Како се запремински удео делта ферита задржава након жарења цеви омотача 316 грејача контролише отпорност на удубљење у високо-хлоридној (5.000 ппм) води на 60 степени

Двофазна микроструктура као фактор корозије

Запремински удео задржаног делта ферита у аустенитној матрици је важан, али често занемарен фактор отпорности електричних грејних цеви обложених нерђајућим челиком 316 за окружења са високим садржајем хлорида, укључујући грејаче морске воде (приближно 20.000 ппм Цл⁻), 5}0,0010 ппм система за воду. Цл⁻), или индустријским грејачима слане воде. Делта ферит (δ-ферит) је кубична (БЦЦ) фаза која се формира током очвршћавања и може остати након жарења раствора у зависности од састава легуре (нарочито односа еквивалента хрома- према никлу). Умерен садржај делта ферита (3-8%) је повољан за отпорност завара на вруће пуцање. Делта ферит је мање отпоран на питинг у хлоридним условима од аустенита. За нивое делта ферита > 5-8 % у води са високим садржајем хлорида на 60 степени Ц, потенцијал тањирања се смањује за 100 - 200 мВ и брзина ширења јами се повећава за фактор 2 - 3.. Овај рад процењује везу између запреминског процента делта ферита и отпорности на питтинг у високом хлоридном сервису.

Механизам селективног напада делта ферита

Хемијски састав делта ферита у нерђајућем челику 316 разликује се од околног аустенита. Ферит обилује хромом (око 26-28% Цр у фериту у поређењу са 15-18% Цр у аустениту), али је осиромашен никлом (3-6% Ни у фериту у поређењу са 10-14% Ни у аустениту) и молибденом (око 2-2фер у поређењу са Мо-2,5% у аустениту). 2,0-2,5% Мо у аустениту). У условима високог садржаја хлорида, делта ферит има нижу концентрацију молибдена и никла, па је стога анодичан у односу на аустенит. Пасивни филм на фериту је такође мање стабилан него на аустениту због различите кристалне структуре (БЦЦ вс ФЦЦ). Пожељно је да јаме настају на граници фазе ферит-аустенит, а затим брзо путују кроз феритну фазу остављајући аустенит нетакнутим. Као резултат, добија се карактеристична морфологија "сунђерастог" или "селективног лужења" у којој се ферит селективно елиминише, што резултира мрежом међусобно повезаних пора које се могу ширити по дебљини зида брже од равномерног питинга.

Квантитативна корелација између Делта ферита и отпорности на точење

Перформансе удубљења цеви 316 са различитим садржајем делта ферита (управљане малим варијацијама састава за контролу Ни еквивалента) процењене су тестирањем контролисаног потапања од 5.000 сати у симулираној морској води (5.000 ппм Цл-, пХ 7,5, 60 степени).

Делта запремински удео ферита (%) Критична температура питинга (степен, у 5.000 ппм Потенцијал питинга 60 степени (мВ наспрам СЦЕ, 5.000 ппм Цл-) Максимална дубина јаме након 5.000 сати (µм) Време до перфорације) Препоручено 1,5 ппм0 мм за зид (1,5 ппм0 мм за зид). Цл⁻, 60 степени сервис<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 година Да
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 година Да 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 година Прихватљиво 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 година Маргинално 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 годинаНе препоручује се
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 година Није прихватљиво
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Ефекат концентрације хлорида на толеранцију делта ферита

Повећање концентрације хлорида повећава штетан ефекат делта ферита. Можете добити више ферита ако смањите садржај хлорида. Табела испод показује максимално дозвољени делта ферит за 5-годишњи рад при различитим концентрацијама хлорида и на 60 степени.

Концентрација хлорида (ппм) Максимална делта ферита за 5 година живота (%) Препоручена алтернатива легуре ако ферит премашује границу<1,000 <15 Standard 316None required 1,000-3,000 <8 316 with Ni adjustment 316L (similar) 3,000-5,000 <5 316L with regulated chemistry Duplex 2205 5,000-10,000 <3 316L (low ferrite grade) Duplex 2205 or 904L
10,000-20,000 <1 316 marginal Duplex 2205 or titanium >20.000 (морска вода) 0 (само потпуно аустенит) 316 не препоручује се Титан или легура 625
Контролисање делта ферита модификовањем хемије

Садржај делта ферита у 316 контролишу еквиваленти хрома и никла (Шефлеров-ДеЛонг дијаграм). Саветују се следеће хемијске модификације да би се смањио ферит за употребу са високим-хлоридима:

Повећај Ни: циљни Ни=11-13% (нормалан опсег 10-14%, преферирано виши ниво)

Нижи садржај хрома: Циљајте на Цр=16-17% (у поређењу са нормалним 16-18%, нижи ниво)

Повећати садржај азота Азот је моћан стабилизатор аустенита (0,05-0,10%), циљ 0,08-0,10% Н

Елементи који промовишу ферит: силицијум (мање или једнако 0,5%) молибден (мање или једнако 2,2% у поређењу са 2,5%)

Типични проценти ферита за различите хемије 316 приказани су у табели испод.

Назив класе Типични Ни (%) Типични Цр (%) Типични Мо (%) Типични Н (%) Запремински удео делта ферита (%) 316 (низак Ни) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (стандард) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (висок Ни) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316Л (екстра низак Ц, висок Ни) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316Л (премиум, 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12)<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Ако видите да грејач 316 ради у води са високим-хлоридом (5000-10,000 ппм Цл-) на 60 степени са јединственом морфологијом удубљења, сумњајте на напад делта ферита. Током металографског истраживања (оптички микроскоп на 200-500×, урезан Берахиним реагенсом или електролитичким НаОХ) феритна фаза се појављује као тамна острва за јеткање у светлијој аустенитној матрици. У кородираним узорцима, феритна острва ће показати преференцијално растварање и појавиће се као празнине или порозне зоне. Дифракција рендгенских зрака може показати присуство ферита (БЦЦ врхови) као и аустенита (ФЦЦ врхови). За услугу са високим садржајем хлорида, одговор је да се наведу цеви са 3-5% ферита, што се може урадити тако што се од млина захтева „ниски ферит“ или „потпуно аустенит“, који се генерално означава као „316Л са контролисаним феритом“ или испуњавање АСТМ А262 праксе А са А (корак) структуром.

Закључак: Одређивање ниске делта ферита за апликације са високим садржајем хлорида

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8% смањује отпорност на удубљење и повећава брзину размножавања јами, смањујући време до перфорације са 8-15 година на 3-5 година. За хлориде изнад 5000 ппм, делта ферит треба држати на мање од 3-5%; за слану воду (20.000 ппм Цл⁻) потпуно аустенит (ферит<1%) is necessary, and even then 316 is minimal. When specifying 316 sheaths for high-chloride duty, engineers should seek a mill certificate with ferrite measurement (by ferritescope or image analysis) and specify maximum ferrite concentration (e.g., <5%). For critical applications, it is recommended to upgrade to duplex 2205 (which has a ferrite-austenite duplex structure-a distinct mechanism and is specifically developed for high-chloride duty) or titanium. The approach described here relating delta ferrite volume percentage to quantifiable pitting rates in high-chloride water allows buyers to specify 316 tubing with an optimised phase balance for hostile chloride environments.