,5 mm/leto)
Konstantno, 50-65 % HNO₃ 316L (nizka vsebnost ogljika) 1,050-1,060 30-45 Dušenje z vodo ASTM A262 Praksa C (<0.3 mm/year)
65 % HNO₃ (Huey testno okolje) Vrenje 304 L ali 316 L ekstra nizka vsebnost ogljika 1,060 45-60 Dušenje z vodo ASTM A262 Praksa C (<0.2 mm/year)
Raztapljanje karbida in validacija polja odpornosti IGA

Metalografska študija po jedkanju z elektrolitsko oksalno kislino (ASTM A262 praksa A) prikazuje mikrostrukturo grelnikov, ki so odpovedali pri uporabi dušikove kisline. "Stopničasta" struktura (gladke meje zrn, brez jarkov) nakazuje, da sta raztapljanje karbida in odpornost na IGA zadovoljivi. Struktura 'jarka' (jedkane jamice na mejah zrn) kaže na preobčutljivost ali ostanke karbidov in napoveduje neuspeh Hueyjevega testa. ASTM A262 Practice E (preskus bakrovega-bakrovega sulfata-žveplove kisline) je preprost presejalni test za preverjanje dovodnih cevi. Je bolj občutljiv na preobčutljivost kot na primarne karbide, vendar je še vedno koristen. Odločilni test je dejanski Hueyjev test ( vaja C ). Vendar traja 10-15 dni, da se konča.

Zaključek: Opredelitev popolnega raztapljanja karbida za uporabo dušikove kisline

Za grelnike z ohišjem iz nerjavečega jekla 316, ki delujejo z vrelo dušikovo kislino, mora biti volumski delež primarnih karbidov, ki ostanejo po žarjenju v raztopini, manjši od 0,2 %, da izpolnjujejo prakso C ASTM A262 in zagotavljajo ustrezno odpornost proti interkristalni koroziji. narediti to. Navadni 316 (0,08 % C) zahteva žarjenje pri 1050 stopinjah 40 do 50 minut, kaljenje z vodo. 316L (0,03 % C) pa traja 15-20 minut. Inženirji, ki določajo ovoje 316 za delovanje v oksidativni kislini, bi morali potrebovati potrditev parametrov žarjenja v raztopini (temperatura, trajanje, metoda gašenja) in za pomembne aplikacije rezultate preskusa ASTM A262 Practice C z navedeno največjo stopnjo korozije (npr. 0,3 mm/leto). Ogrodje, razvito tukaj, povezuje volumenski delež primarnega karbida z merljivimi stopnjami korozije Hueyjevega testa, kar kupcem omogoča, da določijo prakse žarjenja v raztopini, ki razvijejo mikrostrukture brez karbidov, ki so odporne na intergranularne napade v najbolj agresivnih okoljih z dušikovo kislino.