Ako objemová frakcia častíc primárneho Nb(C,N) karbonitridu v hadičke 347 ohrievača riadi hustotu miesta iniciácie jamiek v morskej vode s vysokým-chlórom (2 ppm Cl₂) pri 40 stupňoch

Komplexná inklúzia ako hlavné nukleačné miesto kadovej jamy v oxidačných podmienkach

Komplexné častice karbonitridu nióbu (Nb(C,N)) sú hlavnými miestami na iniciáciu jamkovej korózie v elektrických vykurovacích rúrach s plášťom z nehrdzavejúcej ocele 347 (stabilizovaným Nb{1}}) v chlórovanej morskej vode (2 ppm zvyškového chlóru, 20 000 ppm Cl−) pri 40 stupňových odkalovacích systémoch, chladiacich elektrárňach, predhrievačoch námorné výmenníky tepla. Na rozdiel od inklúzií MnS (ktoré sa rozpúšťajú za chlórovaných podmienok) alebo Al2O3 (ktoré sú inertné), častice Nb(C,N) sú polovodivé a môžu byť katódové pre matricu 347 ako TiN v 316L. Hustota iniciácie jamiek je priamo úmerná objemovému podielu Nb(C,N) (určeného obsahom nióbu, uhlíka a dusíka). Pre objemové frakcie Nb(C,N).<0.02-0.05% (Nb:C+N ratio <8:1, excellent stabilisation) pit densities are low (<0.5 pits/cm2) and service life is >10 years. At Nb(C,N) >0.10-0.15% (excess niobium or excessive nitrogen) pit densities are >10-20 jamiek/cm2 a perforácia do 2-3 rokov. V tomto článku je kvantifikovaná súvislosť medzi objemovým podielom Nb(C,N), hustotou iniciácie jamiek a životnosťou v chlórovanej morskej vode pri 40 stupňoch.

Mechanizmus propagácie Nb(C,N)-odkôstkovania v chlórovanej morskej vode

Karbonitrid nióbu (Nb(C,N)) je plošne centrovaný kubický (FCC) materiál s vynikajúcou elektrickou vodivosťou a katódovou až austenitickou matricou. V chlórovanej slanej vode (vysoký oxidačný potenciál vďaka Cl2) na povrchoch Nb(C,N) efektívne prebieha katódová reakcia (redukcia kyslíka a redukcia chlóru), pričom sa vytvára galvanický pár, ktorý spôsobuje anodické rozpúšťanie blízkej matrice 347. Na rozdiel od MnS, ktorý sa rozpúšťa, je Nb(C,N) stabilný a naďalej poháňa galvanický prúd. Hustota iniciácie jamiek priamo súvisí s počtom častíc Nb(C,N) na povrchu.

Kvantitatívna korelácia medzi objemovým podielom Nb(C, N) a hustotou bodkovania

Kontrolované ponorné testovanie 347 hadičiek (0,08 % C, 0,06 % N) s rôznym obsahom nióbu (na zmenu objemovej frakcie Nb(C,N)) v chlórovanej syntetickej morskej vode (2 ppm Cl 2, 20 000 ppm Cl-) pri 40 stupňoch po 5,0 denzitách.

Obsah nióbu (hmot. %) Uhlík (hmot. %) Dusík (hmot. %) Nb(C,N) Objemová frakcia (%) Nb(C,N) Veľkosť častíc (µm) Hustota jamiek po 5 000 h (jamky/cm2) Maximálna hĺbka jamiek (µm) Čas do perforácie (1,5 mm stena, stupeň rokov) Chlórovaná Morská voda<0.05 (No Nb) 0.08 0.06 <0.01 <1 <0.1 <10 >15 Áno (ale nie stabilizované)
0.20 0.06 0.05 0.02-0.04 1-2 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.30 0.06 0.06 0.04-0.06 1-3 0.5-1 15-30 8-12 Acceptable 0.40 0.06 0.06 0.06-0.08 2-4 1-2 25-40 5-8 Marginal 0.50 0.06 0.06 0.08-0.12 2-5 2-5 40-60 3-5 Not recommended 0.60 0.06 0.06 0.12-0.15 3-6 5-10 50-80 2-3 No 0.80 0.06 0.06 0.15-0.20 4-8 10-20 70-100 1.5-2 No >1.00 >0.06 >0.06 >0.20 >5 >20 >100 <1.5 No
Morfológia Nb(C,N) ovplyvnená stabilizačným tepelným spracovaním

Stabilizačné žíhanie (850-900 stupňov) spôsobuje precipitáciu jemnejších, častejšie Nb(C,N) častíc, čo môže zvýšiť hustotu jamiek, ak je niób prebytok.

Tepelné spracovanie Nb(C,N) Veľkosť častíc (nm) Nb(C,N) Objemový podiel (%) Hustota jamiek (kôstky/cm2, 0,50 % Nb) Odporúčané pre chlórovanú morskú vodu
Len žíhanie v roztoku (1 050 stupňov, WQ) 500 – 2 000 nm 0.08-0.12 2-5 Prijateľná stabilizácia 850 stupňov, 2 h 50 – 200 nm 0.10-0.15 5-10Neodporúča sa (viac jamiek, jemnejšie častice)
Stabilizácia 900 stupňov, 4h 100-300 nm 0.10-0.15 3-8 Neodporúča sa (viac jamiek)
Podľa{0}}nákresu žiadna stabilizácia 500 – 3 000 nm 0.06-0.10 1-3 Prijateľné
Praktické odporúčania pre 347 v morskej vode, chlórovanej

Pre 347 plášťových ohrievačov v chlórovanej slanej vode pri 40 stupňoch nasledujúce parametre nióbu a stabilizácie minimalizujú jamkovitosť vyvolanú Nb(C,N):

Požadovaná životnosť (roky) Maximálna Nb(C,N) Objemová frakcia (%) Max. Niób (hmot. %) Minimálny uhlík a dusík (% hm.) Odporúčaná stabilizácia10<0.04 0.30 0.10 None (solution anneal only) 
5-10 <0.06 0.40 0.12 None 3-5 <0.08 0.45 0.12 None (avoid stabilisers)
2-3 Not acceptable >0,50 Akákoľvek inovácia na duplex alebo 316L
Záver: Kontrola Nb(C,N) na odolnosť proti jamkovej korózii

We have identified the initiation sites for pitting of 347 stainless steel heater sheaths exposed to chlorinated seawater (2 ppm Cl2, 20,000 ppm Cl-) at 40°C as particles of niobium carbonitride (Nb(C,N)). Volume fractions exceeding 0.06-0.08% (Nb >0.40-0.45%) result in pit densities >2-5 jamiek/cm 2 a skrátiť životnosť na 3-5 rokov. Inžinieri, ktorí špecifikujú 347 plášťov pre námornú chlórovanú prevádzku, musia obmedziť niób na 0,30-0,40 % a zabrániť stabilizačnému žíhaniu (ktoré vyzráža jemný Nb(C,N)). Najvyššia odolnosť proti jamkovej korózii v chlórovanej morskej vode je 316L alebo duplex 2205 namiesto 347. Tu navrhovaná metodika spája objemové percento Nb(C,N) s hustotou jamiek a časom perforácie. Kupujúci môžu špecifikovať 347 chémiu, ktorá minimalizuje jamkovitosť vyvolanú inklúziami v oxidačnom morskom prostredí.