Kako volumni udio primarnog delta ferita u 316L cijevi plašta grijača kontrolira brzinu širenja pitinga u otopinama kiselog klorida (pH 3, 1000 ppm Cl⁻) na 50 stupnjeva

Preferencijalni put širenja: Feritna faza

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% stope širenja jamica penju se na 0,5-1,5 mm/godinu-dovoljno za probušivanje stijenke od 1,5 mm nakon 1-3 godine. Ovaj rad procjenjuje vezu između sadržaja delta ferita i brzine širenja jamica u kiselim otopinama klorida.

Mehanizam selektivnog otapanja ferita

Pasivni film na austenitu relativno je postojan u kiselim otopinama klorida (pH 3, 1000 ppm Cl−) zbog većeg sadržaja molibdena i kubične (FCC) strukture usmjerene na lice-. BCC struktura delta ferita dovodi do manje stabilnog pasivnog filma, posebno pri niskom pH. Nadalje, feritni pasivni film manje je obogaćen molibdenom od austenita. Jednom kada se pokrene jama i stvori lokalno kiselo okruženje (pH obično pada na 1-2), feritna faza se otapa 2-10 puta brže od okolnog austenita. Ako su feritna zrnca povezana (stringer morfologija), jama se može brzo širiti duž ovih omiljenih staza. Ako ferit postoji kao izolirani kuglasti otoci, jama se mora ponovno pokrenuti u austenitu između feritnih mrlja, čime se usporava cjelokupno širenje.

Kvantificirani odnos između volumenskog udjela delta ferita i brzine širenja jamica

Kontroliranim elektrokemijskim ispitivanjem uzoraka 316L s različitim koncentracijama delta ferita (alternativne kemije ili toplinske obrade) u otopini pH 3, 1000 ppm Cl- na 50 stupnjeva, s umjetnim udubljenjima formiranim na standardiziranim pukotinama, ustanovljene su sljedeće brzine širenja udubina.

Volumni udio delta ferita (%) Feritna morfologija Stopa propagacije jama (mm/godina) pri pH 3, 1000 ppm Cl-, 50 stupnjeva Vrijeme do 1,5 mm perforacije od inicijacije (godine) Relativna brzina propagacije (Ferit-Free=1.0) Preporučeno za uslugu kiselog klorida<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 Globularno, rijetko 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× Prihvatljivo
1,0-2,0 Mješoviti (globularni + kratke žice) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× marginalno
2.0-3.0 Kratke žice 0.50-0.90 1.7-3 5.0× Ne preporučuje se
3,0-5,0 Povezane uzice 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0× Br
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× Nije prihvatljivo
Selektivnost ferita pri kiselom pH

Niži pH povećava selektivnost otapanja ferita. Ferit i austenit se otapaju sličnim brzinama pri povišenom 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%

Preporučena ograničenja delta ferita za grijače s kućištem 316L koji rade u kiselim kloridnim okruženjima (pH 2-4, 500-2000 ppm Cl-) na 40-60 stupnjeva.

Radna okolina pH raspon Klorid (ppm) Temperatura (stupnjevi) Maksimalno dopušteni delta ferit (%) Preporučena praksa proizvodnje čelika
Blago kiselo (npr. nešto vode za hlađenje)4.5-5.5 500-1,000 40 3% AOD standard
Umjereno kiselo (npr. neke industrijske otpadne vode) 3.5-4.5 500-1,500 50 2% AOD s kemijskom kontrolom
Agresivno kiselo (npr. ispiranje od kiseljenja) 2.5-3.5 1,000-2,000 50 1% 316L s visokim 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)
Vrlo teška (pH<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825 

Ako je potreban niski sadržaj ferita 316L za uslugu kiselog klorida za kupce, postoje tri metode provjere:

Ne{0}}destruktivno mjerenje Metoda magnetske indukcije Feritoskop Prihvaćanje:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.

Metalografski presjek, sredstvo za jetkanje, npr. Berahin reagens, boje feritno smeđa/plava ASTM E562 Analiza slike Prihvaćanje, prema potrebi.

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

Ubrzano piting feritom: Identifikacija polja

Kada se grijač 316L pokvari pitingom u radu s kiselim kloridom, ferit ubrzava piting, a rupiće koje nastaju pod mikroskopom izgledaju neravnomjerno i granato, obično slijedeći uzorke-nalik žicama. Na metalografskom poprečnom-presjeku udubina će otkriti preferirano otapanje delta feritnih žica koje izlaze iz vrha udubine što dovodi do morfologije "nalik-prstu" ili "nalik-korijenu". EDS analiza stijenke jame pokazat će manje molibdena u otopljenim područjima (kao što se očekuje s otapanjem ferita). Rješenje za buduću kupnju je navesti nizak-ferit (cilj<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.

Zaključak: Usluga kiselog klorida s niskom specifikacijom ferita

Delta ferrite volume fractions >1-3% povećava stope širenja jama za faktor od 3-8 za grijače od nehrđajućeg čelika 316L u otopinama kiselog klorida (pH 3, 1000 ppm Cl-) na 50 stupnjeva, skraćujući vrijeme do perforacije sa 5-10 godina na 1-3 godine. U kiselom mediju, feritna faza se otapa brže, što dovodi do razvoja brzih mreža za stvaranje jamica. Inženjeri koji određuju 316L omotače za kupke za dekapiranje, drenažu kiselih rudnika ili industrijske kisele otpadne vode moraju ograničiti 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.