Ako reguluje objemový podiel primárnych karbidov po 1050-stupňovom rozpúšťacom žíhaní rúrky 316 ohrievača medzikryštalickú koróznu odolnosť pri vare kyseliny dusičnej

Parameter rozpúšťania karbidov pre zhodu s praxou ASTM A262 C

V prípade elektrických vykurovacích rúrok opláštených nehrdzavejúcou oceľou 316 používaných v oxidačnom kyslom prostredí (napr. ohrievače kyseliny dusičnej pri chemickom spracovaní alebo aplikáciách moriacich kúpeľov) je objemový podiel primárnych karbidov (hlavne M23C6 a MC) zostávajúcich v mikroštruktúre funkciou teploty a času rozpúšťacieho žíhania. Karbidy je možné úplne rozpustiť iba rozpúšťacím žíhaním pri teplotách nad 1 040 stupňov a rýchlym ochladením. Rovnovážny objemový podiel primárnych karbidov v štandarde 316 (0,08 %C) pri 1050 stupňoch je približne 0,3-0,5 % pre krátke držanie (10-15 minút) a po 60 minútach klesne pod 0,1 %. Čiastočný rozklad karbidov však vytvára zóny ochudobnené o chróm okolo zvyškových karbidov, ktoré sú náchylné na intergranulárny útok (IGA) vo vriacej kyseline dusičnej. Maximálny objemový podiel primárnych karbidov, ktorý je povolený vyhovieť ASTM A262 Practice C (test s 65 % vriacou kyselinou dusičnou alebo Huey test) je asi 0,2 %. V tomto článku je kvantifikovaná súvislosť medzi parametrami rozpúšťacieho žíhania, objemovým podielom primárneho karbidu a rýchlosťou medzikryštalickej korózie.

Mechanizmus intergranulárneho napadnutia zvyškovými karbidmi

V 316 sú primárne karbidy fázy bohaté na chróm (Cr₂₃C₆ má približne 90 % hmotnosti chrómu). Počas rozpúšťacieho žíhania pri 1 050 stupňoch sa karbidy postupne rozpúšťajú a uvoľňujú chróm do austenitickej matrice. Ak ochladzovanie z teploty žíhania nie je dostatočne rýchle, karbidy sa pri ochladzovaní v rozsahu senzibilizácie (450-850 stupňov) znovu vyzrážajú na hraniciach zŕn. Hueyov test je však určený najmä na detekciu zvyškových karbidov, ktoré sa nerozpustili počas rozpúšťacieho žíhania, a akýchkoľvek karbidov, ktoré sa znovu vyzrážali. Na rozhraní zvyškového karbidu a austenitickej matrice sa obsah chrómu zníži (lokálne pod 12 % Cr) a v silne oxidujúcej kyseline dusičnej vzniká galvanický článok. Okolitý austenit prednostne napáda karbid, ktorý sa rozpúšťa a spôsobuje, že karbid vypadáva a zanecháva jamu alebo priekopu. Objemový podiel nerozpustených primárnych karbidov súvisí so stratou hmotnosti v Hueyho teste.

Kvantitatívny vzťah medzi rýchlosťou korózie Hueyho testu a objemovou frakciou karbidu

Systematické testovanie 316 hadičiek pri 1 050 stupňoch s rôznymi periódami rozpúšťacieho žíhania s následným ochladzovaním vodou a testovaním podľa ASTM A262 Practice C (päť 48-hodinových cyklov pri vare 65 % HNO3) stanovilo nasledujúci vzťah:

Čas žíhania v roztoku pri 1050 stupňoch (min.) Objemová frakcia primárneho karbidu (%) Rýchlosť korózie testu Huey (mm/rok, priemer 5 cyklov) Cvičenie ASTM A262 Výsledok Odporúčaný pre varenie kyseliny dusičnej Služba 5 (neúplné) 0.8-1.2 1.5-2.5 Zlyhanie (závažné IGA) Nie 15 Normálne{6} minimum 0.2-0.4 0.4-0.8 Okrajová (hranica prejde/nevyhovie) Neodporúča sa 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Vyhovie (v poriadku) Áno 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Vyhovie (dobre) Áno 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Vyhovie (skvelá) Najlepšie na predĺženie životnostiOdporúčané 45-600,02-0,080,10-0,20 Vyhovuje (dobre)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Vplyv obsahu uhlíka na požadovaný čas žíhania

