Hvordan beholdes volumfraksjonen av deltaferritt etter oppløsningsgløding av 316 varmekappe-rørkontroller gropmotstand i høy-klorid (5000 ppm) vann ved 60 grader

Tofasemikrostrukturen som korrosjonsfaktor

Volumfraksjonen av tilbakeholdt deltaferritt i austenittmatrisen er en viktig, men ofte neglisjert faktor i gropmotstanden til elektriske varmerør kledd med 316 rustfritt stål for miljøer med høyt kloridinnhold, inkludert sjøvannvarmere (omtrent 20 000 ppm Cl⁻), brakkvannssystemer ({0}0 ppm, Cl⁻, Cl⁻) eller industrielt vann. kuldebærervarmere. Deltaferritt (δ-ferritt) er en kroppssentrert kubikkfase (BCC) som dannes under størkning og kan forbli etter oppløsningsgløding avhengig av legeringssammensetningen (spesielt krom-til-nikkel-ekvivalentforholdet). Moderat deltaferrittinnhold (3-8 %) er gunstig for motstand mot varmsveising. Deltaferritt er mindre motstandsdyktig mot gropdannelse under kloridforhold enn austenitt. For deltaferrittnivåer > 5-8 % i vann med høyt kloridnivå ved 60 grader C, reduseres groppotensialet med 100 - 200 mV og gropens forplantningshastighet økes med en faktor på 2 - 3. Denne artikkelen vurderer sammenhengen mellom deltaferrittvolumprosent og gropmotstand ved høy kloriddrift.

Mekanisme for selektivt deltaferrittangrep

Den kjemiske sammensetningen av deltaferritt i 316 rustfritt stål er forskjellig fra den omkringliggende austenitten. Ferritt er rikelig i krom (omtrent 26-28 % Cr i ferritt sammenlignet med 15-18 % Cr i austenitt), men utarmet i nikkel (3-6 % Ni i ferritt sammenlignet med 10-14 % Ni i austenitt) og molybden (omtrent 0 % Mo-2 % ferrit. Mo i austenitt). Under høykloridforhold har deltaferritt en lavere molybden- og nikkelkonsentrasjon, og er derfor anodisk i forhold til austenitt. Den passive filmen på ferritt er likeledes mindre stabil enn på austenitt på grunn av den forskjellige krystallstrukturen (BCC vs FCC). Preferanse for groper å ha sin opprinnelse ved ferritt-austenittfasegrensen og deretter bevege seg raskt gjennom ferrittfasen og etterlate austenitten intakt. Som et resultat oppnås en karakteristisk "svampaktig" eller "selektiv utvasking" morfologi der ferritt elimineres selektivt, noe som resulterer i et nettverk av sammenkoblede porer som kan forplante seg over veggtykkelse raskere enn jevn pitting.

Kvantitativ korrelasjon mellom Delta Ferritt og Pitting Resistance

Pitting-ytelsen til 316-rør med forskjellig deltaferrittinnhold (styrt av små komposisjonsvariasjoner for å kontrollere Ni-ekvivalent) har blitt evaluert ved 5000 timers kontrollert nedsenkingstesting i simulert sjøvann (5000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 grader).

Deltaferritt volumfraksjon (%) Kritisk groptemperatur ( grad , i 5000 ppm groppotensial 60 grader (mV vs. SCE, 5000 ppm Cl-) Maksimal gropdybde etter 5000 timer (µm) Tid til perforering (1,5 mm ppm vegg, Cl 0,00 anbefalt vegg) 60 graders service<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 år Ja
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 årJa 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 år Akseptabelt 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 årMarginal 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 årAnbefales ikke
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 år Ikke akseptabelt
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Effekt av kloridkonsentrasjon på deltaferritttoleranse

Økning av kloridkonsentrasjonen øker den skadelige effekten av deltaferritt. Du kan få mer ferritt hvis du reduserer kloridinnholdet. Tabellen nedenfor angir maksimalt tillatt deltaferritt for 5-års bruk ved forskjellige kloridkonsentrasjoner og ved 60 grader.

Kloridkonsentrasjon (ppm) Maksimal deltaferritt i 5 års levetid (%) Anbefalt legeringsalternativ hvis ferritt overskrider grensen<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 (sjøvann) 0 (kun fullstendig austenittisk) 316 anbefales ikke Titanium eller Alloy 625
Kontrollere Delta Ferritt ved å endre kjemi

Deltaferrittinnholdet til 316 kontrolleres av krom- og nikkelekvivalenter (Schaeffler-DeLong-diagram). Følgende kjemimodifikasjoner anbefales for å redusere ferritt for høy-kloridtjeneste:

Øk Ni: mål Ni=11-13 % (normalt område 10–14 %, høyere ende foretrekkes)

Lavere krominnhold: Sikt mot Cr=16-17 % (mot normal 16–18 %, lav ende)

Øk nitrogeninnholdet Nitrogen er en kraftig austenittstabilisator (0,05-0,10%), mål 0,08-0,10% N

Ferrittfremmende elementer: Silisium (mindre enn eller lik 0,5%) Molybden (mindre enn eller lik 2,2% sammenlignet med 2,5%)

Typiske ferrittprosentandeler for forskjellige 316-kjemier er vist i tabellen nedenfor.

Karakternavn Typisk Ni (%) Typisk Cr (%) Typisk Mo (%) Typisk N (%) Delta Ferritt Volumfraksjon (%) 316 (lav Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (standard) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (høy Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (ekstra lav C, høy Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (premium, fullt austenittisk) {{5}<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Hvis du ser en 316-varmer som opererer i høy-kloridvann (5000-10 000 ppm Cl-) ved 60 grader med unik gropmorfologi, mistenker du deltaferrittangrep. Under metallografisk undersøkelse (optisk mikroskop ved 200-500×, etset med Berahas reagens eller elektrolytisk NaOH) kommer ferrittfasen frem som mørke etsende øyer i den lysere austenittmatrisen. I de korroderte prøvene vil ferrittøyene vise preferanseoppløsning og vil fremstå som hulrom eller porøse soner. Røntgendiffraksjon kan demonstrere tilstedeværelsen av ferritt (BCC-topper) så vel som austenitt (FCC-topper). For høykloridtjeneste er svaret å spesifisere rør med 3-5 % ferritt, noe som kan gjøres ved å be om en "lav ferritt" eller "full austenittisk" karakter fra fabrikken, generelt betegnet som "316L med kontrollert ferritt" eller oppfylle ASTM A262 Praksis A med A (trinn) struktur.

Konklusjon: Spesifisering av lavdelt ferritt for høykloridapplikasjoner

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8 % reduserer motstanden mot gropdannelse og øker gropens forplantningshastighet, reduserer tiden til perforering fra 8-15 år til 3-5 år. For klorider over 5000 ppm bør deltaferritt holdes på mindre enn 3-5 %; for saltvann (20 000 ppm Cl⁻) fullstendig austenittisk (ferritt<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.