Како запремински удео примарних МЦ карбида (НбЦ) у преко-стабилизованом омотачу 347 грејача (0,70-0,90% Нб) контролише густину места иницијације јаме и време перфорације у кључању 12% хлороводоничне киселине на 108 степени

Агресивно кисело окружење за стабилне нерђајуће челике

In the case of 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes for aggressive hydrochloric acid service such as in pickling bath heaters for speciality metals, acid regeneration systems or chemical process heaters using HCl, excess niobium (beyond the stoichiometric requirement for carbon stabilisation) is present and results in the formation of primary MC carbides (NbC). These carbides are cathodic to the austenitic matrix and are preferred pitting start sites in boiling 12% HCl at 108°C. Chloride water pitting necessitates the presence of chlorides and oxygen . Hydrochloric acid actively corroded 347. Primary NbC particles increase localised assault. At 0.30-0.50% niobium levels (Nb:C ratio 6:1 to 10:1) primary MC volume percentage is 0.04-0.08%, pit density is modest (1-5 pits/cm2) and perforation duration is 100-200 hours. At over-stabilized values of 0.70-0.90 % Nb (Nb:C >15:1), примарна запреминска фракција МЦ се повећава на 0,15-0,25 %, густина јама се повећава на 20-50 јамица/цм2 и време перфорације се смањује на 20-50 сати. Корелација између вишка ниобијума, запреминске фракције примарног МЦ карбида, густине удубљења и времена перфорације у кључању 12% ХЦл је квантификована у овом раду.

Механизам рупице изазване примарним МЦ карбидом у ХЦл

Пасивни филм 347 у кипућој хлороводоничкој киселини је нестабилан (ХЦл је редукујућа киселина). Механизам корозије је активно растварање са локализованим нападом на катодне инклузије. Примарне НбЦ честице су племените у односу на матрицу и активне су у реакцији еволуције водоника (катодна). Галванска струја између НбЦ (катоде) и суседне матрице (аноде) изазива брзу дезинтеграцију око сваке честице карбида. Што је већи примарни МЦ запремински % то је већа густина јаме и више катодних места. Висока агресивност ХЦл изазива брзо размножавање јама активним растварањем након њиховог покретања.

Квантитативни однос садржаја ниобијума, запреминског удела МЦ и удубљења у кључалој 12% ХЦл

Густине иницијације јаме и периоди перфорације су одређени за испитивање контролисаног урањања 347 цеви са различитим нивоима ниобијума (0,05% Ц,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

Ниобијум (теж.%) Нб:Ц Однос Примарна МЦ запреминска фракција (%) МЦ Величина честица (µм) Густина удубљења након 50 сати (удубљења/цм²) Максимална дубина удубљења након 50 сати (µм) Време до перфорације (1,5 мм зид, сати) Препоручено за сервис кључања (ХЦл) 120%{0} стабилизовано. 2:1<0.01 <1 0.5-1 50-100 80-150 No (sensitisation risk) 0.30 6:1 0.03-0.04 1-2 1-2 80-120 70-120 No 0.40 8:1 0.05-0.06 1-3 1-3 100-150 60-100 No 0.50 10:1 0.08-0.10 2-4 3-5 120-200 40-80 No (marginal) 0.60 12:1 0.12-0.15 3-5 8-15 150-250 30-50 No 0.70 14:1 0.15-0.18 4-6 15-25 200-350 20-35 No 0.80 16:1 0.18-0.22 4-8 25-40 250-450 15-25 No 0.90 18:1 0.22-0.28 5-10 40-60 300-500 10-20 No 1.00 20:1 0.25-0.30 6-12 50-80 350-600 8-15 No General Corrosion Rate Comparison (Without Pitting Acceleration)

347 има укупну стопу корозије, без удубљења, у кључању 12% ХЦл од око 2 до 5 мм годишње (150 до 250 сати до перфорације). Перфорација се убрзава за фактор 2-5Кс уз присуство примарних МЦ карбида (смањење времена на 20-80 сати).

Стање Општа стопа корозије (мм/год) Време легуре до перфорације (1,5 мм) Доминантни режим квара 347, низак Нб (0,30%)3-4 120-200 Опште + нешто питинга 347, висок Нб (0,80%) 5-8 60-120Поређење Убрзано питинг 347}} Општа корозија {{9
Легура 20 (поређење) 0.5-1 500-1, 500 пасивни титанијум < 0,1 > 10 000 пасив
Практичне препоруке за кључање ХЦл С

08 степен, 347 се не препоручује за било какав садржај ниобијума. Међутим, ако се 347 мора користити (нпр. за чврстоћу на високим температурама негде другде у систему), следећа ограничења ниобијума минимизирају убрзање питтинга.

Жељено време сервисирања (сати) Макс. Нб (теж.%) Максимални запремински удео примарне МЦ (% ) Препорука за алтернативну легуру
50 0.50 0.10 Ништа (осим ако не успе)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500Није могуће Н/А Титанијум или легура Ц-276
Закључак: 347 у служби кључања ХЦл

За 347 омотача грејача од нерђајућег челика у кључању 12% ХЦл на 108 степени, примарни МЦ карбиди (НбЦ) из концентрација ниобијума од чак 0,40-0,50% делују као почетна места удубљења, што скраћује време перфорације са 150-250 корозионих сати) на 04 сата. На вишим нивоима претерано стабилизованог ниобијума (0,70-0,90%), густина удубљења од 20-50 јама/цм 2 додатно скраћује време до перфорације на 15-35 сати. 347 не би требало да се користи за инжењере који одређују грејаче за врело хлороводоничну киселину. Сервис који захтева отпорност на ХЦл на повишеним температурама захтева легуру 20 (Царпентер 20), легуру 825 (Инцолои 825) или титанијум. Овај рад пружа парадигму за избегавање 347 у подешавањима оштрих редукујућих киселина путем корелације између вишка запреминског удела ниобијума и примарног МЦ карбида и брзог питтинга у кључању 12% ХЦл.