Ako objemová frakcia primárneho delta feritu v 316 l rúrke ohrievača riadi rýchlosť šírenia bodkovania v kyslých roztokoch chloridu (pH 3, 1000 ppm Cl⁻) pri 50 stupňoch

Preferenčná cesta šírenia: Feritová fáza

The amount of delta ferrite retained in the austenite matrix-typically 0-5% for 316L-is the direct controlling factor for pitting propagation rates once pits initiate for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes operating in acidic chloride environments (e.g., pickling baths, acid mine drainage, or industrial effluent with pH 3 and chloride concentration of 1,000 ppm). The initial event leading to a pit may take place at a sulphide or oxide inclusion but the following expansion of the pit is highly affected by the presence of delta ferrite. Delta ferrite has less molybdenum (usually 1.5-2.0% Mo compared to 2.0-2.5% Mo in austenite) and creates a less stable passive film in acidic environments. The ferrite phase is selectively dissolved when a pit hits a ferrite grain or a ferrite-austenite phase boundary, forming a fast-path network that enhances pit growth. For delta ferrite volume fractions less than 0.5% the pits propagate at 0.1-0.3 mm/year. At ferrite fractions >3-5 % miera šírenia jamiek sa vyšplhá na 0,5 – 1,5 mm/rok, čo je dostatočné na perforáciu 1,5 mm steny po 1 – 3 rokoch. Táto práca hodnotí súvislosť medzi obsahom delta feritu a rýchlosťou šírenia jamiek v kyslých roztokoch chloridu.

Mechanizmus selektívneho rozpúšťania feritu

Pasívny film na austenite je relatívne perzistentný v kyslých chloridových roztokoch (pH 3, 1000 ppm Cl−) kvôli väčšiemu obsahu molybdénu a plošne centrovanej kubickej (FCC) štruktúre. BCC štruktúra delta feritu vedie k menej stabilnému pasívnemu filmu, najmä pri nízkom pH. Okrem toho má feritový pasívny film menšie obohatenie molybdénom ako austenit. Po iniciácii jamy a vytvorení miestneho kyslého prostredia (pH bežne klesá na 1-2) sa feritová fáza rozpúšťa 2 až 10-krát rýchlejšie ako okolitý austenit. Ak sú feritové zrná spojené (morfológia reťazcov), jamka sa môže rýchlo šíriť pozdĺž týchto obľúbených dráh. Ak ferit existuje ako izolované globulárne ostrovčeky, jamka musí byť znovu iniciovaná v austenite medzi feritovými záplatami, čím sa spomalí celkové šírenie.

Kvantifikovaný vzťah medzi objemovým podielom delta feritu a rýchlosťou šírenia jamiek

Riadené elektrochemické testovanie 316L vzoriek s rôznymi koncentráciami delta feritu (alternatívna chémia alebo tepelné spracovanie) v roztoku s pH 3, 1 000 ppm Cl- pri 50 stupňoch, s umelými jamkami vytvorenými na štandardizovaných kazoch, stanovilo nasledujúce rýchlosti šírenia jamiek .

Delta feritová objemová frakcia (%) Morfológia feritu Rýchlosť šírenia jamiek (mm/rok) pri pH 3, 1 000 ppm Cl- , 50 stupňov Čas do 1,5 mm perforácie od iniciácie (roky) Relatívna rýchlosť šírenia (Ferrit-Bezplatná služba chloridov=1.0)<0.2 (completely austenitic)None 0.10-0.20 7.5-15 1.0× Yes 0.2-0.5Isolated globular 0.15-0.30 5-10 1.5x Yes
0,5 – 1,0 guľovité, riedke 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× Prijateľné
1,0 – 2,0 Zmiešané (globulárne + krátke reťazce) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× okraj
2,0-3,0 Krátke výstuhy 0.50-0.90 1.7-3 5.0× Neodporúča sa
3,0-5,0 Spojené stĺpiky 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0× No
5.0-7.0 Continuous stringers/network 1.20-2.00 0.75-1.25 12× Not acceptable7.0 Fully interconnected >2.00 <0.75 >15× Neprijateľné
Feritová selektivita pri kyslom pH

Nižšie pH zvyšuje selektivitu rozpúšťania feritu. Ferit a austenit sa rozpúšťajú podobnou rýchlosťou pri zvýšenom pH.

pH (50°C) Propagation Rate Ratio (Ferrite/Austenite) Critical Ferrite Volume Fraction for 1.5 mm/year Propagation Rate (%)Practical Specifications for 316L in Acidic Chloride Service Recommended Maximum Ferrite for 5-Year Life 5.0 1.5 >8 5% 4.0 2.5 >6 3% 3.0 5.0 >3-4 1.5% 2.5 8.0 >2-3 1% 2.0 12.0 >1-2 0.5% 1.5 20.0 >0.5-1 0.2%

Odporúčané delta feritové limity pre 316L zapuzdrené ohrievače pracujúce v kyslom chloridovom prostredí (pH 2-4, 500-2 000 ppm Cl-) pri 40-60 stupňoch .