Štandard 316 (0,08 % C max) vyžaduje dlhšie trvanie žíhania na rozpustenie karbidov ako 316L (0,03 % C max). Tabuľka 2 Odporúčané minimálne doby rozpúšťacieho žíhania pri 1 050 stupňoch pre rôzne obsahy uhlíka

Obsah uhlíka (hmotn. %) Minimálny čas žíhania pri 1 050 stupňoch pre objemovú frakciu karbidu<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0,020-0,030(316L)10 15 Áno 0.030-0.040 15 20 Áno 0.040-0.050 20 25-30 Áno 0.050-0.060 25 30-35 Áno 0,060-0,080 (štandard 316) 30 40-50 Áno
Praktické špecifikácie žíhania pre použitie s kyselinou dusičnou

Odporúčané parametre rozpúšťacieho žíhania pre 316 plášťových ohrievačov pre prevádzku vo vriacej kyseline dusičnej alebo iných silne oxidujúcich kyselinách sú nasledovné.

Odporúčaná závažnosť služby Zliatina Minimálne riešenie Teplota žíhania ( stupne ) Minimálny čas žíhania (minúty) Spôsob chladenia Akceptačný test
Prerušovaná, zriedená HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Kontinuálne 20-50 % HNO3 316L 1,050 20-30 ochladzovanie vodou ASTM A262 Practice C (0,5 mm/rok)
Konštantná, 50-65 % HNO₃ 316L (nízky obsah uhlíka) 1 050-1,060 30-45 Vodné zhášanie ASTM A262 Prax C (<0.3 mm/year)
65 % HNO₃ (testovacie prostredie Huey) Varenie 304 l alebo 316 l s extra nízkym obsahom uhlíka 1,060 45-60 ochladzovanie vodou ASTM A262 prax C (<0.2 mm/year)
Rozpúšťanie karbidov a validácia poľa odolnosti IGA

Metalografická štúdia po leptaní elektrolytickou kyselinou šťaveľovou (ASTM A262 prax A) ukazuje mikroštruktúru ohrievačov, ktoré zlyhali v prevádzke s kyselinou dusičnou. "Stupňovitá" štruktúra (hladké hranice zŕn, žiadne priekopy) naznačuje, že rozpúšťanie karbidu a odolnosť IGA sú uspokojivé. „Priekopová“ štruktúra (leptané jamky na hraniciach zŕn) naznačuje senzibilizáciu alebo zvyškové karbidy a predpovedá zlyhanie v Hueyho teste. ASTM A262 Practice E (test síranom meďnatým-kyselinou sírovou) je jednoduchý skríningový test na overenie prívodných hadičiek. Je citlivejší na senzibilizáciu ako na primárne karbidy, ale stále pomáha. Rozhodujúcim testom je skutočný Huey test (cvičenie C). Dokončenie však trvá 10-15 dní.

Záver: Definícia úplného rozpustenia karbidov pre službu kyseliny dusičnej

V prípade ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316 v prevádzke s vriacou kyselinou dusičnou musí byť objemová frakcia primárnych karbidov zostávajúcich po rozpúšťacom žíhaní menšia ako 0,2 %, aby sa splnila norma ASTM A262 Practice C a zabezpečila sa primeraná odolnosť voči medzikryštalickej korózii. urobiť to. Bežná 316 (0,08 % C) vyžaduje žíhanie pri 1050 stupňoch počas 40 až 50 minút a kalenie vodou. 316L (0,03 % C) trvá 15-20 minút. Inžinieri, ktorí špecifikujú 316 plášťov pre oxidačnú kyslosť, by mali potrebovať potvrdenie parametrov rozpúšťacieho žíhania (teplota, trvanie, metóda kalenia) a pre dôležité aplikácie výsledky testu ASTM A262 Practice C s maximálnou uvedenou rýchlosťou korózie (napr. 0,3 mm/rok). Tu vyvinutý rámec spája primárnu objemovú frakciu karbidu s merateľnými rýchlosťami korózie pri teste Huey, čo umožňuje kupujúcim špecifikovať postupy žíhania v roztoku, ktoré vytvárajú mikroštruktúry bez karbidu, ktoré sú odolné voči intergranulárnemu napadnutiu v najagresívnejších prostrediach kyseliny dusičnej.