Kako volumni udio primarnih karbida nakon žarenja otopinom od 1050 stupnjeva 316 cijevi plašta grijača kontrolira otpornost na interkristalnu koroziju u kipućoj dušičnoj kiselini

Parametar otapanja karbida za sukladnost s ASTM A262 Practice C

Za električne grijaće cijevi obložene nehrđajućim čelikom 316 koje se koriste u radu s oksidirajućom kiselinom (npr. grijači dušične kiseline u primjenama kemijske obrade ili kupke za dekapiranje), volumni udio primarnih karbida (uglavnom M23C6 i MC) koji ostaju u mikrostrukturi funkcija je temperature i vremena žarenja otopine. Karbidi se mogu potpuno otopiti samo postupcima žarenja u otopini na temperaturama višim od 1040 stupnjeva i brzim hlađenjem. Ravnotežni volumni udio primarnih karbida u standardu 316 (0,08%C) na 1050 stupnjeva je oko 0,3-0,5% za kratka zadržavanja (10-15 min) i pada ispod 0,1% nakon 60 min. Međutim, djelomična razgradnja karbida stvara zone osiromašene kromom oko zaostalih karbida koji su skloni intergranularnom napadu (IGA) u kipućoj dušičnoj kiselini. Maksimalni volumni udio primarnih karbida koji je dopušten da prođe ASTM A262 Practice C (test 65% kipuće dušične kiseline ili Huey test) je oko 0,2%. U ovom radu kvantificirana je veza između parametara žarenja u otopini, volumnog udjela primarnog karbida i brzine interkristalne korozije.

Mehanizam intergranularnog napada rezidualnim karbidima

U 316, primarni karbidi su faze bogate -kromom (Cr₂₃C₆ ima otprilike 90% masenog udjela kroma). Tijekom žarenja u otopini na 1050 stupnjeva, karbidi se postupno otapaju i otpuštaju krom u austenitnu matricu. Ako hlađenje od temperature žarenja nije dovoljno brzo, karbidi se ponovno talože na granicama zrna pri hlađenju kroz raspon osjetljivosti (450-850 stupnjeva). Međutim, Huey test je osmišljen posebno za otkrivanje zaostalih karbida koji se nisu otopili tijekom žarenja u otopini i svih karbida koji su se ponovno istaložili. Na međupovršini zaostalog karbida i austenitne matrice, sadržaj kroma je smanjen (lokalno ispod 12 % Cr) i formiran je galvanski članak u jako oksidirajućoj dušičnoj kiselini. Okolni austenit preferirano napada karbid koji se otapa uzrokujući ispadanje karbida ostavljajući jamu ili rov. Volumni udio neotopljenih primarnih karbida povezan je s gubitkom mase u Hueyevom testu.

Kvantitativni odnos između brzine korozije Huey testa i volumnog udjela karbida

Sustavno testiranje cijevi 316 na 1050 stupnjeva s različitim razdobljima žarenja u otopini nakon čega je uslijedilo gašenje vodom i ispitivanje prema ASTM A262 praksi C (pet 48-satnih ciklusa u kipućoj 65% HNO₃) utvrdilo je sljedeći odnos:

Vrijeme žarenja otopine na 1050 stupnjeva (min.) Volumni udio primarnog karbida (%) Huey test Brzina korozije (mm/godina, prosjek od 5 ciklusa) ASTM A262 Praksa C Rezultat Preporučeno za kipuću dušičnu kiselinu Usluga 5 (nepotpuno) 0.8-1.2 1.5-2.5 Neuspjeh (ozbiljna IGA) Ne 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 Neuspjeh (IGA) Ne 10-15 (normalno minimalno) 0.2-0.4 0.4-0.8 Marginalno (granica položio/nije prošao) Ne preporučuje se 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Prošao (u redu) Da 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Prošao (dobro) Da 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Prošao (odlično) Najbolje za produženi život Preporučeno45-600,02-0,080,10-0,20 Prošao (dobro)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Učinak sadržaja ugljika na potrebno vrijeme žarenja

Standard 316 (0,08% C max) zahtijeva dulje trajanje žarenja za otapanje karbida od 316L (0,03% C max). Tablica 2. Preporučena minimalna razdoblja žarenja u otopini na 1050 stupnjeva za različite sadržaje ugljika

Sadržaj ugljika (tež.%) Minimalno vrijeme žarenja na 1050 stupnjeva za volumni udio 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 žarenja za uslugu dušične kiseline

Preporučeni parametri žarenja u otopini za 316 obložene grijače za rad u kipućoj dušičnoj kiselini ili drugim jako oksidirajućim kiselinama su sljedeći.

Ozbiljnost usluge Preporučena legura Minimalna otopina Temperatura žarenja (stupnjevi) Minimalno vrijeme žarenja (minute) Metoda hlađenja Test prihvatljivosti
Intermitentna, razrijeđena HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Kontinuirano 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 Gašenje vodom ASTM A262 Practice C (0,5 mm/godišnje)
Konstantno, 50-65% HNO₃ 316L (nisko ugljik) 1,050-1,060 30-45 Gašenje vodom ASTM A262 praksa C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (okruženje Huey testa) Kipuće 304L ili 316L ekstra niske razine ugljika 1,060 45-60 Gašenje vodom ASTM A262 Praksa C (<0.2 mm/year)
Validacija polja otpornosti na otapanje karbida i IGA

Metalografska studija nakon nagrizanja elektrolitičkom oksalnom kiselinom (ASTM A262 Practice A) pokazuje mikrostrukturu grijača koji su otkazali u radu s dušičnom kiselinom. Struktura "stepenica" (glatke granice zrna, bez rovova) sugerira da su otapanje karbida i otpornost na IGA zadovoljavajuće. Struktura 'jarka' (udubine nagrizanja na granicama zrna) sugerira senzibilizaciju ili zaostale karbide i predviđa neuspjeh u Huey testu. ASTM A262 Practice E (bakar-bakar sulfat-test sumpornom kiselinom) jednostavan je test provjere za provjeru ulaznih cijevi. Osjetljiviji je na senzibilizaciju nego na primarne karbide, ali je još uvijek od pomoći. Odlučujući test je stvarni Huey test ( Vježba C ). Međutim, potrebno je 10-15 dana da se završi.

Zaključak: Definicija potpunog otapanja karbida za rad dušične kiseline

Za grijače s kućištem od nehrđajućeg čelika 316 u radu s kipućom dušičnom kiselinom, volumni udio primarnih karbida preostalih nakon žarenja u otopini mora biti manji od 0,2% kako bi se zadovoljila praksa C ASTM A262 i pružila odgovarajuća otpornost na interkristalnu koroziju. učiniti ovo. Obični 316 (0,08% C) zahtijeva žarenje na 1050 stupnjeva 40 do 50 minuta, a gašenje vodom. 316L (0,03% C) traje 15-20 minuta. Inženjerima koji određuju 316 omotače za rad oksidirajuće kiseline trebat će potvrda parametara žarenja u otopini (temperatura, trajanje, metoda gašenja) i, za važne primjene, rezultati ASTM A262 Practice C testa s naznačenom maksimalnom stopom korozije (npr. 0,3 mm/godišnje). Ovdje razvijeni okvir povezuje volumenski udio primarnog karbida s mjerljivim stopama korozije Huey testa, omogućujući kupcima da specificiraju postupke žarenja u otopini koje razvijaju mikrostrukture bez karbida koje su otporne na intergranularne napade u najagresivnijim okruženjima dušične kiseline.