Servisné prostredie Rozsah pH Chlorid (ppm) Teplota (stupeň) Maximálny povolený delta ferit (%) Odporúčaná prax pri výrobe ocele
Mierne kyslé (napr. trocha chladiacej vody)4.5-5.5 500-1,000 40 3% AOD štandard
Mierne kyslé (napr. niektoré priemyselné odpadové vody) 3.5-4.5 500-1, 500 50 2 % AOD s chemickou kontrolou
Agresívne kyslé (napr. morenie) 2.5-3.5 1,000-2,000 50 1% 316L s vysokým obsahom Ni (12-13%)
2.0-3.0 500-1,000 40 0.5% Fully austenitic 316L (Ni >12,5 %, Cr<17%) Severe acidic (e.g. acid mine drainage)
Veľmi závažné (pH<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825 
Overenie obsahu feritu Delta

Ak sa pre kupujúcich vyžaduje nízky ferit 316L pre službu kyslého chloridu, existujú tri spôsoby overenia:

Ne{0}}deštruktívne meranie Metóda magnetickej indukcie Akceptácia feritoskopu:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.

Metalografický prierez, leptadlo, napr. Berahovo činidlo, farby feritová hnedá/modrá ASTM E562 Analýza obrazu Akceptácia podľa potreby.

Chemical composition using DeLong diagram Calculate Cr and Ni equivalents For low ferrite aim for Ni eq >12,5, Cr ekv<19.

Zrýchlené pitting feritom: Identifikácia poľa

Keď sa ohrievač s objemom 316 l pokazí jamkami v kyslom chloridovom prostredí, ferit urýchľuje tvorbu jamiek a vzniknuté jamky sa zdajú byť pod mikroskopom nerovnomerné a rozvetvujúce sa, zvyčajne podľa prísnejších- vzorov. Na metalografickom priečnom-reze jamka odhalí preferenčné rozpúšťanie delta feritových strún vychádzajúcich z hrotu jamky, čo vedie k „prstovej-podobnej“ alebo „koreňovej“{5}}morfológii. Analýza EDS jamkovej steny ukáže menej molybdénu v rozpustených oblastiach (ako sa očakáva pri rozpúšťaní feritu). Riešením pre budúce nákupy je špecifikovať nízky-ferit (cieľ<1%) 316L with high nickel (11.5-13%) and lower chromium (16-16.5%). Or upgrade to a fully austenitic grade such as 904L (which includes no delta ferrite) or Alloy 825.

Záver: Kyslá chloridová služba s nízkou špecifikáciou feritu

Delta ferrite volume fractions >1-3 % zvyšuje rýchlosť šírenia jamiek faktorom 3-8 pre ohrievače 316L zapuzdrené z nehrdzavejúcej ocele v kyslých chloridových roztokoch (pH 3, 1 000 ppm Cl-) pri 50 stupňoch, čo skracuje čas do perforácie z 5-10 rokov na 1-3 roky. V kyslom prostredí sa feritová fáza rozpúšťa rýchlejšie, čo vedie k rozvoju sietí rýchlej dráhy na tvorbu jamiek. Inžinieri, ktorí špecifikujú 316 l plášte pre moriace kúpele, odvodňovanie kyslých baní alebo priemyselné kyslé odpadové vody, musia obmedziť delta ferit na<1-2% for moderate service and <0.5% for aggressive use. If pH is below 3 or chloride is above 2,000 ppm upgrade to Alloy 20 (32Ni-20Cr-2Mo-Cu) or Alloy 825 (42Ni-21Cr-3Mo). The methodology proposed here, which relates delta ferrite volume percentage to measurable rates of pit propagation in acidic chloride conditions, enables customers to specify 316L tubing with a minimised risk for accelerated pitting due to the ferrite-selective dissolution mechanism.