Pri kojoj specifičnoj kombinaciji koncentracije sumporne kiseline i temperature plašt od 316 nehrđajućeg čelika od 2,0 milimetra zahtijeva smanjenje snage ispod 8 vata po kvadratnom centimetru kako bi se spriječilo opće prodiranje korozije unutar šest mjeseci u kupkama za dekapiranje metala?

Procesni inženjeri koji izrađuju električne uronjene grijače za kupke za dekapiranje metala u čeličanama i industriji proizvodnje metala suočavaju se s jednim od najtežih uvjeta za plašteve od nehrđajućeg čelika 316 kada se suoče sa sumpornom kiselinom na ekstremnim temperaturama. Kupelji za dekapiranje obično rade na temperaturama od 60 do 90 stupnjeva i koncentracijama sumporne kiseline od 10 do 25 %, često s otopljenim željeznim solima, što dodatno komplicira korozijsko ponašanje. Debljina stijenke od 2,0 mm često se odabire kako bi se omogućila korozija i dala mehanička otpornost na turbulenciju kade i kontakt s izratkom. Međutim, pri prosječnoj gustoći vata od 8-12 W/cm 2 , temperatura površine plašta je povišena za 20-40 stupnjeva iznad temperature kupke, što možda stavlja plašt u režim aktivne korozije gdje stope korozije prelaze 5 mm godišnje. U članku se navode posebne kombinacije koncentracije i temperature koje zahtijevaju smanjenje vrijednosti plašta od 2,0 mm 316 ispod 8 W/cm2 kako bi se izbjeglo opće prodiranje korozije unutar šest mjeseci.

Pasivni-aktivni prijelaz nehrđajućeg čelika 316 u sumpornu kiselinu
Kao što je navedeno u prethodnim dokumentima, aktivni-pasivni prijelaz za nehrđajući čelik 316 u sumpornoj kiselini prilično je osjetljiv i na temperaturu i na koncentraciju. U pasivnom režimu brzine korozije su manje od 0,2 mm godišnje. U aktivnom režimu stope su 5-20 mm godišnje. Granica prijelaza uvjeta kupke za kiseljenje slijedi određenu krivulju. Prijelazna temperatura za 10 posto. sumporna kiselina je oko 55 stupnjeva C. Kod 15% je prijelaz od 45 stupnjeva. Na 20% pada na 38 stupnjeva. Dostiže se do 32 stupnja . - 25%. Za grijač u rasutoj kupelji na 70 stupnjeva s 15% sumporne kiseline, samo rasuto stanje već je iznad prijelazne temperature od 45 stupnjeva - kupka je aktivno korozivna do 316 bez toplinskog toka. 316 nije prikladno u ovim okolnostima bez obzira na debljinu stijenke ili gustoću u vatima. Međutim, mnoge kupke za dekapiranje rade u prijelaznoj zoni gdje su uvjeti mase pasivni, ali se površinska temperatura plašta dovodi u aktivni režim visokim protokom topline. Za debljinu plašta od 2,0 mm pri 8 W/cm2 porast temperature od mase do površine plašta je oko 20-25 stupnjeva. Masivna kupka ima temperaturu od 40 stupnjeva s 15% kiseline (pasivno), stoga je temperatura površine omotača 60-65 stupnjeva, što je iznad 45 stupnjeva, tako da dolazi do prijelazne aktivne korozije na površini plašta čak i ako je kupka pasivna.

Kritični pragovi smanjenja vrijednosti plašta od 2,0 mm
Ispitivanje korozije 316 uzoraka na temperaturama i koncentracijama značajnim za kupke za dekapiranje proizvelo je sljedeće zahtjeve za smanjenjem vrijednosti za plašt stijenke od 2,0 mm kako bi se spriječilo opće prodiranje korozije unutar šest mjeseci. Vrijednosti predstavljaju maksimalnu gustoću u vatima koja održava temperaturu površine omotača najmanje 5 stupnjeva ispod temperature pasivnog-aktivnog prijelaza za određenu skupnu koncentraciju.

Koncentracija sumporne kiseline Masivna temperatura kupke Pasivna-Aktivna prijelazna temperatura pri ovoj koncentraciji Maksimalna površinska temperatura plašta (prijelaz – sigurnosna granica od 5 stupnjeva) Maksimalno dopuštena gustoća u vatima za plašt od 2,0 mm Očekivano vrijeme do prodiranja od 2,0 mm s većom gustoćom snage
10% 35 stupnjeva 55 stupnjeva 50 stupnjeva 12 W/cm2 8-12 mjeseci pri 12 W/cm2 10% 40 stupnjeva 55 stupnjeva 50 stupnjeva 8 W/cm2 6-9 mjeseci pri 8 W/cm2
10% 45 stupnjeva 55 stupnjeva 50 stupnjeva 4 W/cm2 4-6 mjeseci pri 8 W/cm2 10% 50 stupnjeva 55 stupnjeva 50 stupnjeva 0 W/cm2 (nije izvedivo) 2-4 mjeseca pri bilo kojoj gustoći u vatima
30 stupnjeva 45 stupnjeva 40 stupnjeva 15% 10 W/cm² 6-10 mjeseci pri 10 W/cm²
15% 35 stupnjeva 45 stupnjeva 40 stupnjeva 6 W/cm² 4–6 mjeseci na 8 W/cm²
15% 40 stupnjeva 45 stupnjeva 40 stupnjeva 2 W/cm2 3-5 mjeseci 6 W/cm2
15% >42 stupnja 45 stupnjeva 40 stupnjeva Nije moguće 2-3 mjeseca 20% 25 stupnjeva 38 stupnjeva 33 stupnjeva 8 W/cm2 5-8 mjeseci pri 8 W/cm2
20% 30ºC 38ºC 33ºC 4 W/cm2 3-5 mjeseci do 6 W/cm2
20% 35 stupnjeva 38 stupnjeva 33 stupnjeva 0 W/cm² (nije moguće) 2-3 mjeseca 25%< 25°C < 32°C < 27°C < 4 W/cm2 2-4 months at 5 W/cm2
Za tipičnu kupku za dekapiranje pri temperaturi mase od 40 stupnjeva i 15% sumporne kiseline, omotač od 2,0 mm 316 mora raditi na ili ispod 2 W/cm 2 kako bi površina omotača bila ispod 40 stupnjeva i bila pasivna. Pri 8 W/cm2 površina plašta je oko 60-65 stupnjeva C, daleko u aktivnom režimu i opća korozija bi progrizla stijenku od 2,0 mm za nekih 3-5 mjeseci. Smanjenje snage na 6 W/cm² produljuje vijek trajanja na 4–6 mjeseci, ali ipak ispod 6 mjeseci. Smanjenje na 4 W/cm2 daje pasivan rad i 5+ godina trajanja, ali tako niska gustoća u vatima rijetko je praktična za industrijske kupke za kiseljenje.

