Како запремински удео примарних Нб(Ц,Н) карбонитрида из резидуалног титанијума (0,02-0,08%) у омотачу грејача 347 контролише густину места иницијације питинга у хлорисаној морској води на 35 степени са 1,5 ппм слободног хлора

Мањи легирајући елемент који постаје главни иницијатор рупе у условима оксидације

Уобичајене електричне грејне цеви од нерђајућег челика 347 (стабилизоване Нб-) изложене хлорисаној морској води (1,5 ппм слободног хлора, 20.000 ппм Цл-) на 35 степени, као што се користи у системима за хлађење обалних електрана, десалинизацијским прехлорним измењивачима топлоте за десалинизацију са предхлорним измењивачем топлоте (0,02-0,08 теж%) из производње челика (титанијум-деоксидисани отпад или намерно додавање). Формирају се примарни ниобијум карбонитриди богати титанијумом (Нб,Ти)(Ц,Н). Ови компликовани карбонитриди су катоднији и стабилнији од чистог НбЦ, стога су веома ефикасна места иницијације јамичастих под високим потенцијалом оксидације хлорисане морске воде. За нивое титанијума<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 година. Како се садржај титанијума повећава са 0,03 на 0,05%, запремински удео карбонитрида расте са 0,04 на 0,08%, густина удубљења од 2 до 5 јамица/цм² и век трајања од 5 до 7 година. На нивоима титанијума од 0,06-0,08% запремински удео је 0,10-0,15%, а густина удубљења је преко 10-20 јамица/цм² и перфорација се дешава за 2-3 године. Овај чланак квантификује везу између концентрације заосталог титана, запреминског процента примарног карбонитрида, густине иницијације у јами и радног века у хлорисаној сланој води.

Механизам иницијације Питтингцха са побољшаним титанијумом

Титанијум има већи афинитет за угљеник и азот него ниобијум. У производњи челика 347, титан (до 0,02-0,08%) првенствено производи карбонитриде богате титанијумом (Ти(Ц,Н)) који такође могу да садрже ниобијум (Нб,Ти)(Ц,Н). Ове честице се формирају на високој температури током очвршћавања и веће су (3-10 µм) и стабилније од чистог НбЦ. У хлорисаној морској води (висок оксидациони потенцијал Цл2) катодни процес (редукција кисеоника + редукција хлора) је посебно ефикасан на овим карбонитридним површинама, формирајући тако јак галвански пар са околном аустенитном матрицом. Брзо анодно растварање је изазвано високом катодном густином струје. Висока концентрација хлорида доводи до брзог покретања и ширења у јами.

Квантитативни однос између садржаја титанијума, запреминског удела карбонитрида и густине питинга

Следеће густине иницијације јаме и времена перфорације су утврђени за 347 цеви са различитим садржајем заосталог титанијума (константног ниобијума 0,40%, угљеника 0,05%, азота 0,04%) у хлорисаној синтетичкој морској води (1,5 ппм слободног Цл 2 , 20,000 ппм 3 степена пХ) 5.000 сати.

Титанијум (теж.%) Запремински удео примарног (Нб,Ти)(Ц,Н) (%) Величина честица карбонитрида (µм) Морфологија честица Густина јаме после 5.000 х (удубљења/цм²) Максимална дубина удубљења после 5.000 х (µм) 1 година. Време до перфорације зида 3 мм, 5 степени Услуга хлорисане морске воде<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
О интеракцији између Ти и Нб на формирање карбонитрида

Више ниобијума може делимично да компензује штетни ефекат титанијума преференцијалном производњом НбЦ, али се титан и даље дели на карбонитриде.

Титанијум (теж.%) Ниобијум (теж.%) карбонитрид Састав Густина јаме (јаме/цм2) Препоручено за хлоровану морску воду 0.02 0.35 Ти- богато (Ти,Нб)(Ц,Н) 2-4 Маргинално 0.02 0.45 Више Нб-}Најприхватљивије Нб{17}Ц Најприхватљивије Нб{7} 0,5-1 Да 0.05 0.35 Ти+Нб мешано 8-12 Не 0.05 0.50 Ти+Нб мешано 4-6 Не препоручује се 0.05 0.65 Више Нб богато, нешто Ти 2-4 Маргинално
Практичне препоруке за 347 у морској води хлор

За 347 обложених грејача у хлорисаној сланој води на 35 степени, следећа ограничења титанијума и ниобијума минимизирају питтинг због формирања карбонитрида.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Неефикасан 347 Неприкладан Титанијум
Верификација количине титанијума и густине карбонитрида

За купце којима је потребан 347 за услугу хлорисане морске воде постоје две технике верификације. Прва је хемијска анализа за титанијум, било ИЦП или ОЕС. Прихватање: Ти<0.01-0.02% for life >8 год. Друго је металографско (СЕМ 1,000-2,000×) испитивање на полираном попречном пресеку ради бројања примарних честица карбонитрида (светле, угаоне, 2-10 µм). Прихватање:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Закључак: Ултра-Спецификација са ниским садржајем титанијума за отпорност на ломљење хлорисане морске воде

У 347 омотача грејача од нерђајућег челика, остатак титанијума од само 0,02-0,03% производи запреминске фракције примарног (Нб,Ти)(Ц,Н) карбонитрида од 0,03-0,05% у хлорисаној морској води (1,5 ппм Цл₂, 20,000 ппм Цл₂ и 20,000 ппм Цл⁻ степена) густина се повећава од<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 јамица/цм2 и перфорација се јавља након 2-3 године. Инжењери који пишу спецификације за 347 омотача за поморске хлорисане услуге требало би да ограниче титан на<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.