Како запремински удео примарног делта ферита у цевоводу омотача грејача од 316Л контролише брзину ширења рупице у растворима киселих хлорида (пХ 3, 1000 ппм Цл⁻) на 50 степени

Преференцијални пут ширења: феритна фаза

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-Стопе ширења јаме од 5% се пењу на 0,5-1,5 мм/годишње – што је довољно за перфорацију зида од 1,5 мм након 1-3 године. Овај рад процењује везу између садржаја делта ферита и брзине ширења у јами у киселим растворима хлорида.

Механизам селективног растварања ферита

Пасивни филм на аустениту је релативно постојан у киселим растворима хлорида (пХ 3, 1000 ппм Цл−) због свог већег садржаја молибдена и -центриране кубне (ФЦЦ) структуре. БЦЦ структура делта ферита доводи до мање стабилног пасивног филма, посебно при ниском пХ. Штавише, феритни пасивни филм има мање обогаћивање молибдена од аустенита. Једном када се отвори јама и створи локално кисело окружење (пХ се обично смањује на 1-2), феритна фаза се раствара 2-10 пута брже од околног аустенита. Ако су феритна зрна повезана (морфологија струне), јама се може брзо ширити дуж ових омиљених путева. Ако ферит постоји као изолована глобуларна острва, јама се мора поново покренути у аустениту између феритних закрпа, чиме се успорава целокупно ширење.

Квантификована веза између запреминске фракције делта ферита и брзине ширења у јами

Контролисаним електрохемијским испитивањем узорака од 316Л са различитим концентрацијама делта ферита (алтернативна хемија или термичка обрада) у пХ 3, 1.000 ппм Цл{4}} раствора на 50 степени, са вештачким рупама формираним на стандардизованим грешкама, установљена је следећа брзина ширења јама.

Делта запремински удео ферита (%) Морфологија ферита Брзина ширења у јами (мм/годишње) при пХ 3, 1.000 ппм Цл-, 50 степени Време до 1,5 мм перфорације од почетка (године) Релативна стопа ширења (ферит-}}Фрее Ацид Сервице) {{7}<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 Глобуларно, ретко 0.20-0.40 3.8-7.5 2.0× Прихватљиво
1.0-2.0 мешовити (глобуларни + кратки низови) 0.30-0.60 2.5-5 3.0× маргинални
2.0-3.0 Кратке жице 0.50-0.90 1.7-3 5.0× Не препоручује се
3.0-5.0 Повезани стрингери 0.80-1.40 1.1-1.9 8.0× Бр
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× Није прихватљиво
Селективност ферита при киселом пХ

Нижи пХ повећава селективност растварања ферита. Ферит и аустенит се растварају сличном брзином при повећаном пХ.

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%

Препоручена ограничења делта ферита за грејаче у кућишту од 316Л који раде у киселим хлоридним срединама (пХ 2-4, 500-2.000 ппм Цл-) на 40-60 степени.

Сервисно окружење пХ опсег Хлорид (ппм) Температура (степен) Максимално дозвољени делта ферит (%) Препоручена пракса производње челика
Благо кисело (нпр. мало воде за хлађење)4.5-5.5 500-1,000 40 3% АОД стандард
Умерено кисело (нпр. неке индустријске отпадне воде) 3.5-4.5 500-1,500 50 2% АОД са хемијском контролом
Агресивна киселина (нпр. испирање за кисељење) 2.5-3.5 1,000-2,000 50 1% 316Л са високим Ни (12-13%)
2.0-3.0 500-1,000 40 0.5% Fully austenitic 316L (Ni >12,5%, Кр<17%) Severe acidic (e.g. acid mine drainage)
Веома тешка (пХ<2) <2.0 Any Any 0% (316L not recommended) Upgrade to Alloy 20 or 825 
Верификација садржаја Делта ферита

Ако је за услуге киселог хлорида за купце потребан ниски ферит 316Л, постоје три методе верификације:

Не-недеструктивно мерење Метода магнетне индукције Прихватање феритскопа:<2-3% moderate service, <1% aggressive service.

Металографски пресек, средство за нагризање, нпр. Берахин реагенс, боје ферит браон/плаве АСТМ Е562 Анализа слике Прихватање, према потреби.

Chemical composition using DeLong diagram Calculate Cr and Ni equivalents For low ferrite aim for Ni eq >12.5, Цр екв<19.

Убрзани питинг феритом: Идентификација поља

Када се грејач од 316Л поквари урезивањем у киселом хлоридном систему, ферит убрзава рупице и рупе које настају изгледају неравномерно и гранају се под микроскопом, обично пратећи шаблоне -налик низу. На металографском попречном-пресеку јама ће открити преференцијално отапање делта феритних струна које извиру из врха јаме што доводи до морфологије „као прст-“ или „корен{5}}“. ЕДС анализа зида јаме ће показати мање молибдена у раствореним подручјима (као што се очекује са растварањем ферита). Решење за будуће куповине је да наведете низак-ферит (циљ<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.

Закључак: Сервис киселих хлорида са спецификацијом ниског ферита

Delta ferrite volume fractions >1-3% повећава брзину ширења у јами за фактор 3-8 за грејаче у кућишту од нерђајућег челика 316Л у киселим растворима хлорида (пХ 3, 1000 ппм Цл-) на 50 степени, скраћујући време до перфорације са 5-10 година на 5-10 година. У киселим медијима, феритна фаза се брже раствара, што доводи до развоја брзих мрежа за формирање јама. Инжењери који специфицирају омоте од 316Л за купатила за кисељење, одводњавање киселих рудника или индустријски кисели ефлуент морају ограничити делта ферит на<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.