Sigurna radna omotnica – šestomjesečni vijek trajanja
U tablici u nastavku navedene su maksimalne sigurne kombinacije koncentracije sumporne kiseline i temperature za 2,0 mm 316 omotač za pružanje šestomjesečnog vijeka trajanja pri različitim gustoćama u vatima bez aktivnog prodiranja korozije.

Gustoća u vatima Maksimalna skupna temperatura za 10% H2SO4 Maksimalna masovna temperatura za 15% H2SO4 Maksimalna masovna temperatura za 20% H2SO4 Maksimalna masovna temperatura za 25% H2SO4 4 W/cm2 48 stupanj 38 stupnjeva 30 stupnjeva 25 stupnjeva 6 W/cm2 46 stupnjeva 35 stupnjeva 28 stupnjeva 22 stupanj 8 W/cm2 43 stupanj 32 stupanj 25 stupanj Nije sigurno 10 W/cm2 40 stupanj 28 stupanj Nije sigurno Nije sigurno
12 W/cm2 36 stupanj Nije sigurno Nije sigurno Nije sigurno
Plašt od 2,0 mm 316 na 8 W/cm2 imao bi površinsku temperaturu od oko 58 stupnjeva, iznad prijelaza od 45 stupnjeva, za kupelj za kiseljenje koja radi na 15% sumporne kiseline i 35 stupnjeva ukupne temperature. Vjerojatno neće trajati šest mjeseci. Gustoća vata od 4 W/cm^2 održava površinu na oko 48 stupnjeva, iznad prijelazne temperature od 45 stupnjeva, ali smanjena brzina protoka topline usporava stopu korozije dovoljno da se dobije šest mjeseci prije prodiranja. Pri 45 stupnjeva mase i 10% sumporne kiseline, 4 W/cm² daje površinsku temperaturu od oko 58 stupnjeva, što je iznad prijelazne temperature od 55 stupnjeva, a šest-mjesečni život je marginalan.

Promjene u dizajnu za postizanje šestomjesečnog vijeka trajanja bez smanjenja snage
Ako uvjeti kupke za dekapiranje zahtijevaju veće gustoće u vatima nego što je dopušteno za siguran rad, tri prilagodbe dizajna će osigurati šest-mjesečni radni vijek s 2,0 mm 316 omotačem bez smanjenja snage ispod 8 W/cm2. Prvi je poboljšati cirkulaciju kiseline preko površine grijača. Turbulentno strujanje brzinom od 1-2 m/sek. smanjuje porast temperature površine plašta s 25 stupnjeva na 10-15 stupnjeva s istom gustoćom u vatima. Grijač s površinskom temperaturom od 65 stupnjeva pod stagnirajućim uvjetima može funkcionirati na 50 stupnjeva u dobro cirkulirajućoj kiselini i doista bi mogao pasti ispod prijelaznog praga. Druga promjena je uvođenje inhibitora korozije u kupku za dekapiranje. Komercijalni inhibitori mogu smanjiti stope aktivne korozije za 70-90% i mogu produljiti pasivni režim na više temperature. Konačna prilagodba je korištenje dizajna grijača s dvostrukom gustoćom vata sa smanjenom gustoćom snage u donjem dijelu kupke gdje su temperature više od stratifikacije. Najbolji inženjerski odgovor je nadogradnja s 316 na otporniju leguru kao što je Alloy 20 ili Alloy 825 za većinu aplikacija u kupki za kiseljenje. Obično je razlika u cijeni između omotača od 2,0 mm 316 i omotača od legure 20 iste veličine 30-50%, ali životni vijek u 15-20% sumpornoj kiselini na 50-60 stupnjeva povećava se s 3-6 mjeseci na 3-5 godina. Pri izboru grijača za kupke za kiseljenje, inženjer treba savjetovati dobavljača o točnom sastavu kupelji, temperaturnom rasponu i očekivanom stupnju turbulencije. Ako proizvođač preporučuje 316 za 15% sumpornu kiselinu na 50 stupnjeva, a ne govori o smanjenju snage ili mogućnosti aktivne korozije, ne daje kompetentan savjet. Promjena od pasivne do aktivne korozije u sumpornoj kiselini je brza i nemilosrdna. Za aktivnu koroziju, omotač od 2,0 mm s gubitkom od 5 mm godišnje probušit će se za manje od pet mjeseci. Općenito je potrebno smanjenje snage ispod 8 W/cm² za šestomjesečni životni vijek, međutim u mnogim industrijskim kupkama za dekapiranje smanjenje ispod 4 W/cm² ili niže je nepraktično, a nadogradnja legure jedini je pouzdan izbor.